【正文】 和對地下埋設(shè)物的腐蝕以及對地下通訊線路， 航海羅盤的影 響等問題。 HVDC 輸電系統(tǒng)可靠性得到大力改善，換流 站費(fèi)用逐步降低，換流技術(shù)日趨成熟，控制裝置的復(fù)雜性也逐步得到解決，這些都為 HVDC 輸電技術(shù)廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)提供了條件。 （ 5） HVDC 輸電系統(tǒng)可方便進(jìn)行分期建設(shè)及擴(kuò)建，有利于發(fā)揮投資效益。 HVDC 輸電系統(tǒng)優(yōu)缺點 HVDC 輸電系統(tǒng)優(yōu)點 根據(jù) HVDC 輸電系統(tǒng)的特點，在可比條件下哦其優(yōu)勢具體表現(xiàn)在以下幾個方面： （ 1） HVDC 輸電系統(tǒng)在輸送相同功率時，線路造價低，此外， HVDC 輸電系統(tǒng)對線路走廊、鐵塔高度和占地面積等方面均比交流輸電系統(tǒng)具有優(yōu)勢，按同電壓 500KV考慮，一條 KV500? 直流輸電線路的走廊為 40 米，一條 500kv 交流輸電線路的走廊約為 50 米，但是一條同電壓的直流輸電線路輸送容量約為交流輸電線路的 2 倍，直流輸電的線路走廊，其傳輸效率約為交流線路的 2 倍甚至更多一點；線路有功損耗小，在輸電損耗方面高壓直流輸電系統(tǒng)將比交流輸電系統(tǒng)少，同時，直流線路沒有感抗和容抗，因此線路上就沒有無功損耗；在電暈損耗方面，直流架空輸電線路平均電暈損 昆明理工大學(xué) 設(shè)計（論文）專用紙 第 11 頁 耗比交流輸電系統(tǒng)少。雙極接線方式有兩根不同極性的導(dǎo)線，可具有大地回路或者中性線回路，當(dāng)一極故障時，不影響其它極正常運(yùn)行。在新建的 HVDC 系統(tǒng)中進(jìn)行仿真計算，比較分析了標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)與所建系統(tǒng)，從而驗證了所建仿真模型的準(zhǔn)確性。 昆明理工大學(xué) 設(shè)計（論文）專用紙 第 8 頁 本文所要做的工作 本文深入分析了換相失敗發(fā)生機(jī)理，總結(jié)了現(xiàn)有換相失敗故障診斷經(jīng)驗，針對高壓直流輸電系統(tǒng)中發(fā)生的換相失敗故障的暫態(tài)過程，本論文進(jìn)行了重點、深入的研究。 溪落渡、向家壩水電站純直流輸電方案重大技術(shù)問題研究，國家電力公司戰(zhàn)略規(guī)劃部委托項目， ( 一 )。800kV 直流系統(tǒng)和直流線路成功升壓至 800kV，這標(biāo)志著世界上輸送容量最大、送電距離最遠(yuǎn)、技術(shù)水平最先進(jìn)、電壓等級最高的 HVDC 工程全線帶電成功，此外 ,錦屏 華東 800kV 直流輸電工程也列入了十一五規(guī)劃中，隨著我國西電東送力度的加大和全國幾個大區(qū)域電網(wǎng)之間的互聯(lián)，將會有更多的直流輸電工程投入使用，預(yù)計到 2020 年左右，我國將建成世界上罕見的跨區(qū)域和遠(yuǎn)距離傳輸巨大功率的超高壓交、直流混合輸電系統(tǒng)，其運(yùn)行復(fù)雜性和難度在國際上也是少見的。 世界范圍內(nèi)， 1882 年德國建成第一條額定電壓等級 的高壓直流線路，雖然該工程由于功耗太大無實用價值，但它開創(chuàng)了利用直流輸送電能的歷史， 1954 年第一條商業(yè)化 運(yùn)作的高壓直流輸電線路成功應(yīng)用在瑞典大陸和哥特蘭島之間，該系統(tǒng)采用汞弧閥，額定輸送功率為 20MW、線路為 90km 的水下電纜， 1972 年加拿大投產(chǎn)了伊爾河直流輸電工程，形成新布朗斯威克省到魁北克省之間的背靠背聯(lián)絡(luò)線，該系統(tǒng)首次采用晶閘管換流器，額定功率 320MW，電壓等級為 270kV，隨著晶閘管的制造水平的不斷提高和成本的不斷下降， HVDC 工程的發(fā)展速度變得迅速，工程規(guī)模也越來越大。 800kV 電壓等級高壓直流輸電系統(tǒng)，以將處于西部邊遠(yuǎn)地區(qū)的大規(guī)模水電經(jīng)濟(jì)地輸送到東部的負(fù)荷中心。 目前， HVDC 因其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的獨特優(yōu)勢，在遠(yuǎn)距離大容量輸電和大區(qū)域聯(lián)網(wǎng)方面取得了十分廣泛的應(yīng)用。如果換相失敗后控制不當(dāng)，會引發(fā)連續(xù)換相失敗，最終導(dǎo)致直流功率中斷，影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行?？蓪崿F(xiàn)大區(qū)域電網(wǎng)的異步互聯(lián)、可控程度高和線路充電功率較小等優(yōu)勢，是用于解決高電壓、大容量、遠(yuǎn)距離送電和異步聯(lián)網(wǎng)的重要手段。 在我國， HVDC 輸電技術(shù)的發(fā)展，加速了區(qū) 域電網(wǎng)互聯(lián)和全國聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)程，自 1987 年自舟山直流輸電工程投入運(yùn)行以來，已有葛洲壩一南橋、天生橋一廣州、三峽一常州、三峽一廣東、貴州一廣東、嶸泅直流輸電、靈寶背靠背直流輸電工程相繼投入運(yùn)行、此外三峽一上海、貴州一廣東第二回等工程正在緊張建設(shè)之中，由于我國能源分布和電力消耗的地區(qū)分布不平衡，“西電東送”成為我國電網(wǎng)規(guī)劃和發(fā)展的重要舉措，今后我國的電網(wǎng)將主要分為三大塊，即北部電網(wǎng) (北通道 )、中部電網(wǎng) (中通道 )和南部電網(wǎng) (南通道 )，而今后聯(lián)網(wǎng)主要采用高壓直流或高壓交流 (HVAC）實現(xiàn)互聯(lián)，與 HVAC 輸電相比， HVDC 輸電在遠(yuǎn)距離、大功率輸電方面更具有優(yōu)勢，如果采用直流高壓 (UHVDC)技術(shù)，輸送容量還可以更大，能達(dá)到現(xiàn)有高壓交流輸送功率的 6~8倍。特別研究了交流系統(tǒng)故障時直流輸電系統(tǒng)的換相失敗及其恢復(fù)過程，同時研究了直流線路短路時直流輸電控制器的動作特性和直流線路的過電流水平。 將小波變換應(yīng)用于高壓直流輸電 (HVDC)系統(tǒng)換相失敗的故障診斷中，基于多尺度分析分別對不同故障情況下的直流電流進(jìn)行 分解，并利用尺度能量和尺度熵這兩種小波處理方法提取故障特征，分別定義兩個故障診斷指標(biāo)作為辨識各種故障的判據(jù)，然后針對這兩個指標(biāo)分別設(shè)置 4 個閾值以診斷直流線路故障和換相失敗故障。換相失敗是 HVDC 輸電系統(tǒng)常見的故障之一，嚴(yán)重影響影響整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 直流輸電技術(shù)從 20 世紀(jì) 50 年代在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用以來，至今經(jīng)歷了汞弧閥換流 和晶閘管換流時期，目前世界上已有 60 多項直流輸電工程投入運(yùn)行，在遠(yuǎn)距離大容量輸電、海底電纜和地下電纜輸電以及電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)工程中得到較大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)和計算機(jī)控制技術(shù)的進(jìn)步，進(jìn)一步推動了高壓直流 (High Voltage Direct Circuit HVDC)輸電技術(shù)的發(fā)展 ， 這些技術(shù)中有的是對傳統(tǒng) HVDC 輸電技術(shù)的改進(jìn)，有的是采用高級控制技術(shù)來實現(xiàn)的 。提高交流電壓等級已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的大電網(wǎng)、大容量、遠(yuǎn)距離輸電的要求，因此在一定條件下采用高壓直流（ High Voltage Direct Current， HVDC）輸電技術(shù)將更為合理，高壓直流輸電與交流輸電系統(tǒng)相比具有線路造價低、線路有功損耗小、不受系統(tǒng)穩(wěn)定極限的限制、運(yùn)行靈活、可實現(xiàn)快速調(diào)節(jié)與控制等優(yōu)點，具有廣泛的應(yīng)用前景。由高壓直流輸電的特點可知，在我國發(fā)展 HVDC 輸電是解決電力跨區(qū)輸送較好的方法。高壓直流輸電技術(shù)首先是被應(yīng)用到海底電纜輸電系統(tǒng)中，早期的直流輸電工程包括瑞典哥特蘭島工程（于 1954 年投運(yùn)）及意大利撒丁島工程（于 1967 年投運(yùn)），之后高壓直流輸電技術(shù)被應(yīng)用到長距離、大容量輸電系統(tǒng)中，與此對應(yīng)的直流輸電工程包括美國太平洋聯(lián)絡(luò)線工程（于 1970 年投運(yùn)）及納爾遜河工程（于 1973 年投運(yùn)）等。從 80 年代末以來，我國高壓直流輸電技術(shù)研究和發(fā)展取得了突飛猛進(jìn)的提高，在 1987 年自行研制了浙江舟山海底直流輸電工程，額定電壓 100kV，額定電流 500A，額定容量 50MW，輸送距離 54km。 800kV 直流輸電線路，同時也是世界上第一條177。 HVDC 在我國起步相對較晚，但發(fā)展很快。 近 年來我國在高壓直流輸電方面從事的重大基礎(chǔ)研究項目有： 研究制定通用的 HVDC 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及 HVDC 工程設(shè)計規(guī)范； 完善 HVDC 技術(shù)的研究手段，開發(fā) HVDC 系統(tǒng)設(shè)計的軟件包 ,建立 HVDC 系統(tǒng)的新型數(shù)學(xué)模型和開發(fā)接地極研究的相關(guān)軟件； 直流新技術(shù)的研究。 三峽直流輸電對華東電網(wǎng)次同步振蕩的影響研究，華東電力試驗研究院委托項目( 一 )等； HVDC 換相失敗故障診斷現(xiàn)狀 換相失?。?Commutation Failure）是 HVDC 系統(tǒng)中最常見的故障之一，對換相失敗進(jìn) 行快速準(zhǔn)確的診斷是保證 HVDC 系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提，國內(nèi)外對高壓直流輸電換相失敗故障診斷已有一些相關(guān)研究。分析發(fā)生換相失敗的危害及其預(yù)防措施。 （ 1） 交流系統(tǒng)故障類型 A、單相直接接地短路故障 B、單相經(jīng)電阻接地短路故障 C、相間短路故障 D、三相直接接地短路故障 E、三相經(jīng)電阻接地短路故障 （ 2）直流系統(tǒng)故障 A、橋臂 短路故障 B、單橋短路故障 五、 針對上述各種仿真結(jié)果，對 HVDC的換相失敗展開討論。 ~ ~ 換 流 變壓器 1 換 流 變壓器 2 Vd1 Vd2 整流器 逆變器 ＋ ＋ － － Id Id 交流電力 系統(tǒng) I 交流 電 力 系 統(tǒng)Ⅱ 換流站 1 （整流站） 換流站 2 （逆變站） 直流線路 直流輸電系統(tǒng) 昆明理工大學(xué) 設(shè)計（論文）專用紙 第 10 頁 換換 流流 站站 是是 高高 壓壓 直直 流流 輸輸 電電 系系 統(tǒng)統(tǒng) 的的 核核 心心 ， 換換 流流 站站 主主 要要 包包 括括 ：： 換換 流流 橋橋 、 換換 流流 變變 壓壓 器器 、 平平波波 電電 抗抗 器器 、 無無 功功 補(bǔ)補(bǔ) 償償 裝裝 置置 、 濾濾 波波 器器 等等 ；； 換換 流流 橋橋 主主 要要 用用 于于 實實 現(xiàn)現(xiàn) 交交 流流 與與 直直 流流 的的 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換換 ， 換換 流流變變 壓壓 器器 主主 要要 用用 于于 實實 現(xiàn)現(xiàn) 交交 流流 系系 統(tǒng)統(tǒng) 與與 直直 流流 系系 統(tǒng)統(tǒng) 之之 間間 的的 電電 壓壓 變變 換換 、 實實 現(xiàn)現(xiàn) 電電 絕絕 緣緣 與與 隔隔 離離 等等 功功 能能同同 時時 對對 交交 流流 系系 統(tǒng)統(tǒng) 入入 侵侵 直直 流流 系系 統(tǒng)統(tǒng) 的的 過過 電電 壓壓 起起 到到 一一 定定 的的 抑抑 制制 作作 用用 ， 平平 波波 電電 抗抗 器器 主主 要要 用用 于于 抑抑制制 直直 流流 過過 電電 流流 的的 上上 升升 速速 度度 ， 實實 現(xiàn)現(xiàn) 濾濾 波波 、 緩緩 沖沖 過過 電電 壓壓 等等 功功 能能 ， 無無 功功 補(bǔ)補(bǔ) 償償 裝裝 置置 主主 要要 用用 于于 提提高高 無無 功功 功功 率率 、 起起 到到 電電 壓壓 調(diào)調(diào) 節(jié)節(jié) 及及 提提 高高 電電 壓壓 穩(wěn)穩(wěn) 定定 性性 的的 作作 用用 。此外，直流輸電系統(tǒng)與系統(tǒng)頻率、系統(tǒng)相位等無關(guān)，因此可以采用直流輸電線路連接兩個頻率不同的交流輸電系統(tǒng)，也可以用來提高與直流輸電線路并聯(lián)運(yùn)行的交流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 昆明理工大學(xué) 設(shè)計（論文）專用紙 第 12 頁 （ 2）換流設(shè)備需要消耗大量無功功率，高壓直流輸電系統(tǒng)中整流器和逆變器需要消耗大量 的無功功率，整流器和逆變器消耗的無功功率分別約為有功功率的 30%~50%和 40%~60%。常用于海底電纜輸電，非同步運(yùn)行的交流系統(tǒng)之間的連絡(luò)等方面。 單極兩線單點接地是將導(dǎo)線任一根在一側(cè)換流站進(jìn)行單點接地。當(dāng)某一方的換流器和線路有故障時，可以利用健全極和大地作為回路維持單極運(yùn) 行方式。 由于沒有直流輸電線路，直流系統(tǒng)可用較低的額定電壓， 這樣整個直流系統(tǒng)的絕緣費(fèi)用可降低，有色金屬的消耗量和電能損耗的增加就減少。如此往復(fù)，換流器時刻都只有兩個閥導(dǎo)通，導(dǎo)通時間為工頻周期的 1/3，阻斷 2/3 工頻周期。0 U900。 dd IRUU ?? ?? co s0d (33) 式 (33)中，??? ?? XLwR 33 ??。 由于閥的單向?qū)щ娦?,換流器中的電流不可能反向。因為 bU 高于 aU ，所以通過閥 1 的電流減少，通 過閥 3 的電流增加。在閥 1 和閥 4 同時導(dǎo)通的時間里 (即 ?120 )，逆變器直流電壓持續(xù)為零，所以直流系統(tǒng)無功率送出。當(dāng)閥 4 換相到閥 6 以后，直流短路消失，逆變器直流電壓開始逐漸恢復(fù)正常。在前半個周期中，變壓器線 電壓。 在閥 3 換相失敗以后，雖然閥 4 與閥 2 換相成功，但是由于故障期中，直流電流增大有一個過程，閥 6 與閥 4 的換相有可能會失敗。 當(dāng)用交流母線線電壓的有效值 LU 來表示式 (210)時，設(shè)換流變壓器的變比為 k ，則式 (310)變?yōu)椋? ?????? ?? ?? c os2a rc osLcdU XkI （ 311） 當(dāng)逆變側(cè)交流系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障，此時換相電壓不再對稱，設(shè)換相線電壓過零點前移角度為 ? 時，關(guān)斷角的計算公式變?yōu)椋? ????c os2a rc os ?????? ?? U XI cd （ 312） 式 (312)中其它參數(shù)意義與式 (39)中的