高电压工程课程小论文.doc

一、 高压直流输电系统发展概况HVDC技术是从20世纪50年代开始得到应用的。经过半个世纪的发展，HVDC技术的应用取得了很大的进步。据不完全统计，目前包括建设工程在内，世界上已有近百个HVDC工程，遍布5大洲20多个国家。HVDC的发达地区在欧洲和北美，ABB和西门子等公司拥有最先进的HVDC技术，美国是HVDC工程最多的国家。HVDC在我国是从20世纪80年代末开始应用的，起步虽然较晚，但发展很快。目前包括建设工程在内，总输送容量已达18000MW以上，总输送距离超过7000km,该两项指标均已成为世界第一。我国第一个HVDC工程是浙江舟山HVDC工程（为工业试验性工程），葛沪HVDC工程是我国第一个远距离大容量HVDC工程，灵宝（河南省灵宝县）HVDC工程是我国第一个背靠背HVDC工程。我国已经邮多条直流线路投入运行，这些直流输电工程的投运标志着我国的直流输电技术有了显著的提高和发展1。我国拥有世界上先进的直流输电技术, 如换流站中首次采用GIS全封闭组合电气及户内直流开关场, 既有传统的电触发也有大功率光触发可控硅换流阀、光TA及有源滤波器技术, 直流线路用720mm2 大截面导线及OPGW复合地线光缆。我国直流输电技术应用的日益广泛, 必将促进直流设备国产化进程的加快。目前, 国家计划通过3 个阶段逐步实现直流工程的全面国产化。自舟山直流工程开始到三峡第一条直流工程等4 个工程, 为国产化的初始阶段; 再经过三广、贵广直流建设, 为国产化的第二阶段( 即从阀元件到换流变、平波电抗器等主要设备基本掌握设计、制造、试验技术) ; 再通过华中- 西北背靠背工程等二三个工程, 实现全面国产化的第三阶段, 其主要标志为直流输电工程设计、设备制造、施工调试和运行管理全面实现独立自主, 并建立完善的质保体系2。随着三峡工程的兴建和贯彻中央“西电东送”的发展战略，我国将陆续兴建一批超高压、大容量、远距离直流输电工程和交直流并联输电工程。此外，在这些新建工程中还将采用直流输电的新技术。随着我国直流输电技术的日益完善，输电设备价格的下降和可靠性的提高，以及运行管理经验的不断积累，直流输电必将得到更快的发展。标志着我国直流输电将进入一个新的发展时期1。二、 高压直流输电系统构成 组成部分有：三相电源，换流站，输电电缆或者架空线，换流站，交流电网。系统的机构图如下1：图2-1 高压直流输电系统结构图1-换流器（整流器&逆变器）；2-换流变压器；3-直流电抗器；4-交流滤波器；5-直流滤波器；6-调试设备；7-直流输电线。下面分别阐述各组成部分的作用1：1、换流器：如上图所示，在直流线路两端都有进行直流转换的换流站，即在送端将交流电转换为直流电，经直流线路送到受端后再将直流电转换为交流电，将交流电转换为直流电得过程称为整流，而将直流电转换为交流电的过程称为逆变，实现整流和逆变的装置分别称为整流器和逆变器，相应的换流站分别称为整流站和逆变站。2、换流变压器换流变压器为换流器提供适当大小和相位的换相电压，在直流系统发生短路故障时，其阻抗还起限制短路电流、避免换流器损坏的作用。3、平波电抗器1）平抑直流线路中的谐波电流；2)减少逆变器的换相失败；3）防止轻载时的电流不连续；4）在直流线路短路时限制换流器的峰值电流。4、交直流滤波器作用是滤除换流器产生的谐波电流，交流滤波器还兼提供换流所需部分无功的任务。5、通信系统 在换流站之间传送运行控制和语音信息，以实现HVDC系统的协调控制。 为了利用大地（或海水）为回路来提供HVDC系统运行的灵活性和可靠性，HVDC系统还应有接地极及其引线。 三、 换流技术1、概述在高压直流输电系统中, 只有输电环节是直流电, 发电系统和用电系统仍然是交流电。在输电线路的始端, 发电系统所发出的交流电经升压变压器升压后, 送到整流器中。整流器的主要部件是可控硅变流器和进行交直流变换的整流阀, 它的功能是将高压交流电变为高压直流电后送入输电线路。直流电通过高压直流输电线路传输后送到逆变器中, 逆变器的结构与整流器相同而作用刚好相反, 它把高压直流电转化为高压交流电, 再经过降压变压器降压后以交流的形式输送到用电系统中。由于整流和逆变是可以互相转换的, 故通过改变换流器的控制状态, 既可以把能量从直流系统传递到交流系统中, 也可以从交流系统中传递到直流系统中去, 这样就更增加了直流输电的用途, 由此实现电网之间的互联以及电能的反送。这就是高压直流输电系统的换流过程。直流输电的发展与换流技术密切相关，其中特别是大功率换流器件起着关键的作用。直流输电换流技术包括实现换流的高压大功率换流阀和控制保护装置，以及进行换流的理论方法，而前者往往起决定性作用。例如，用普通晶闸管换流阀进行换流，只能采用6脉动或12脉动电网换相换流器进行自然换流，换流阀无关断电流的能力，换流器在运行中需要大量的无功功率；而采用高频可关断的IGBT、IGCT器件，则可应用脉宽调制（PWM）技术进行换流，大大的改善了换流器的特性。因此，换流技术是实现直流输电的基本条件，换流技术的发展促进了直流输电的发展，而直流输电的发展又反过来促进换流技术的发展。新型换流设备的应用以及换流技术的改进，将降低换流设备的造价，改善直流输电系统的运行性能，提高系统的可靠性，从而扩大其应用范围。换流技术水平的高低是决定直流输电各种运行性能和经济性能的重要因素。2、换流站的基本换流单元直流输电换流站由基本换流单元组成，基本换流单元是在换流站内允许独立运行，进行换流的换流系统，主要包括换流变压器、换流器、相应的交流滤波器和直流滤波器以及控制保护装置等，目前工程上采用的基本换流单元有6脉动换流单元和12脉动换流单元两种。它们的主要区别在于所采用的换流器不同，前者采用6脉动换流器（三相桥式换流回路），而后者则采用12脉动换流器（由两个交流侧电压相位差300的6脉动换流器组成）3。1）6脉动换流单元6脉动换流单元由换流变压器、6,脉动换流器以及相应的交流滤波器以及相应的交流滤波器、直流滤波器和控制保护装置所组成。由图3-1所示：图3-1 6脉动换流单元原理接线图1-交流系统；2-换流变压器；3-6脉动换流器；4-平波电抗器；5-交流滤波器；6-直流滤波器；7-控制保护装置 6脉动换流单元的换流变压器可以采用三相结构也可以采用单相，其阀侧绕组的接线方式可以是星形和三角形接线。6脉动换流器在交流侧和直流侧分别产生6K+1和6K-1次和6K次的特征谐波（K为正整数）。因此，在交流侧需要配备6K+1和6K-1的交流滤波器，而在直流侧除平波电抗器以外，对于架空线来说还需要配备6K次的直流滤波器。除图上标出的主要设备之外，还有相应的交直流避雷器和交直流开关设备以及测量设备等。2）12脉动换流单元12脉动换流单元是由两个交流侧电压相位相差300的6脉动换流单元在直流侧串联而在交流侧并联所组成，其原理接线图如图2-2所示：图 2-2 12脉动换流单元原理接线图（a）双绕组换流变压器；（b）三绕组换流变压器1-交流系统；2-环流变压器；3-12脉动换流器；4-平波电抗器；5-交流滤波器；6-直流滤波器；7-控制保护装置12脉动换流单元可以采用双绕组或三绕组换流变压器。为了得到换流变压器阀绕组的电压相位差300，其阀侧绕组的接线方式，必须一个为星形连接，另一个为三角形接线。换流变压器可以选择三相结构或单相结构。因此，对于一组12脉动换流单元的换流变压器，可以有四种选择方案：1）1台三相三绕组变压器；2）2台三相双绕组变压器；3）3台单相三绕组变压器；4）6台单相双绕组变压器。12脉动换流器在交流侧和直流侧分别产生12K+1、12K-1和12K次的特征谐波。因此在交流侧和直流侧只须分别配备12K+1、12K-1和12K次的滤波器。从而可简化滤波装置，缩小占地面积，降低换流造价。这是现则12脉动换流单元作为基本换流单元的主要原因。对于12脉动换流单元除图上标出的主要设备外，还有相应的交直流避雷器和交直流开关以及测量设备等。大部分直流输电工程均采用每极一组换流单元的接线方式，因此这种接线方式换流站的设备数量最少，投资最省，运行可靠性最高。但是在以下情况，有时需要考虑采用每极两组基本换流单元接线方式：1）当直流输送容量大，而交流系统相对较小时。2）当换流站的设备（主要是换流变压器），对于每极一组基本换流单元来说，制造或运输困难。3）根据工程分期建设要求，每极分成两期建设在经济上有利时。四、 高压直流输电系统主设备1、换流装置 换流器是高压直流输电工程中最重要的元件。它们不仅完成交直流的转换，实现整流和逆变的功能，而且整流器还具有开关的功能。通过对整流器实施快速控制，实现高压直流输电系统的起动和停运，从而有效地保护直流输电系统，它们是交流电网安全和稳定运行的重要保障。换流器一般由阀桥和带抽头的变压器构成。阀桥可以是6脉波或者是12脉波(采用直流端串联、同时交流端并联方式)的高压晶闸管桥。为了减少换流器正常运行时产生的注入交、直流系统的谐波，同时降低交、直流滤波器的安装容量及投资费用，现代高压直流输电工程均采用 12 脉动换流器作为基本换流单元。换流变压器向阀桥提供适当等级的不接地三相电压源。由于变压器阀侧不接地，直流系统能建立自己的对地参考点，通常将阀换流器的正端或负端接地。换流变压器的交流侧配有有载调压分接头。变压器交流侧绕组通常采用星形接地连接，阀侧绕组通常采用三角形或星形连接。 2、换流变压器 在高压直流输电系统中，换流变压器是最重要的设备之一，它不仅参与了换流器的交流电与直流电的相互变换，而且还承担着改变交流电压数值（即变交流电压为桥阀所需电压）、抑制直流短路电流、削弱交流系统入侵直流系统的过电压、减少换流器注入交流系统的谐波等作用。此外换流变压器容量大、设备复杂、投资昂贵，因此，换流变压器的可靠性、可用率以及投资对整个直流输电系统起着关键性的影响。换流变压器具有4种结构型式，即三相三绕组式、三相双绕组式、单相双绕组式和单相三绕组式。对于中小型直流输电工程，宜优先采用三相三绕组型式的换流变压器。对于容量较大的换流变压器，可采用单相变压器。而对于大型直流输电工程，宜采用单相三绕组换流变压器。3、交流滤波器 交流滤波器位于换流站交流场中，并联接于交流滤波器小母线上，主要作用是抑制换流器产生的注入交流系统的谐波电流，同时部分补偿换流器吸收的无功功率。对单桥用调谐滤波器吸收 5、7、11 次(6k1次)谐波，用高通滤波器吸收高次谐波；对双桥用11、13 次(12k1次)谐波滤波器及高通滤波器。以抑制12脉动换流器产生的注入交流系统的12k1（k为正整数）次特征谐波。 4、直流滤波器 直流滤波器位于换流站直流场中，并联接于直流极线上，主要作用是抑制换流器产生的注入直流线路的谐波电流。单桥时吸收6k次谐波，双桥时吸收12k次谐波。 5、无功补偿装置 由晶闸管构成的换流器是一个典型的非线性设备。它在实现有功功率的交/直、直/交转换的同时，需要从交流系统吸收大量的无功功率。一般来说，整流器和逆变器吸收的无功功率分别为所传输的直流功率的 30%50%和 40%60%，而暂态条件下无功功率的消耗量更大。因此，换流器所需的无功功率只能采取无功就地平衡的无功补偿原则，在换流站附近装设足够容量的无功补偿装置。换流站装设的无功补偿装置主要有以下三类：（1）机械投切式无功补偿装置，这类设备包括机械投切式并联电容器、交流并联电抗器以及交流滤波器。并不是所有直流输电工程都需安装并联电抗器，只有当换流站自身的无功特性无法满足运行条件要求时才考虑装设并联电抗器。（2）静止无功补偿装置（Static Var Compensator,SVC）它一般由晶闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器或固定电容器组合而成。可连续调节发出和吸收的无功功率。静止无功补偿装置是平衡电网无功功率和稳定电网电压的有效手段。目前，大容量 SVC 已实现国产化（3）同步调相机换流站交流母线接入调相机后，提高了交流系统的短路比，减小了逆变器换相失败的几率，有利于提高交流系统的稳定性。选择哪种类型的无功补偿设备主要取决于交流系统的强度。当短路比大于3时，只考虑装设并联电容器和电抗器；当短路比小于 3时，开始考虑安装静止无功补偿装置。6、直流平波电抗器 平波电抗器是高压直流换流站的重要设备之一。它配合直流滤波器对直流谐波进行抑制，有效削弱直流短路电流的快速上升和防止轻载下的直流断流。直流平波电抗器是一些串联在换流站和极间的大电抗。其电感量通常为0.27-1.5H(针对直流架空线路)或12200mH(针对直流电缆线路)。在两个换流站的两极各串联一个。它的主要作用有：（1）防止轻载时直流电流断续。（2）通过抑制由快速电压变化所引起的电流变化率的增加，从而降低逆变器继发换相失败率。（3）减小直流电流中的纹波，能避免在低直流功率传输时电流的断续，与直流滤波器共同构成换流站直流谐波滤波电路。（4）防止由直流线路或直流开关站产生的陡坡冲击波进入阀厅，从而使换流阀免于遭受过电压应力而损坏。 7、电极 对于采用大地或海水作为回流电路的系统而言，为了使和大地或海水相连的导体的电流密度以及表面电压梯度尽可能的小，往往要求这个导体有很大的表面积，这样的导体就是电极。采用金属导线作为回流电路的系统没有电极。针对不同的直流输电工程或同一工程的不同运行方式，电极的作用有所差异。 8、直流输电线路 直流输电线路指直流正极、负极传输导线、金属返回线以及直流电极引线，其作用是为整流站向逆变站传送直流电流或直流功率提供通路。直流输电线路分为架空线路、电缆线路以及架空电缆混合线路三种类型。采用何种类型的直流输电线路应根据直流输电工程类型、换流站位置、线路沿途地形、线路用地情况等多种因素加以综合考虑。除导线数目和所需空间外，直流线路在其他方面与交流线路十分相似。 调压分接头。变压器交流侧绕组通常采用星形接地连接，阀侧绕组通常采用三角形或星形连接。 9、交流断路器 交流断路器的装设目的是切除变压器故障和使直流线路停运。因为直流系统故障可以通过换流器的控制更快地切除，所以交流断路器一般不用来切除直流系统的故障 21 。6) 其他设备。如直流输电线, 线杆及塔材等, 除了直流输电因输电导线少而要求较低外, 其性能和特点都交流输电线路十分相似。五、 高压直流输电系统控制与运行在基于VSC的直流输电系统中，其换流站主要有5种基本控制方式：1）定直流电压控制，这种控制方式利用直流电压的变化量去调节VSC交流输出端电压与所联交流系统电压之间的相位差，以使被控的直流电压达到其设定值；2）定直流电流控制，这种控制方式控制利用直流电流的变化量去调节VSC交流输出端电压之间的相位差，以使被控的直流电压达到其设定值；3）定交流电压控制，这种控制方式利用VSC所联交流母线电压幅值的变化量去调节VSC交流输出端电压的幅值，以使被控交流母线电压一个量。4）定有功功率控制，这种控制方式控制利用VSC交流输出端电压与所联交流系统电压之间的相位差，以使被控VSC所传送的有功功率达到其设定值；5)定无功功率控制，这种控制方式利用VSC吸收或发送的无功功率的变化量取调节VSC交流输出端电压的幅值，以使被控VSC吸收或发送的无功功率达到其设定值。以上这五种基本控制方式，1）、2）和4）是通过调节VSC交流输出端电压与所联交流系统电压之间的相位差来实现的；3）和5）是通过调节VSC交流输出端电压的幅值来实现的，且这两种调节是同时进行和相互独立的。因此，VSC-HVDC两端VSC的控制方案选择的原则是：每端VSC都具有两种基本控制方式，首先一端必须采用1），另一端从2）和4）中任选一种，其次每端VSC再从3）和5）中任选一种。高压直流输电发展至今，由于直流输电技术不仅可使远距离输电更为经济，还为电力系统提供了一种快速控制系统。正是依靠其快速灵活的调节，直流输电系统既能改善直流系统本身的运行特性，又能改善交流系统的运行特性。直流输电系统的原理图：图5-1 直流输电系统的原理图输送的直流电流和直流功率有如下两种基本的方式： （1）调节整流器的触发延迟角或逆变器的熄弧角（触发超前角 ）。调节 或即调节加到换流阀控制极或栅极的触发脉冲相位，简称栅/门极控制。采用这种方式调节不但调节范围大，而且具有极快的响应速度，通常在 14ms 之内，是直流输电系统主要的调节手段。 （2）调节分别对应整流侧和逆变侧换流变压器的阀侧空载直流电压Vdor和Vdoi。一般通过切换换流变压器的分接头来实现，但其响应速度与触发控制角相比要慢得多，通常换流变压器每调节 1 档需要 510s。一般情况下，对于交流系统中的快速电压变化，直流输电系统通过调节触发控制角来维持其性能，而对于交流系统中的缓慢电压变化，直流输电系统通过调节换流变压器的分接头来使触发控制角维持在其额定值附近。实际中也以相互补充的方式应用这两种控制。即开始时应用栅/门极控制以保证迅速的控制效果，之后由换流变压器的分接头切换将换流器控制角恢复到正常范围。要得到高功率因数，必须保持整流器的触发延迟角和逆变器的熄弧角 尽可能小。但是为了确保触发前换流阀上有足够的电压，整流器有一个最小角限制，大约为50。此外，还必须留一些升高整流器电压裕度来控制直流功率潮流。但随着角的增大整流器的运行性能将变坏，因此角的可调裕度不能太大。通常整流器正常运行时角的范围为50到200。对逆变器，必须维持一个确定的最小熄弧角 ，以避免换相失败。又因为即使换相已经开始，直流电流和交流电压仍有可能改变，所以在最小 角限制的基础上必须有足够的换相裕度，一般对50Hz 系统角值的可采纳裕度为150,对60Hz系统则为180。1、换流器的基本控制方式 在高压直流输电的控制系统中，换流器控制是基础。通过对换流器触发脉冲的控制和对换流变压器抽头位置的控制，完成对直流传输功率的控制。为了满足正常的运行要求，直流系统换流站的控制通常具备如下的基本控制方式：1）定电流控制 这种控制方式依据直流电流定值，产生所需触发角的指令值，它是高压直流输电最基本的控制方式，因为电流为定值而不随电压的降低而加大，所以动态性能较好，不但可以改善直流输电的运行性能，而且也可以限制过电流，并使因故障引起的损害达到最小。同时当系统发生故障时，它又能快速限制暂态的故障电流值以保护晶闸管换流阀及换流站的其他设备。因此，在正常运行过程中，高压直流输电系统整流侧基本上采用定电流控制。直流电流调节器的稳态和暂态性能是决定直流输电控制系统性能好坏的重要因素。定电流控制原理图如图5-2所示，为使直流电流流通，整流器的直流电压Ed r要高于逆变器的直流电压Edi。定电流控制的基本原理是把实际的电流和电流的给定值进行比较，当出现差别时，通过一个闭环控制器控制换流器触发角，从而控制直流电压以使电流差值减小或消失，来保证实际电流值等于或接近给定值。整流器的定电流控制同时具备抑制直流电流增加的作用，而逆变器的定电流控制则具备防止直流电流下降的作用。同时定电流控制具有保护主电路设备的作用，其响应时间为20100ms。图5-2 定电流控制原理图2）定控制（1）最小触发角控制 当整流器的定电流或其它控制减小至最小值仍无法满足要求时，控制方式自动转为定 控制，即换流器运行于最小角。从现有的高压直流输电工程的设计和运行经验看，min一般为50左右。这主要是为了使换流器上数以千百计的晶闸管均建立较大的正向电压，不致出现导通不同步而引起的晶闸管损坏。 （2）最大触发角限制 由于角和角的互补关系，定控制实际上即定控制。为了防止在某些异常情况下，因调节器超调导致使逆变器触发角 太大，造成逆变器关断角太小而引起换相失败故障，逆变器还需设置最大触发角限制，此限制值通常在1500 1600之间。3）定电压控制 这种控制依据直流电压定值的需要产生触发角指令值，定电压控制的原理与定电流控制相似，如图所示，仅反馈量或被调量改为直流电压，它保持直流线路送端或受端的电压等于给定值。为使直流电压具有较高的水平，整流器中稍许减少触发角，逆变侧则稍许减少触发角。这种调节方式有利于提高换流站交流电压的稳定性。定电压控制的响应速度通常较定电流控制稍慢，约为60300ms 左右。图5-3 定电压控制原理图4）定熄弧角控制 当换流器作逆变运行时，从被换相的阀电流过零算起，到该阀重新被加上正向电压为止，这一段时间所对应的电角度，称之为熄弧角。定熄弧角 控制是逆变器常用的一种控制方式。这种控制方式的目的一方面防止逆变器换相失败，另一方面保证无功需求最小。因此工程上一般为150到180。图5-4 定熄弧角控制原理图5）定功率控制 这种控制依据直流功率定值的需要，形成触发角指令值进行控制。通常当两侧换流母线电压波动不大时，逆变器按照定电压进行控制。整流器则依据设定的功率，计算所需的电流定值，按定电流进行控制。然而，为了精确控制直流传输功率，通常采用定功率控制的方式。其控制电路框图如图5-5所示。图5-5(a)中，基于功率测定值Pr和设定值Pd的差产生直流电流指令值。当交流电压上升导致直流功率增加时，Pr增加，电流设定值减少，定电流控制迅速回应，Pr部分使直流电流下降，系统最终运行在设定的功率值上。图 5-5(b)所示的方式把功率设定值Pd除以直流电压测定值Ed，得到的结果作为直流电流设定值 Idp。这样做可达到保持电流控制调节速度快和迅速抑制功率的目的，功率调节器的装设点往往随主导站而定。图5-5 定功率控制原理图六、新型高压直流输电系统1954年，世界上第一个高压直流输电投入商业运行，该高压直流输电采用汞弧阀换流；随着科技的发展，20世纪70年代，换流器普遍采用晶闸管和移相换流技术，多用于远距离、大功率输电。然而，采用晶闸管和移相器的换流器不但价格昂贵，而且在受端电网还需要旋转电机，当逆变角小于熄弧角时，易发生换相失败；此外，还存在换流电压谐波含量高、功率性能指标低等缺点。针对采用晶闸管换流技术的高压直流输电的不足，研制开发了新型轻型直流输电（HVDC Light）系统。轻型直流输电技术采用电压源换流器（VSC）和绝缘栅双极晶体管（IGBT）。电压型换流器采用脉宽调制（Pulse Width Modulation，简称PWM）控制方式，无需任何换相电压。绝缘栅双极晶体管是具有自关断能力的全控型器件，开关速度快、频率高、损耗小。轻型直流输电控制和运行方式简单、输出电压波形好、功率因数高，在小功率传输时有较好的经济性，具有广阔的应用范围和良好的发展前景5。首先，它能够减少换流站的设备和简化换流站的结构。虽然换流站增加了换流电抗器和直流电容，但它可省去换流变压器、无功补偿设备、平波电抗器、直流滤波器以及简化了交流滤波器，且它也不需要快速通信设备。总体而言，换流站不但减少了设备，而且结构也得到了简化。对于小容量、低电压换流站来说，可采用模块化结构，从而降低造价、提高可靠性、缩短工期（常规直流输电的工期约为3 年，而轻型直流输电的工期仅为1 年），在经济上具有较强的竞争力。其次，由于采用了新型换流器，因此输电工程具有良好的运行性能，如：两端换流站可独立、快速地进行有功和无功的调节来适应交流系统的要求；不增加系统的短路功率；可向无源的负荷点送电；谐波性能好等。轻型直流输电的应用场合如下：（1）向远方的孤立负荷点送电。如向沿海小岛供电，采用轻型直流输电和新型海底电缆可以代替小岛上的柴油发电机。（2）向城市供电。随着各地工业化的发展，城市的用电量急增，架设新的线路走廊发生困难，因此，采用轻型直流输电和新型材料的地下电缆是一种值得考虑的解决办法。（3）随着环保型可再生能源的开发（如风力发电、太阳能光伏发电等），这种小型电站的接入系统问题可采用轻型直流输电解决，在技术和经济上都具有明显的优势。对于风力发电站来说，轻型直流输电可输送发电站的有功功率，同时也可以提供电站所需的无功功率；为了优化风能的利用，允许发电站在不同的频率下运行（丹麦已运行工程，其风力电站的频率可在3065 Hz 之间变化）。（4）离岸发电的联网。一般在海洋石油的开发中，会燃烧许多天然气。如果能够利用这些天然气就地发电，再采用轻型直流输电和海底电缆将电能输送到电网中，将会带来可观的经济效益，大大减少能源的浪费。（5）非同步运行的独立电网之间的联网。采用轻型直流输电能够十分方便地调节有功功率和无功功率，改善系统的运行性能，提高电能质量。（6）推动多端直流输电系统的发展。电压源换流器的直流侧电压极性总是不变的，因此能方便地并联许多换流器，可形成类似交流系统的多端直流网络。 参 考 文 献1 郭毅军.高压直流输电系统的现状及发展概述J.中国西部科技,2008，5（15）:12-13.2彭毅辉.高压直流输电的现状及发展J.Electric times，2007,3.3赵畹君.高压直流输电工程技术M.北京：中国电力出版社，2010.12.4郭华，张文豪，赵慧娜.高压直流输电系统中线路结构的研究与实现J.河南机电高等专科学校学报，2006,11（6）：10-12.5卢永杰，张铂雅，曹冲，付贤东，姚钊. 新型轻型直流输电研究J.燕山:机电信息,2011（24）:17-19. 局部放电测试技术总结报告局部放电是绝缘介质中的一种电气放电，这种放电仅限制在被测介质中一部分且只使导体间的绝缘局部桥接，这种放电可能发生或可能不发生于导体的邻近，电力设备绝缘中的某些薄弱部位在强电场的作用下发生局部放电是高压绝缘中普遍存在的问题，虽然局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿，但可以导致电介质（特别是有机电介质）的局部损坏，若局部放电长期存在，在一定的条件下会导致绝缘劣化甚至击穿，对电力设备进行局部放电试验，不但能够拿了解设备的绝缘状况，还能及时发现许多有关制造与安装方面的问题，确定绝缘故障的原因及其严重程度。因此，对电力设备进行局部放电测试是电力设备制造和运行中的一项重要预防性试验。局部放电PD（Partial Discharge）信号是电力设备早期绝缘故障的重要反映，通过检测局部放电信号可以及时发现设备早期绝缘故障，为设备检修提供必要的依据。但是局部放电信号十分微弱，给其检测带来很大的困难和不便，所以干扰抑制是电力设备局部放电在线监测中的关键技术，通常在线监测数据中包含载波、高频、无线电引起的周期性窄带干扰，电力电子整流及邻近设备引起的脉冲性干扰和现场设备等引起的各种白噪声干扰。在检测数据诸多干扰中，周期性窄带干扰在时域和频域中都表现得十分强烈，严重时局部放电信号会被完全淹没，因此在局部放电在线检测时必须首先考虑滤除。随着现代数字信号处理技术的发展，对于电力设备在检测中出现的周期性窄带干扰已提出了多种处理方法，如：频域阈值滤波、带通滤波、频域分析、自适应滤波、级联二阶无限冲击响应滤波器IIR点阵滤波、小波滤波等。其中，频域阈值法是一种常用有效的处理方法，快速傅里叶变换FFT之后，根据实际情况设置滤波阈值，将超过该滤波阈值的频带设定为干扰频带，并将其幅值置为零，然后傅里叶反变换重构出实际信号。但此算法会出现干扰信号漏处理和处理不净的情况；且干扰频带直接置零处理会使信号在频域中产生突变，使其反变换也会产生明显振荡。下面就电机局部放电检测系统与现代数字信号处理相结合的应用进行具体阐述。由于发电机现场环境相当恶劣, 在现场监测中会引入许多干扰, 干扰幅值可能是局放信号的许多倍, 且局放信号和干扰信号在频域上经常重叠, 因此降噪技术是局放在线监测的关键。本系统设计将多种常用的抑制干扰的数字信号处理算法用于处理采集的信号, 然后提取多种特征值以判别电机的局放情况。系统中的算法采用模块化结构, 各处理模块可以根据现场情况灵活配置和重组。系统数据处理的流程如图1所示。图1 系统数据处理流程1） FIR 滤波器用脉冲电流法对发电机进行局部放电在线监测时, 因中性点一般都通过消弧线圈或高阻接地, 故中性点电流中含有大量的工频信号及其高次谐波。图2为石洞口电厂发电机采集的局放信号频谱的低频部分( 时域波形可参见图5) , 图中V i 为接收到的电压信号。可见信号中含有大量的工频及谐波干扰。用FIR 滤波器可简单地滤去低频干扰, 提高信噪比。图3现场局放信号的低频干扰频谱在本系统中, 我们采用Hamming 窗带通FIR滤波器, 带宽为0. 252. 5 MHz。理论分析和实验表明, 系统中引入的低频脉冲干扰如可控硅干扰, 以及工频及其谐波干扰将受到很好的抑制。2）自适应滤波局放信号中常有较强的高频窄带周期干扰, 采用自适应滤波器( 原理见图4) 能较好地达到去噪的目的。但高频窄带本身频率范围相差较大, 常规的自适应滤波器很难滤除宽带范围内所有窄带干扰。作者设计了一种可变步长的自适应算法, 根据窄带信号的频率实时调整步长, 既保证了自适应滤波器的收敛速度, 又能获得小的稳态失调。图3 自适应滤波器框图在图3中, 输入信号x 直接送主通道, 同时经过一个延时电路z送参考通道r。延时t 取为足够长,使得参考通道输入r 中的宽带信号与x的宽带信号, 在自适应滤波器中,权系数矩阵为: 其中:W（n）为滤波器的权系数; V( n)为滤波器的输入信号; e( n)为滤波器的输出；u为收敛因子, 其值影响收敛速度及稳定性以及收敛解的准确性, 当信号中窄带周期干扰频率范围较宽时(几百K到几兆)时, 固定的u值很难得到最优解和收敛速度。为此我们设计了根据均方误差调节u值的算法:这里, 0 umin umax。可见, 步长u( n) 由预测误差e( n) 和参数A 、B 控制。预测误差较大时, 步长的微调量也大, 从而加快了自适应滤波器的收敛速度; 反之, 步长的微调量也小, 步长减小使稳态失调减小。实验结果表明, 修正后自适应滤波器比起定步长的自适应滤波器更能有效地抑制宽频率范围内的窄带周期性干扰信号。3)小波分析由于现场较强的电磁干扰及信号通道一些模拟元件的热噪声使被监测信号中伴随着大量的噪声,其中有很大一部分可以看作是呈正态分布的白噪声。对于这种含有宽带噪声的信号, 传统的模拟滤波与数字滤波的处理方法有明显的局限性。小波变换用一种新的基底逼近函数, 是时间频率分析的一种新技术, 适于非平稳信号的分析。实验表明，利用数字信号处理技术，可提高信噪比。4）改进FFT频域阈值算法FFT频域阈值法虽简洁有效，但它过分依赖阈值的选取，处理频带也仅限于置零区域：FFT频域分析法虽合理地提出了利用频谱极值点的周边信息来加宽处理频带，但它在一定程度上取决于人为经验和参数计算。本文借鉴了这两种方法的优点，即保留