【正文】 a) 交流線路保護(hù)； b) 換流變壓器保護(hù)：差動(dòng)保護(hù)、過流保護(hù)、中性點(diǎn)偏移保護(hù)、變壓器本體保護(hù)（油、氣、?）； c) 換流電抗器保護(hù)； d) 交流開關(guān)場(chǎng)和交流濾波器保護(hù)。 b) 換流站內(nèi)部故障： 內(nèi)部交流母線故障；站內(nèi)直流母線故障；閥體故障；元件失效等。 vi. 最優(yōu) PWM（ OPWM）： ① 目標(biāo)函數(shù)：指定諧波消除、最小化總諧波畸變率、最小化畸變系數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩。 ② 優(yōu)點(diǎn)：諧波??；直流電壓利用率高（是 SPWM 的倍）。為了提高直流電壓利用率，可注入三次諧波。（沖量即指窄脈沖的面積（變量對(duì)時(shí)間積分）；效果基本相同，是指系統(tǒng)的輸出響應(yīng)波形基本相同） ii. PWM 調(diào)制方法： 把希望輸出的波形作為調(diào)制信號(hào)（參考波， Vcontrol），把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波（ Vtri），通過信 號(hào)波的調(diào)制得到所期望的 PWM 波形。 ii. 系統(tǒng)層三種基本控制方式： ① 定功率（定直流電流）控制（控制功率或直流電流和與交流側(cè)交換的無功功率）： 圖 8 10 定功率控制 ② 定直流電壓控制（控 制直流母線電壓和與交流側(cè)交換的無功功率）： 圖 8 11 定直流電壓控制 注意 ： VSCHVDC 必須有一個(gè)換流站采用 定直流電壓 控制！ ③ 定交流電壓控制（控制交流母線電壓頻率和幅值）： 圖 8 12 定交流電壓控制 b) 裝置層控制：根據(jù)系統(tǒng)層控制形成的參考值，形成換流器目標(biāo)輸出波形參考信號(hào)（ M、δ）。 6. VSCHVDC 控制： （ 1） 控制主要功能： 使 VSCHVDC 系統(tǒng)正常工作，保護(hù)設(shè)備，使系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，具體包括：VSCHVDC 系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止控制， VSCHVDC 系統(tǒng)輸送功率潮流大小和方向控制，協(xié)調(diào)交流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心指令，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。故一般有以下解決方法：閥交流側(cè)經(jīng)電抗器構(gòu)造中性點(diǎn)接地或者閥側(cè)變壓器采用 yn 形式。 e) 變壓器組合式（串聯(lián)型）： 多個(gè)變換器串聯(lián)復(fù)合而成，可提升電壓等級(jí)和 換流站容量。 b) NPC 三電平換流器（以 PWM 波形逼近正弦波）： 圖 8 2 NPC 三電平換流器 i. 優(yōu)點(diǎn)：電平數(shù)提高有利于提高波 形質(zhì)量，降低損耗； ii. 缺點(diǎn)：額外的器件（鉗位二極管）增加了成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜度，存在電容電壓不平衡問題。 （ 3） 應(yīng)用場(chǎng)合： a) 可再生能源并網(wǎng)：連接風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)和電力網(wǎng)； b) 孤島供電：海島或海上石油 /天然氣的鉆井平臺(tái)； c) 城市中心供電； d) 地下電力輸送； e) 連接異步交流電網(wǎng)。 （ 3） 常規(guī)直流輸電面臨的挑戰(zhàn)： a) 兩側(cè)換流站無功消耗大（每側(cè) 40~60%）； b) 存在大量低次諧波，濾波器容量大； c) 不能向無源網(wǎng)絡(luò)供電； d) 存在換相失敗風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定； e) 難以形成多端直流網(wǎng)絡(luò)。 14. 交流系統(tǒng)故障（短路）： 引起的大幅電壓下降在逆變側(cè)可能會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相失敗。 10. 多直流饋入問題： （ 1） 概念：多直流饋入就是在受端電網(wǎng)的一個(gè)區(qū)域中集中落點(diǎn)多回直流線路。 注意 ：逆變站附近的汽輪發(fā)電機(jī)組不會(huì)受到由 HVDC 引起的 SSO 危害。 （ 3） 后果：導(dǎo)致機(jī)組大軸疲勞甚至斷裂，導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩失穩(wěn)。 （ 4） 一般 短時(shí)過電壓 包含的分量 : 工頻過電壓分量；變壓器勵(lì)磁涌流引起的過電壓分量；并聯(lián)諧振決定的自由頻率分量。 圖 7 4 （ 5） 抑制措施（根本思路：避免（減?。┑仉娏髁鹘?jīng)變壓器中性點(diǎn)）： a) 中性點(diǎn)串電阻，限制流入的直流電流： 圖 7 5 中性點(diǎn)串電阻 i. 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、可靠、低成本； ii. 缺點(diǎn)：不能徹底消除直流電流流入；接地性質(zhì)改變，有負(fù)面影響；影響方向保護(hù)靈敏度；系統(tǒng)故障時(shí)中性點(diǎn)過電壓等。 7. HVDC 引起的變壓器直流偏磁： （ 1） 問題：直流輸電系統(tǒng)接地極流過較大電流時(shí)（如 單極大地運(yùn)行）會(huì)導(dǎo)致中性點(diǎn)接地變壓器產(chǎn)生直流偏磁現(xiàn)象。 b) 影響：影響依靠大地磁場(chǎng)工作的設(shè)施；對(duì)金屬管道、鎧裝電纜、具有接 地系統(tǒng)電氣設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面影響；跨步電壓和接觸電勢(shì)影響人畜安全；電磁干擾。 b) 后果：電流諧波放大幾倍甚至幾十倍；電壓嚴(yán)重畸變會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相失敗并使系統(tǒng)運(yùn)行困難； c) 不穩(wěn)定機(jī)理： i. 特征諧波大部分被交流濾波器吸收，但非特征諧波卻很難被濾波器吸收； ii. 系統(tǒng)阻抗、電源阻抗、濾波器阻抗等并聯(lián)，容易導(dǎo)致較低次 諧振頻率（ 5 次及以下）； iii. 諧振頻率如果與非特征諧波匹配可能導(dǎo)致諧波被放大，放大的諧波進(jìn)一步造成交流電壓波形畸變及脈沖不均衡，如果形成正反饋，最終導(dǎo)致交流母線電壓嚴(yán)重畸變，直流系統(tǒng)運(yùn)行困難或不能穩(wěn)定運(yùn)行； iv. 鐵芯飽和型諧波不穩(wěn)定是由于交直流系統(tǒng)中過多的低次諧波交互影響導(dǎo)致，諧波通過換流變壓器的磁通偏移被放大，諧波和換流器交互影響又激勵(lì)了這種放大，最終導(dǎo)致出現(xiàn)環(huán)流變壓器鐵芯飽和引起諧波不穩(wěn)定現(xiàn)象； v. 當(dāng)交流側(cè)并聯(lián)諧振頻率與直流側(cè)串聯(lián)諧振頻率剛好滿足交直流兩側(cè)諧波交互關(guān)系時(shí)，就發(fā)生互補(bǔ)諧振； d) 抑制諧波不穩(wěn)定措施： i. 規(guī) 劃階段避免互補(bǔ)諧振發(fā)生； ii. 利用磁通補(bǔ)償或諧波注入消除非特征諧波； iii. 附加控制電流調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖，保證非特征諧波最??； iv. 有源濾波等。 c) 常用直流小信號(hào)調(diào)制器類型：?jiǎn)稳雴纬龀?滯后補(bǔ)償（原理類似于PSS）。 （ 2） 措施： a) 使用無功補(bǔ)償裝置增強(qiáng)交流電壓支撐能力； b) 換流器控制模式轉(zhuǎn)換（改為定電壓控制）； c) 采用 VSC 換流器等。 （ 3） 主要因素：交流側(cè)母線電壓；直流電流；換相電抗；越前觸發(fā)角等。 2. 換相失?。? （ 1） 概念：當(dāng)逆變器兩個(gè)閥進(jìn)行換相時(shí)，因換相過程未能進(jìn)行完畢，或者預(yù)計(jì)關(guān)斷的閥關(guān)斷后，在反向電壓期間未能恢復(fù)阻斷能力，當(dāng)加在該閥上的電壓為正時(shí)，立即重新導(dǎo)通，則發(fā)生了倒換相，使預(yù)計(jì)開通的閥重新關(guān)斷，這種現(xiàn)象稱之為換相失敗。 b) 互聯(lián)等效 阻抗 : 阻抗高，系統(tǒng)弱；阻抗低，系統(tǒng)強(qiáng)； c) 交流系統(tǒng)慣性（發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）：慣量小，系統(tǒng)弱；慣量大，系統(tǒng)強(qiáng)； 注意 ：系統(tǒng)越弱，交、直流交互影響越強(qiáng)。一般 Q 取值范圍為 50～ 100，為了節(jié)能目的，有時(shí)會(huì)取更高值（電阻值更?。?。 （ 5） 電容器的經(jīng)濟(jì)容量和安裝容量： 電容器的工作電流包括諧波電流和基波電流，其容量是諧波容量和基波容量?jī)烧咧?，稱之為安裝容量。 故選取直流電抗器電感值的具體方法是： ① 按減少直流側(cè)的交流脈動(dòng)分量的情況確定電感值； ② 以小電流時(shí)保持電流的連續(xù)性和直流送電回路發(fā)生故障時(shí)能抑制電流上 升速度的情況進(jìn)行驗(yàn)算。 3. 平波電抗器： （ 1） 作用： a) 直流電流濾波（平波）； b) 限制線路短路電流的上升率； c) 防止小電流運(yùn)行時(shí)的電流斷續(xù)； d) 阻斷雷電波的侵入； e) 減小對(duì)沿線通訊設(shè)施的干擾； （ 2） 如何選取直流電抗器的電感值： 答：直流電抗器的作用是減少直流側(cè)的交流脈動(dòng)量，小電流時(shí)保持電流的連續(xù)性以及當(dāng)直流送電回路發(fā)生故障時(shí)，能抑制電流的上升速度。 c) 兩種觸發(fā)方式比較： 在三相電壓對(duì)稱的條件下，兩種觸發(fā)方式等效，但是在三相電壓不對(duì)稱的條件下，后者的觸發(fā)脈沖不等間隔，導(dǎo)致交流電流波形正負(fù)半波寬度不等，平均電流不為零，造成變壓器偏磁。）觸發(fā)方式： α 1=移相控制；相對(duì)于 1 號(hào)自然換相點(diǎn)滯后角度α 1；從脈沖 2 開始，均滯后前一個(gè)脈沖 60176。 六、 高壓直流輸電系統(tǒng)主設(shè)備： 1. 換流器： （ 1） 雙橋換流器與四重閥結(jié)構(gòu)： 一個(gè)三相全控橋有 6 個(gè)橋臂（閥），一個(gè)橋臂（閥）由 120 個(gè)晶閘管串聯(lián)而成；每 15 個(gè)晶閘管構(gòu)成一個(gè)基本單元，每?jī)蓚€(gè)基本單元（ 30 個(gè)晶閘管）組裝為一個(gè)半層閥；每 4 個(gè)半層閥構(gòu)成一個(gè)閥。 五、 換流器的功率因數(shù)計(jì)算： 1. 功率因數(shù)的定義： 功率因數(shù)等于有功功率 P 與視在功率 S 之比，即： () 功率因數(shù)λ的大小反映的是有功功率 P 在視在功率 S 中所占的比重，是功率的利用系數(shù)，反映功率的利用程度。 b) YD 接線變壓器一次電流特征諧波分析：（波形相同，幅值比 YY 接線大倍）除基波外只剩有 1 1??次等 6k177?！?15176。 5. 諧波分析內(nèi)容： （ 1） 直流輸出電壓的特征諧波分析： a) 諧波頻率：等于 6n（ n=1， 2， 3，?）倍工頻基波頻率； b) 諧波幅值是控制角α的函數(shù)： α =0176。 2. 諧波分析的數(shù)學(xué)工具：傅里葉級(jí)數(shù)。） 7. 雙橋換流器（電力電子那個(gè)十 二脈波）（整流器和逆變器結(jié)構(gòu)相同）： （ 1） 電路圖：兩個(gè)三相全控橋串聯(lián)； 圖 3 10 （ 2） 交流輸入電壓：兩個(gè)三相交流輸入電壓的相位互差 30176。 （ 3） 雙端直流輸電系統(tǒng)的等值電路 : 圖 3 8 直流系統(tǒng)等值電路圖 6. 雙端直流輸電系統(tǒng)工作點(diǎn)： （ 1） 工作點(diǎn)的確定： 通常將線路電阻 RL 納入逆變器側(cè)，則用β表示的外 特性曲線因正值內(nèi)阻增加而上翹更多，用δ表示的外特性曲線因負(fù)值內(nèi)阻減小而使下傾減緩或微上翹。 三、 換流技術(shù)復(fù)習(xí)： 1. 三相全控整流電路原理圖： 圖 3 1 （ 1） 大電感負(fù)載（符合直流輸電工程實(shí)際）； （ 2） 交流輸入電壓的相序與晶閘管觸發(fā)順序的關(guān)系（ 135462）； （ 3） 閥的組成、靜態(tài)均壓（電阻分壓）和動(dòng)態(tài)均壓（電容分壓）原理與電路； （ 4） 均壓系數(shù)（）、電壓裕度 系數(shù)（）； （ 5） 閥串聯(lián)元件數(shù)的確定； （ 6） 電壓變化率限制和電流變化率限制。 。 注意 ：大地電流的不利影響包括 ① 不同接地點(diǎn)之間存在電位差，形成電解池，造成電化學(xué)腐蝕； ②變壓器接地中性點(diǎn)流過直流電流，造成變壓器直流偏磁，使變壓器噪聲增加、損耗加大、振動(dòng)加劇 。高壓直流輸電總結(jié) 一、 高壓直流輸電概述： 1. 高壓直流輸電概念： 高壓直流輸電是交流 直流 交流形式的電力電子換流電路，由將交流電變換為直流電的整流器、高壓直流輸電線路及將直 流電變換為交流電的逆變器三部分組成。 3. 對(duì)直流輸電的基本要求： （ 1） 能夠靈活控制輸送的（直流）電功率（大小可調(diào)；一般情況下，應(yīng)能夠正反雙向傳送電功率（功率方向可變）； （ 2） 維持直流線路電壓在額定值附近； （ 3） 盡可能降低對(duì)交流系統(tǒng)的諧波污染； （ 4） 盡可能少地吸收交流系統(tǒng)中的無功功率； （ 5） 盡可能降低流入大地的電流。交流系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò) 。 3. 多端直流輸電的特點(diǎn)： （ 1） 可以經(jīng)濟(jì)地連接多個(gè)交流系統(tǒng)； （ 2） 因缺少大容量直流斷路器，無法切除輸電線路的短路故障，因而限制了它的發(fā)展。 （ 2） 逆變器等值電路： 圖 3 7 逆變器等值電路 a) 用β表示的等值電路，端口電壓隨電流增大而增大（正內(nèi)阻）； b) 用δ表示等值電路，端口電壓隨電流增大而減?。ㄘ?fù)內(nèi)阻）。（結(jié)論：整流側(cè)外特性曲線的斜率小于逆變側(cè)外特性曲線的斜率，系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行。諧波造成額外的鐵耗導(dǎo)致發(fā)熱、振動(dòng)和噪聲，降低了設(shè)備出力、效率及壽命； （ 2） 對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的影響：諧波 造成轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)； （ 3） 對(duì)電力電容器的影響：諧波可能引起諧振過電壓； （ 4） 對(duì)電力系統(tǒng)測(cè)控的影響：諧波使測(cè)量誤差增加，可能導(dǎo)致控制失靈，保護(hù)誤動(dòng)； （ 5） 3 次諧波電流過大可能使中性線過流； （ 6） 諧波疊加在基波上，使電氣應(yīng)力增加，對(duì)各種電氣設(shè)備尤其是電容器的絕緣造成威脅； （ 7） 諧波對(duì)通信線路造成干擾。 4. 諧波分析的基本步驟： （ 1） 寫出盡可能簡(jiǎn)潔的周期函數(shù)表達(dá)式 f（ x）； （ 2） 計(jì)算傅立葉級(jí)數(shù)的系數(shù) an 和 bn； （ 3） 寫出與周期函數(shù) f（ x）等價(jià)的傅立葉級(jí)數(shù)表達(dá)式； （ 4） 分析 f（ x）的傅立葉級(jí)數(shù)構(gòu)成成分，得出有用結(jié)論。幅值最大 ； HVDC 運(yùn)行時(shí)，整流側(cè)α =12176。 1 次諧波。 1 次諧波。 () 上式是考慮換相角時(shí)的情況。）觸發(fā)與等控制角（α）觸發(fā)： a) 等間隔（ 60176。 b) 等控制角α觸發(fā)方式： α 1=α 2=α 3=α 4=α 5=α 6；即 6 個(gè)觸發(fā)脈沖都是相對(duì)于各自的自然換相點(diǎn)滯后一個(gè)相同角度。 圖 6 2 （ a）為光纖方式，（ b）（ c）為電磁方式 （ 5） 高壓（就地）取電技術(shù)： 圖 6 3 光電變換電路的高壓（就地）取電方法 2. 換流變壓器： （ 1） 工作電流波形是方波； （ 2） 耐壓要求高； （ 3） 可能 存在一定偏磁（直流分量）； （ 4） 有載調(diào)壓、調(diào)壓范圍大、調(diào)節(jié)頻繁。所 以滿足上述三項(xiàng)要求的前提下，直流電抗器的電感 Ld應(yīng)盡量小。 （ 4） 交流側(cè)濾波器設(shè)計(jì)步驟：首先根據(jù)無功需求確定 C，再根據(jù)諧振要求確定 L，最后根據(jù)品質(zhì)因數(shù)確定 R。 品質(zhì)因數(shù) Q 越大，諧振時(shí)的支路阻抗越小，濾波效果也越好，但考慮到與交流電網(wǎng)發(fā)生諧振時(shí)為防止通過濾波器（電容器和電抗器）的