电力电子课程总结.doc

沈 阳 工 程 学 院电力电子学课程讨论报告报告题目：高压直流输电技术班级： 继电本096 汇报人： 牛志勇(30) 成员： 王明(23) 付振海(28) 曲晓阳(20) 贺庆(24) 报告时间： 2012 年 12 月 29 日一、综述本次报告主要讨论了高压直流输电系统,该系统主要运用的电力电子技术中DC-AC整流技术AC-DC逆变技术。主要包括：直流输电系统的结构，单极直流输电系统，双极直流输电系统，背靠背直流输电系统，多端直流输电系统。任务分组：牛志勇-直流输电系统的结构及整合，王明-单极直流输电系统，付振海-双极直流输电系统，曲晓阳-背靠背直流输电系统，贺庆-多端直流输电系统。二、汇报内容1、直流输电系统的结构直流输电工程是以直流电的方式实现电能传输的工程。直流输电与交流输电相互配合构成现代电力传输系统。目前电力系统中的发电和用电的绝大部分均为交流电，要采用直流输电必须进行换流。也就是说，在送端需要将交流电变换为直流电(称为整流)，经过直流输电线路将电能送往受端；而在受端又必须将直流电变换为交流电(称为逆变)，然后才能送到受端的交流系统中去，供用户使用。送端进行整流变换的地方叫整流站，而受瑞进行逆变变换的地方叫逆变站。整流站和逆变站可统称为换流站。实现整流和逆变变换的装置分别称为整流器和逆变器，它们统称为换流器。直流输电工程的系统结构可分为两端或端对端)直流输电系统和多端直流输电系统两大类。两端直流输电系统是只有一个整流站送端)和一个逆变站(受端)的直流输电系统，即只有一个送端和一个受端，它与交流系统只有两个连接端口，是结构最简单的直流输电系统。多端直流输电系统与交流系统有三个或三个以上的连接端口，它有三个或三个以上的换流站。例如，一个三端直流输电系统包括三个换流站，与交流系统有三个端口相连，它可以有两个换流站作为整流站运行，一个换流站作为逆变站运行，即有两个送端和一个受端;也可以有一个换流站作为整流站运行，两个作为逆变站运行，即有一个送端和两个受端。2、单极直流输电系统 单极直流输电系统可以采用正极性或负极性。换流站出线端对地电位为正的称为正极，为负的称为负极。与正极或负极相连的输电导线称为正极导线或负极导线；也可以称为正极线路或负极线路。单极直流架空线路通常多采用负极性(即正极接地)，这是因为正极导线的电晕电磁干扰和可听噪声均比负极导线的大。同时由于雷电大多为负极性，使得正极导线雷电闪络的概率也比负极导线的高。单极系统运行的可靠性和灵活性均不如双极系统好，实际工程中大多采用双极系统。双极系统是由两个可独立运行的单极系统所组，便于工程进行分期建设，同时在运行中当一极故障停运时，可自动转为单极系统运。因此，虽然所设计的单极直流输电工程不多，但在实际运行中单极系统的运行方式是常见的。 单极系统的接线方式有单极大地(或海水)回线方式和单极金属回线方式两种。另外当双极直流输电工程在单极运行时，还可以接成双导线并联大地回线方式运行。实质上这是利用已有的输电导线为降低线路损耗而采用的一种单极大地回线方式。图1一2中的(a)、(b), (c)分别给出这三种方式的示意图。（1）单极大地回线方式 单极大地回线方式是利用一根导线和大地(或海水)构成直流侧的单极回路，两端换流站均需接地，见图1一2 (a)。这种方式的大地(或海水)相当于直流输电线路的一根导线，流经它的电流为直流输电工程的运行电流。由于地下(或海水中)长期有大的直流流过，这将引起接地极附近地下金属构件的电化学腐蚀以及中性点接地变压器直流偏磁的增加而造成的变压器磁饱和等问题，这些问题有时需要采取一定的技术措施。对于单极大地回线方式的直流输电工程，其接地极设计所取的连续运行电流即为工程连续运行的直流电流。 单极大地回线方式的线路结构简单，可利用大地这个良导体，省去一根导线，线路造价低，但其运行的可靠性和灵活性均较差；同时对接地极的要求较高，使得接地极的投资增加。这种方式的应用场合主要是高压海底电缆直流工程，因为省去一根高压海底电缆所节省的投资还是相当可观的。采用这种方式的直流输电工程有：瑞典一丹麦的康梯一斯堪工程，瑞典一芬兰的芬挪一斯堪工程，瑞典一德国的波罗的海工程，丹麦一德国的康特克工程等。 （2）单极金属回线方式单极金属回线方式是利用两根导线构成直流侧的单极回路，见图1一2(b)，其中一根低绝缘的导线也称金属返回线)用来代替单极大地回线方式中的地回线。在运行中，地中无电流流过，可以避免由此所产生的电化学腐蚀和变压器磁饱和等问题。为了固定直流侧的对地电压和提高运行的安全性，金属返回线的一端需要接地，其不接地端的最高运行电压为最大直流电流时在金属返回线上的压降。这种方式的线路投资和运行费用均较单极大地回线方式的要高。通常是在不允许利用大地(或海水)为回线或选择接地极较困难以及输电距离又较短的单极直流输电工程中采用。3、双极直流输电系统 双极系统接线方式是直流输电工程通常所采用的接线方式，可分为双极两端中性点接地方式、双极一端中性点接地方式和双极金属中线方式三种类型。图1一3所示为双极直流输电系统接线示意图。（1） 双极两端中性点接地方式(可简称双极方式)双极两端中性点接地方式是大多数直流输电工程所采用的正负两极对地，两端换流站的中性点均接地的系统构成方式，见图1-3(a)，实际上它是由两个独立运行的单极大地回线系统构成。正负两极在地回路中的电流方向相反，地中电流为两极电流之差值。双极中的任一极均能构成一个独立运行的单极输电系统，双极的电压和电流可以不相等。双极的电压和电流均相等时称为双极对称运行方式，不相等时称为电压或电流的不对称运行方式。当双极电流相等时，地中无电流流过，实际上仅为两极的不平衡电流，通常小于额定电流的l%。因此，在双极对称方式运行时，可基本上消除由于地中电流所引起的电腐蚀等问题。当双极电流不对称运行时，两极中的电流不相等，地中电流为两极电流之差值。为了减小地中电流的影响，在运行中尽量采用双极对称运行方式。如果由于某种原因需要一个极降低电压或电流运行，则可转为双极电压或电流不对称运行方式。 双极直流输电工程的两端接地极系统可根据工程所要求的单极大地回线运行时间的长短来进行设计。如果单极大地回线方式只作为当一极故障时向单极金属回线方式转换的短时过渡方式来考虑，则可大大降低对接地极的要求。因此，双极两端中性点接地的直流输电，对于不同的工程要求，其接地极系统的差别也较大。 （2）双极一端中性点接地方式 这种接线方式只有一端换流站的中性点接地，见图1-3（b），其直流侧回路由正负两极导线组成，不能利用大地(或海水)作为备用导线。当一极线路发生故障需要退出工作时，必须停运整个双极系统，而没有单极运行的可能性。当一极换流站发生故障时，也不能自动转为单极大地回线方式运行，而只能在双极停运以后，才有可能重新构成单极金属回线的运行方式。因此，这种接线方式的运行可靠性和灵活性均较差。其主要优点是可以保证在运行中地中无电流流过，从而可以避免由此所产生的一些问题。这种系统构成方式在实际工程中很少采用，只在英一法海峡直流输电工程中得到了应用。 （3）.双极金属中线方式 双极金属中线方式是利用三根导线构成直流侧回路，其中一根为低绝缘的中性线，另外两根为正负两极的极线，见图1-3（c）。这种系统构成相当于两个可独立运行的单极金属回线系统。共用一条低绝缘的金属返回线。为了固定直流侧各种设备的对地电位，通常中性线的一端接地，另一端的最高运行电压为流经金属中线最大电流时的电压降。这种方式在运行中地中无电流流过，它既可以避免由于地电流而产生的一些问题，义具有比较可靠和灵活的运行方式。当一极线路发生故障时，则可自动转为单极金属回线方式运行；当换流站的一个极发生故障需要退出工作时，可首先自动转为单极金属回线方式，然后还可转为单极双导线并联金属回线方式运行。其运行的可靠性和灵活性与双极两端中性点接地方式相类似。由于采用三根导线组成输电系统，其线路结构较复杂，线路造价较高。通常是当不允许地中流过直流电流或接地极极址很难选择时才采用。4 背靠背直流系统背靠背直流系统是输电线路长度为零(即无直流输电线路)的两端直流输电系统，它主要用于两个非同步运行(不同频率或频率相同但非同步)的交流电力系统之间的联网或送电，也称为非同步联络站。如果两个被联电网的额定频率不相同(如50Hz和60Hz ,也可称为变频站。背靠背直流系统的整流站和逆变站的设备通常均装设在一个站内，也称背靠背换流站。在背靠背换流站内，整流器和逆变器的直流侧通过平波电抗器相连，构成直流侧的闭环回路；而其交流侧则分别与各自的被联电网相连，从而形成两个电网的非同步联网。站产生的谐波，通常选择12脉动换流器作为基本换流单元。两个被联电网之间交换功率的大小和方向均由控制系统进行快速方便的控制。为降低换流图1一4所示为背靠背换流站的原理接线。换流站内的接线方式有换流器组的并联方式和串联方式两种。背靠背直流输电系统的主要特点是直流侧可选择低电压大电流(因无直流输电线路，直流侧损耗小)，可充分利用大截面晶闸管的通流能力，同时直流侧设备(如换流变压器、换流阀、平波电抗器等)也因直流电压低而使其造价也相应降低。由于整流器和逆变器均装设在一个阀厅内，直流侧谐波不会造成对通信线路的干扰，因此可降低对直流侧滤波的要求，省去直流滤波器，减小平波电抗器的电感值。由于上述因素使得背靠背换流站的造价比常规换流站的造价降低约15%一20%，因此采用背靠背系统进行非同步联网在电力系统运行上还具有一系列的优点，详见第十四章内容介绍。5. 多端直流输电系统多端直流输电系统是由三个或三个以上换流站以及连接换流站之间的高压直流输电线路所组成，它与交流系统有三个或三个以上连接端口。多端直流输电系统可以解决多电源供电或多落点受电的输电问题，它还可以联系多个交流系统或者将交流系统分成多个孤立运行的电网。在多端直流输电系统中的换流站，可以作为整流站运行，也可以作为逆变站运行，但作为整流站运行的换流站总功率与作为逆变站运行的总功率必须相等，即整个多端系统的输入和输出功率必须平衡。多端直流输电系统换流站之间的连接方式可以采用并联方式或申联方式，连接换流站之间的输电线路可以是分支形或闭环形等，详见第十五章内容介绍。(1)串联方式的特点是各换流站均在同一个直流电流下运行，换流站之间的有功调节和分配主要是靠改变换流站的直流电压来实现。通常可用调节换流器的触发角或换流变压器的分接开关来改变直流电压。分接开关的调节范围有限(一般为20%一30%),角也受到最大角(一般为5060)的限制，从而使换流站的最小功率受到限制。同时在大角下运行时，换流站消耗的无功功率也增加很多。串联方式的直流侧电压较高，在运行中的直流电流也较大，因此其经济性能不如并联方式好。当换流站需要改变潮流方向时，串联方式只需改变换流器的触发角，使原来的整流站(或逆变站)变为逆变站(或整流站)运行，不需改变换流器直流侧的接线，潮流反转操作快速方便。当某一换流站发生故障时，可投入其旁通开关，使其退出工作，其余的换流站经自动调整后，仍能继续运行，不需要用直流断路器来断开故障。当某一段直流线路发生瞬时故障时，可调节换流器的触发角，使整个直流系统的直流电压降到零，待故障消除后，直流系统可自动再起动。当一段直流线路发生永久性故障时，则整个多端系统需要停运。为避免这种情况发生，必要时可采用双回线的串联系统，此时线路投资将明显增加。 (2)并联方式的特点是各换流站在同一个直流电压下运行(忽略直流线路压降)，换站之间的有功调节和分配主要是靠改变换流站的直流电流来实现。可调节控制器的触发角以及换流变压器的分接开关来改变直流电流。由于换流器外特性的斜率小，使得在角调节范围不大情况下即可满足直流电流从最大值到最小值的调节要求。配合换流变压器分接开关的调节，则可保持角在较小的范围内运行，从而使换流器的功率因数高，消耗的无功功率少，换流设备的运行条件也好。另一方面，由于并联方式在运行中保持直流电压不变，负荷的减小是用降低直流电流来实现，因此其系统损耗小，运行经济性也好。由于并联方式具有上述优点，因此目前已运行的多端直流系统均采用并联方式。并联方式的主要缺点是当换流站需要改变潮流方向时，除了改变换流器的触发角，使原来的整流站(或逆变站)变为逆变站(或整流站)以外，还必须将换流器直流侧两个端子的接线倒换过来接入直流网络才能实现。因此，并联方式对潮流变化频繁的换流站是很不方便的。另外，在并联方式中当某一换流站发生故障并需退出工作时，需要用直流断路器来断开故障的换流站。在目前大功率直流断路器尚未发展到实用阶段的情况下，采用直流输电的快速控制，也可以满足运行的要求，通常是将整流站的角移相到120150，使其变为逆变站运行，从而使直流电压和电流均很快降到零，然后用高速自动隔离开关将故障的换流站断开，最后对健全部分进行自动再起动，使直流系统在新的工作点恢复工作。整个过程可在150 200ms内完成。 多端直流输电系统比采用多个两端直流输电系统要经济，但其控制保护系统以及运行操作较复杂。今后随着具有关断能力的换流阀(如IGBT, IGCT等)的应用以及在实际工惶中对控制保护系统的改进和完善，