【正文】 雙極大地回線（最常用）： 圖 2 3 （ 4） 雙極單端接地（很少用）： 圖 2 4 （ 5） 雙極金屬回線（較少用）： 圖 2 5 （ 6） 并聯(lián)式背靠背： 圖 2 6 （ 7） 串聯(lián)式背靠背： 圖 2 7 2. 多端直流輸電的基本構(gòu)成： （ 1） 三端并聯(lián)型； 圖 2 8 （ 2） 三端串聯(lián)型； 圖 2 9 注意 ：這里的“雙端”、“多端”指的是所接換流站的個(gè)數(shù)（交流電網(wǎng)接入點(diǎn)的個(gè)數(shù)），而不是換流器的個(gè)數(shù)。 圖 3 9 雙端直流系統(tǒng)工作點(diǎn)的確定（兩條線交點(diǎn)） （ 2） 工作點(diǎn)穩(wěn)定性判據(jù)：采用小擾動(dòng)法在工作點(diǎn)加上一點(diǎn)小擾動(dòng)看看系統(tǒng)能不能回到原來的穩(wěn)定點(diǎn)。等間隔觸發(fā)； （ 4） 直流電流恒定（水平無紋波）； （ 5） 不考慮換相角的影響； 在上述基本假設(shè) 條件下，分析得出的諧波，稱之為“特征諧波”。 （ 2） 交流線電流的特征諧波分析： a) YY 接線變壓器一次電流特征諧波分析：除基波外只剩有 11??次等 6k177。（不考慮換相角γ時(shí)，；考慮換相角γ時(shí)，） 2. 只考慮基波時(shí)的功率因數(shù)： () 3. 考慮諧波時(shí)的功率因數(shù)： () 上式是不考慮換相角時(shí)的情況。（ k=2， 3， 4， 5， 6）。但是過大，當(dāng)電流迅速變化時(shí)在直流電抗器上產(chǎn)生的過電壓就越大；另外作為一個(gè)延時(shí)環(huán)節(jié)，過大對直流電流的自動(dòng)調(diào)節(jié)不利。 （ 6） 濾波器的特征電 抗、品質(zhì)因數(shù)： 諧振頻率下的感抗值或容抗值即特征電抗；，即品質(zhì)因數(shù)。 注意 ：系統(tǒng)在不同運(yùn)行方式下， SCR 可能不同。 （ 5） 措施： a) 利用無功補(bǔ)償維持交流電壓穩(wěn)定； b) 采用較大平波電抗限制直流電流暫態(tài)上升； c) 規(guī)劃階段降低變壓器短路電抗（換流電抗）； d) 增大觸發(fā)角或關(guān)斷角整定值； e) 人工換相等。 注意 ： HVDC 換流器交流側(cè)為諧波電流源，直流側(cè)為諧波電壓源。 b) 影響電極溫升土壤參數(shù)：電阻率、熱導(dǎo)率、熱容率、濕度。（ Temporary Overvoltage， TOV） （ 2） 原因：造成換流站短時(shí)過電壓的根本原因是換流站安裝的大量無功補(bǔ)償電容器和濾波器；額定工況下，無功容量為額定輸送功率的40%60%，甩負(fù)荷時(shí)引起無功 消耗大幅下降甚至為零，剩余的無功補(bǔ)償容量就會(huì)導(dǎo)致過電壓。 圖 7 8 （ 5） 影 響因素： a) 發(fā)電機(jī)組與電整流站電氣距離：距離越近越不利； b) 發(fā)電機(jī)組與交流大電網(wǎng)聯(lián)系：聯(lián)系越薄弱越不利； c) 發(fā)電機(jī)組的額定功率與 HVDC 輸送的額定功率相對大?。喝粼谕粋€(gè)數(shù)量級上，不利； d) HVDC 控制器：電流調(diào)節(jié)器、輔助控制器等引起負(fù)阻尼。 11. 單雙極閉鎖： （ 1） 整流站閉鎖相當(dāng)于突甩負(fù)荷，系統(tǒng)頻率上升； （ 2） 逆變站閉鎖相當(dāng)于突然切機(jī)，系統(tǒng)頻率 下降； （ 3） 極閉鎖會(huì)使雙側(cè)交流系統(tǒng)突甩無功負(fù)荷，使電壓升高。 2. VSCHVDC 的特點(diǎn)及應(yīng)用場合： （ 1） 優(yōu)點(diǎn)： a) 結(jié)構(gòu)緊湊占地小； b) 無源系統(tǒng)供電 /黑啟動(dòng)； c) 可聯(lián)絡(luò)弱交流系統(tǒng)； d) 獨(dú)立的有功和無功控制； e) 站間不用通訊； f) 無換相失敗問題； g) 諧波??； h) 易于實(shí)現(xiàn)多端直流。 ii. 缺點(diǎn)：電容器電壓平衡有難度。（有文獻(xiàn)稱為“偽雙極”）而由組合式 VSC 構(gòu)成 VSCHVDC 換流器時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)真正的雙 極系統(tǒng)。電流內(nèi)環(huán)有利于換流器限流。 圖 8 18 三相兩電平 VSC 注意 ：三相 VSC 可控運(yùn)行的前提是直流電壓不低于交流線電壓倍。 vii. 換流閥觸發(fā)技術(shù)： 圖 8 22 采用光電轉(zhuǎn)換觸發(fā)換流閥 7. VSCHVDC 保護(hù)配置： （ 1） 區(qū)域劃分：外部交流系統(tǒng)，換流站內(nèi)部，直流側(cè)線路 。 （ 6） 直流線路保護(hù)： a) 直流欠壓保護(hù)； b) 直流過壓保護(hù) ； c) 直流電壓不平衡保護(hù)； d) 直流故障再啟動(dòng)邏輯等。 b) VSCHVDC： i. PWM 控制方式，有功無功的獨(dú)立控制； ii. 潮流反轉(zhuǎn)依靠電流方向反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)方便快捷； iii. 直流側(cè)故障需要交流側(cè)跳閘清除； iv. 過載能力弱； v. 具有黑啟動(dòng)功能； vi. 損耗高，滿載時(shí)，每端 ~%。同樣對出現(xiàn) ↓ ↓。由于伏安特性的斜率一般很小，交流電壓并不會(huì)有太大的變動(dòng)，這樣就會(huì) 引起直流電流和直流功率很大的波動(dòng)。 圖 9 6 紅線為整流側(cè)，藍(lán)線為逆變側(cè) b) 低壓限流控制： i. 概念：低壓限流控制是指在某些故障情況下，當(dāng)發(fā)現(xiàn)直流電壓低于某一定值時(shí) ，自動(dòng)降低直流電流調(diào)節(jié)器的整定值，待直流電壓恢復(fù)后，又自動(dòng)恢復(fù)整定值的功能，如下圖 CD 與 EF 段。 （ 4） 換流器控制：（見本材料 P21） 3. 直流輸電的控制： （ 1） 定電流調(diào)節(jié)： 圖 9 8 定電流調(diào)節(jié)框圖 注意 ：余弦移相單元的作用是消除整 流器的非線性，使整個(gè)控制系統(tǒng)變成線性系統(tǒng)，從而有利于控制器參數(shù)設(shè)計(jì)。 （ 4） 無功控制： a) 一般來講，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式下，整流器吸收的 無功功率為直流輸出功率的 30%～ 50% ，逆變器吸收的無功功率則為 40%～ 60%的直流輸出功率。若α過大，則消耗無功增加，直流電壓諧波增加；若α過小，則縮小控制范圍。負(fù)載波動(dòng)由α或δ調(diào)整。 a) 正常起動(dòng)： i. 起動(dòng)方式： 直流輸電系統(tǒng)的起動(dòng)，采用逐漸升壓的方式，以 避免產(chǎn)生過電壓。 當(dāng)起動(dòng)開始階段，直流電流很小時(shí)，由于電流不連續(xù)，會(huì)引起過電壓，因此應(yīng)設(shè)法盡快越過電流間斷區(qū)（一般在額定電流 10％以下）。 ii. 故障緊急停運(yùn)過程： 迅速將整流器觸發(fā)相位快速地增加到α = 120~150176。 ii. 自動(dòng)再起動(dòng)過程： ① 當(dāng)直流保護(hù)系統(tǒng)檢 測到直流線路接地故障時(shí)，迅速將整流器的觸發(fā)角快速移相到 120~150176。當(dāng)換流器發(fā)生故障時(shí)，旁通閥才被觸發(fā)導(dǎo)通，起保護(hù)主閥的作用。這時(shí)逆變器旁通對仍將直流線路短路，有利于電流盡快越過間斷區(qū)。 f) 潮流反轉(zhuǎn)控制： ① 概念： 直流輸電的特點(diǎn)之一是能夠方便、快速地實(shí)現(xiàn)功率潮流的反轉(zhuǎn)輸送。同時(shí)，換流器 2 檢測出的電流小于新整定值，選擇環(huán)節(jié)自動(dòng)地將定δ調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換到定電流調(diào)節(jié)，后者不斷地增大β角，企圖把電流維持在新的整定值，致使，遂由逆變轉(zhuǎn)入整流狀態(tài)。 iii. 極控制： 控制和協(xié)調(diào)該極的運(yùn)行；功率給定值設(shè)置；電流給定值計(jì)算，站間通信；過負(fù)荷監(jiān)測；功率調(diào)制；本極起停；故障恢復(fù)；本極直流線路保護(hù)；直流開關(guān)場設(shè)備保護(hù)及報(bào)警等。 （ 3） UHVDC 主接線： 圖 10 1 特高壓直流輸電主接線 （ 4） UHVDC 運(yùn)行方式： 圖 10 2 特高壓直流輸電運(yùn)行方式 十一、 課后習(xí)題解答： 1. 第一次作業(yè)： （ 1） 交流輸電或直流輸電線路的額定電壓提高一倍，其功率輸 送能力提高多少倍？為什么？請予以證明。（詳細(xì)解答見本頁最上面） 2. 第二次作業(yè)： （ 1） 為什么雙極大地回線的運(yùn)行方式最為常用？ 答：一方面在正常運(yùn)行時(shí)大地回線中的電流很小，從而減小了大地電流的不利影響；另一方面是當(dāng)有一極故障退出運(yùn)行時(shí)，另一極仍可通過大地回線構(gòu)成單極回 線運(yùn)行，提高了電力系統(tǒng)抵御事故的能力。缺點(diǎn)是目前缺少大容量的直流斷路器，無法切除故障，因而有一處故障則整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)停運(yùn)。所以，換流器不管是整流還是逆變，換流器都將從系統(tǒng)吸收無功功率。（詳見課本 P38 和 P128 頁） （ 6） 直流輸電等值電路圖：本材料 P54 頁。 （ 14） 采用直流輸電進(jìn)行直流調(diào)制（制動(dòng)）的優(yōu)缺點(diǎn)：本材料 P3435 頁。 （ 8） 直流輸電 基本控制特性：本材料 P5558 頁。 （ 2） 直流輸電總體結(jié)構(gòu)圖及各部分作用： 答：組成部分有：三相電源，換流站，輸電電纜或者架空線，換流站，交流電網(wǎng)。 （ 2） HVDC 系統(tǒng)兩側(cè)交流系統(tǒng)的強(qiáng)弱，運(yùn)行頻率的高低對 HVDC 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性有何影響？ 答：對整流器而言，系統(tǒng)越強(qiáng)，內(nèi)電抗越小，其外特性越平坦，穩(wěn)定性越高；運(yùn)行頻率越高，內(nèi)電抗越大，其外特性越陡，穩(wěn)定性越差。 （ 3） 背靠背直流輸電有何作用？ 答：背靠背直流輸電系統(tǒng)是輸電線路長度為零的直流輸電系統(tǒng)。 （ 2） 為什么交流電纜的輸電距離不能長？ 答：交流電纜的對地電容比較大，當(dāng)輸電距離超過一定距離后，電纜中大部分電流流進(jìn)大地，這樣受端就接收不到足夠功率。 v. 通信： ① 控制用：電流給定值，功率給定值等； ② 操作命令：起停；反轉(zhuǎn)；金屬大地回流；開關(guān)遙控；保護(hù)及連鎖動(dòng)作等。這個(gè)過程一直進(jìn)行到換流器 1 的。 由于換流器只能單向?qū)щ?，所以直流電流的方向是不能反轉(zhuǎn)的，只有使直流電壓極性反轉(zhuǎn)，才能實(shí)現(xiàn)功率倒送。換流器為雙橋串聯(lián)接線時(shí)，起動(dòng)時(shí)整流器的一個(gè)橋先解鎖，通過另一橋的旁通對送出直流電流，然后第二個(gè)橋解鎖。旁通閥也可用于直流系統(tǒng)的起停操作。為了保證再起動(dòng)成功率， 在第二次再起動(dòng)時(shí)，可適當(dāng)加長整定的去游離時(shí)間，或減慢電壓上升速度； ⑤ 如果第二次再起動(dòng)仍不成功，可以進(jìn)行第三次，甚至第四次再起動(dòng)?？焖僖葡嗪?，直流線路兩側(cè)都處于逆變狀態(tài)，將直流系統(tǒng)所儲(chǔ)存的能量迅速送回兩側(cè)交流系統(tǒng)。 ii. 停運(yùn)的過程主要步驟： ① 通過整流側(cè)電流調(diào)節(jié)器，使直流電流跟隨整定值逐步下降，直至允許運(yùn)行的最小值；在此過程中，逐步切除交流濾波器組， 以滿足無功平衡的要求，逆變側(cè)的電流調(diào)節(jié)器也跟著使β角加大，直到達(dá)到上限值； ② 停送整流器的觸發(fā)脈沖，或者采用快速停止的方法，它是將整流器的觸發(fā)相位快速地增加到α =120~150176。 ii. 起動(dòng)的過程主要步驟： ① 兩側(cè)換流站換流變壓器網(wǎng)側(cè)斷路器分別合閘，使換流變壓器和換流閥帶電； ② 兩側(cè)換流站分別進(jìn)行直流側(cè)開關(guān)設(shè)備操作，以實(shí)現(xiàn)直流回路連接； ③ 兩側(cè)換流站分別投入適量的交流濾波器支路； ④ 起動(dòng)逆變器，并使β角等于最大上限值（上限值小于或等于 90176。 ② 保持控制角（α或δ）在一定范圍變化（我國基本采用這種方式）： 分接頭調(diào)整使α或δ 在一定范圍變化→ Q ↓ ，交直流諧波↓；直流系統(tǒng)性能好，但分接頭調(diào)整頻繁且調(diào)整范圍要大。 b) 整流側(cè)工作原理： 當(dāng)α 下限時(shí)→ 調(diào) 1 檔分接頭， AC 電壓↑ → α ↑； 當(dāng)α 上限時(shí)→ 調(diào) 1 檔分接頭， AC 電壓↓ → α ↓； 一般來講，當(dāng)α =下限或上限時(shí)，調(diào) 1 檔使α = 15o 左右。 c) 定無功功率控制： 計(jì)算所有投入的交流濾波器的無功功率和交流系統(tǒng)提供的無功功率以及換流器所消耗的無功功率，根據(jù)前二者之和與后者的差值來決定投切濾波器。 由和聯(lián)立可得。因?yàn)槿绻绷飨到y(tǒng)功率恢復(fù)太快，換流器需要吸收較大的無功功率，影響交流電 壓的恢復(fù)。這種情況是不允許的。 f) 電流 差值控制：防止逆變電流調(diào)節(jié)器在工作轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生不穩(wěn)定； g) 換流變壓器分接頭控制：調(diào)節(jié)交流電壓→ 維持δ在給定范圍變化，或保持閥側(cè)空載電壓恒定。 九、 直流輸電控制 1. 直流輸 電控制方式： 直流輸電系統(tǒng)的整流側(cè)維持直流電流，逆變側(cè)維持直流電壓，從而決定了直流傳輸功率。 b) VSCHVDC：對連接系統(tǒng)短路容量沒有要求，且可以直接連接無源網(wǎng)絡(luò)。 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。 ② 優(yōu)點(diǎn)：諧波??；直流電壓利用率高（是 SPWM 的倍）。（沖量即指窄脈沖的面積（變量對時(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（參考波， Vcontrol），把接受調(diào)制的信號作為載波（ Vtri），通過信 號波的調(diào)制得到所期望的 PWM 波形。 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。 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，可提升電壓等級和 換流站容量。 （ 3） 應(yīng)用場合： a) 可再生能源并網(wǎng)：連接風(fēng)力發(fā)電場和電力網(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)。 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。 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。 （ 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。 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) 后果：電流諧波放大幾倍甚至幾十倍；電壓嚴(yán)重畸變會(huì)