第五章直流输电(0704)

1、电力电子在电力系统中的应用电力电子在电力系统中的应用第五章第五章直流输电直流输电一、直流输电概述一、直流输电概述二、直流输电的优缺点二、直流输电的优缺点三、直流输电的发展前景三、直流输电的发展前景四、四、直流输电系统控制原理直流输电系统控制原理一、直流输电概述人们对电力的应用以及电力科学的发展都是首先从直流电开始的。第一条远距离大功率输送电力就是直流电；1882年德国米斯巴赫煤矿直流发电机以15002000伏电压经57公里送到慕尼黑举办的国际展览会上。v当时采用直流发电机串联成高压直流电源，串联运行方式较复杂，可靠性差；电压换向困难，而阻碍了直流输电的进一步发展。v十九世纪八、九十年代人们掌握

2、了多相交流电路原理，交流发电机、变压器、感应电动机相继出现，交流电因经济、安全、可靠几乎完全代替了直流电。直流输电和交流输电比较直流输电和交流输电比较：1、线路直流线路只用两根导线、三相交流线路至少须三根导线PdId*VdPa=Va*Ia*cos若电流密度相同，每根导线载流量相等，Id=Ia交流绝缘水平2Va*ka直流绝缘水平kd*Vd假设过电压倍数相等ka=kd，相同绝缘水平Vd= 2Va若取cos=0.945两根导线的直流与三根导线交流输送功率相等。一、直流输电概述PdPa2Pd 3Pa1PdPaVd*IdVa*Ia*cos2cos1.5一、直流输电概述直流输电和交流输电比较：直流输电和交

3、流输电比较：1、线路另外，直流线少一根导线，直流电阻减小，线损比交流节省三分之一；交流输电还有集肤效应，也增大了线路的功率损耗。 架空线路电晕损耗在导线表面场强相同时，直流平均电晕损耗仅为交流5065%（电晕机理不同）而电晕引起的无线电干扰，交流比直流要高得多，环境污染和经济损失更为严重。电缆线路直流电缆基本上只有芯线电阻损耗，交流电缆除芯线电阻损耗之外，还有绝缘介质损耗、铅包皮和铠装中磁感应损耗a.同样厚度的油浸绝缘，直流允许工作电压为交流的三倍（电位分布、电场强度、击穿强度都不同）一、直流输电概述直流输电和交流输电比较：直流输电和交流输电比较：1、线路 电容电流交流沿线有电容电流通过，沿线

4、电压会有较大变化轻载时，线路上某些地方电压可能升高到不能允许的程度。超高压时，大的不能忍受：220Kv电缆每相每公里为23安左右，当线路长40公里，电容电流达950安，几乎占用芯线的全部载流量。回流电路直流可以利用大地、海水作回流电路，当双极线路中有一极因故障检修而退出运行时，仍可工作，从而增加了可靠性、灵活性；当然直流电流在大地中流动时会对沿途的金属、管线产生电解、腐蚀作用，可以设法防止。c.三相交流故障断开一相不能长期持续运行，以大地作一相时，通讯干扰将远远超过允许水平，电力系统也不对称。一、直流输电概述直流输电和交流输电比较：直流输电和交流输电比较：2、设备交流输电两端交流变电所直流输电

5、则要复杂的多：换流站、滤波回路、无功补偿设备直流输电两端所需补偿的无功功率只与输送的功率大小有关，与路线长度无关。交流输电线路愈长，所需补偿的无功功率也愈多。有资料表明，线路长度超过500公里时，交流无功补偿超过直流。一、直流输电概述直流输电和交流输电比较：直流输电和交流输电比较：3、费用与等价输电距离 交直流输电的线路和两端设备的总费用相等的这个输电距离称交、直流输电的等价输电距离。由于工程的具体条件不同，技术进步、各种费用都有一定的变化范围，有关资料（国际大电网会议）表明，上个世纪70年代，送5402160兆瓦功率的电能，架空线等价距离约640960公里，而电缆线路的等价距离在5690公里

6、之间。随着换流器价格下降，等价距离还会进一步缩短。一、直流输电概述直流输电和交流输电比较：直流输电和交流输电比较：直流输电还可以分阶级建设，分期投资：先建设一个极，再增设另一个，换流器也可以逐步增多串联（或并联）换流器个数的方法，来提高直流输电系统的额定电压（或电流），增加输送功率。直流输电系统交流输电系统一、直流输电概述直流输电和交流输电比较：直流输电和交流输电比较：4、潮流的调节 交流系统输送功率要调节输送有功功率只有改变功率角发电机转子具有惯性，改变需要时间，电功率调节是缓慢的。直流系统输送功率 Pd = Vd*Id由两端的直流电压所决定，而电压的调节由控制器改变，换流器的触发相位实现的

7、，调节时间常数小，调节过程快。EUXsindP一、直流输电概述直流输电和交流输电比较：直流输电和交流输电比较：5、运行的稳定性 发电厂通过交流远距离输电线路和受端系统连接起来同步运行时，可能出现稳定性问题，即电力系统受到扰动后，保持同步运行的能力。输送功率过大，或输送距离过长，系统稳定的储备系数将不足，从而不能保证系统运行的可靠性。也可采取一些措施：发挥发电机自动励磁调节、快速切除线路故障、自动重合闸，有时还要增加线路开关站、串联电容补偿、增加线路回路数等等，所有这些措施都要增加费用。一、直流输电概述直流输电和交流输电比较：直流输电和交流输电比较：5、运行的稳定性利用直流输电可提高交流输电系统

8、的稳定性以直流输电系统和交流输电系统并列运行为例：当因扰动引起输送功率变化时，可按预定要求迅速调节直流输电的功率，抵消交流输电系统因扰动而引起的功率变化量，减少发电机转子转速的变化，加强阻尼作用，提高系统稳定性。直流线路发生故障，换流调节装置将线路电压降为零，消除故障后再自动启动，因速度快和交流系统重合闸差不多。必要时，再启动后，短时多送功率，使交流线路加速恢复稳定。一、直流输电概述直流输电和交流输电比较：直流输电和交流输电比较：6、联络线作用直流输电也适合用作不同频率、不同交流系统之间联络作用，不受两端交流系统的频率、电压、相位的牵制，能迅速简便进行调节。如日本关东（50Hz）、关西（60H

9、z）的交流系统互联两系统各自短路容量不会因互联而明显增大利用直流联络线将大容量电力系统分割成几个非同步部分运行限制了短路容量，也防止大面积停电故障扩大。充分利用设备，经济合的频率、转速，如水电站不同水头变化尽早发电，还有抽水蓄能、潮汐、风力电站都如此二、直流输电的优缺点优点：输送功率相同时，线路造价低，架空线结构简单，同绝缘水平电缆可运行较高电压，线路损耗小，运行费用低。两端交流系统不需要同步运行，并列运行时提高系统稳定性。能迅速实现各种调节、控制，直流线路的短路电流小。实现不同频率交流系统互联，避免大面积停电事故。不相同几何尺寸、电压下，电晕、无线电干扰较小。稳定运行时没有电容电流，电压分布

10、较平稳，线路不需无功补偿1.每个极可以独立回路运行，发生故障、扩建、分期投资均可。二、直流输电的优缺点缺点：换流器较贵，运行中需较多无功。换流设备过载能力小。设备待发展，直流高压断路器困难。大地作回路，会引起沿途金属构件、管线腐蚀。主要用途：远距离大功率输电海底电缆送电不同频率、非同步交流系统互联用电缆向用电密度高的城市供电1.系统互联或电网增容时，限制短路电流措施三、直流输电的发展前景直流输电技术可以提高电力系统的经济指标、技术性能、运行可靠性和调度的灵活性。随着直流输电技术的日益成熟，输电设备（主要是换流器）价格的下降，可用率的提高，电力系统中必将更多的应用。许多科技领域的新能源发电，如磁

11、流体发电（MHD）、电气体发电（EFD）、燃料电池和太阳能电池等产生的都是直流电，直流输送、逆变器变换后进入交流电网。三、直流输电的发展前景直流输电在电力系统中的应用直流输电系统控制原理直流输电系统控制原理1、直流输电系统运行控制基本要求、直流输电系统运行控制基本要求（1）减小因交流系统电压变化引起的直流电流波动；（2）限制最大直流电流，防止换流器过载损害；（3）限制最小直流电流，避免电流间断引起振荡及过电压；（4）减小逆变器发生换相失败的概率；（5）尽量减小换流器消耗的无功功率；（6）保持直流电压在要求值水平运行。直流输电系统控制原理直流输电系统控制原理2、直流输电控制系统发展直流输电控制系

12、统发展 从控制系统本身结构特点看，发展大致可分为三阶段：（1）由分立模拟电子电路构成。早期控制系统。优点：优点：响应快速、实时性好、控制方式简单可靠。缺点：缺点：灵活性差、控制功能受限、结构涣散、易受温度等周围环境影响、控制精度低、控制系统自身的稳定性可靠性低等。直流输电系统控制原理直流输电系统控制原理（2）由中小规模数字集成电路构成，20世纪五、六十年代开始发展，但未得到推广应用。优点：优点：集成度较高、控制方式较灵活、逻辑处理能力较强。缺点：缺点：控制功能实现较复杂、某些控制性能及可靠性还不如模拟型的，故未能得到推广应用。同时期还研发了一种数模混合型数模混合型控制系统，吸收了模拟型和数字型的优点，得到一定的推广应用。直流输电系统控制原理直流输电系统控制原理（3）20世纪70年代末，随着大规模集成电路和微机技术的迅速发展而发展起来的，目前直流输电控制系统基本上都是微机型的。优点：优点：集成度、可靠性高；控制方式灵活且更改方便；可实现快速、精确控制；控制功能和逻辑处理能力强，可实现复杂控制； 运行稳定性高，基本不受温度等周围环境影响；可方便地通过多重化等措施进一步提高控制系统的可靠性。直流输电系统控制原理