【導(dǎo)讀】低輸電線路流過(guò)的電流，減少線路損耗，提高輸送效率（,）。換流器控制復(fù)雜，造價(jià)高；直流輸電線路造價(jià)低，輸電距離越遠(yuǎn)越經(jīng)濟(jì)；沒(méi)有交流輸電系統(tǒng)的功角穩(wěn)定問(wèn)題；適合海底電纜和城市地下電纜輸電；不增加短路容量；傳輸功率的可控性強(qiáng)，可有效支援交流系統(tǒng)；換流器大量消耗無(wú)功，且產(chǎn)生諧波；不能向無(wú)源系統(tǒng)供電，構(gòu)成多端直流系統(tǒng)困難。應(yīng)能夠正反雙向傳送電功率；維持直流線路電壓在額定值附近；盡可能降低流入大地的電流。偏磁，使變壓器噪聲增加、損耗加大、振動(dòng)加劇。增容時(shí),作為限制短路電流的措施之一;。交流輸入電壓的相序與晶閘管觸發(fā)順序的關(guān)系；橋仍可繼續(xù)工作；a)外接直流電源，其極性必須與晶閘管的導(dǎo)通方向一致；c)晶閘管的觸發(fā)角α應(yīng)在的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。降低了設(shè)備出力、效率及壽命；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)；

　　

【正文】 整流器觸發(fā)相位快速地增加到α = 120~150176。，使其轉(zhuǎn)入逆變運(yùn)行狀態(tài)，稱之為快速移相?？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)。當(dāng)直流電流下降到 0 后 ，分別閉鎖兩側(cè)換流器的觸發(fā)脈沖，繼而跳開兩側(cè)換流變壓器網(wǎng)側(cè)斷路器，達(dá)到緊急停運(yùn)的目的。當(dāng)多橋換流器中只有一個(gè)或部分換流橋發(fā)生故障必須退出運(yùn)行時(shí)，為使其它部分仍繼續(xù)運(yùn)行，可通過(guò)旁路閥和旁通開關(guān)，將故障部分隔離而退出工作。 除由保護(hù)啟動(dòng)的緊急停運(yùn)外，還可以手動(dòng)起動(dòng)緊急停運(yùn)。通常，在換流站主控制室內(nèi)設(shè)有手動(dòng)緊急停運(yùn)按鈕，當(dāng)發(fā)生危及人身或設(shè)備安全的事件時(shí)，可通過(guò)手動(dòng)操作緊急停運(yùn)按鈕，實(shí)現(xiàn)緊急停運(yùn)。 d) 自動(dòng)再起動(dòng)： i. 概念： 自動(dòng)再起動(dòng)用于在直流架空線路瞬時(shí)故障時(shí)，迅速恢復(fù)送電的措施。 ii. 自動(dòng)再起動(dòng)過(guò)程： ① 當(dāng)直流保護(hù)系統(tǒng)檢 測(cè)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。，使整流器轉(zhuǎn)換為逆變器運(yùn)行； ② 在兩側(cè)換流站均為逆變狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，直流系統(tǒng)儲(chǔ)存的電磁能量迅速返送到兩端交流系統(tǒng)，直流電流在 20ms ~40ms 內(nèi)降到 0； ③ 經(jīng)過(guò)預(yù)先整定的 100～ 150ms 的弧道去游離時(shí)間后，按照一定的速度自動(dòng)減小整流器的觸發(fā)角，使其恢復(fù)到整流運(yùn)行，并迅速將直流電壓和電流升至故障前運(yùn)行值（或預(yù)定值）； ④ 如果故障點(diǎn)絕緣未能及時(shí)恢復(fù)，在直流電壓升到故障前運(yùn)行值時(shí)仍可再次發(fā)生故障，這時(shí)還可以進(jìn)行第二次自動(dòng)再起動(dòng)。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(zhǎng)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)。若已達(dá)到預(yù)定的再起動(dòng)次數(shù)，均未成功，可認(rèn)為故障是連續(xù)性的，此時(shí)就發(fā)出停運(yùn)信號(hào)，使直流系統(tǒng)停運(yùn)。 由于控制系統(tǒng)的快速作用，直流輸電系統(tǒng)的自動(dòng)再起動(dòng)一般比交流系統(tǒng)的自動(dòng)重合閘時(shí)間要短，因而對(duì)兩端交流系統(tǒng)的沖擊也比較小。對(duì)于直流電纜線路，由于其故障多半是連續(xù)性的，因而不宜采用自動(dòng)再起動(dòng)。、 e) 旁通對(duì)在正常起停中的應(yīng)用： i. 旁通閥： 由汞弧閥構(gòu)成的換流器，除了六個(gè)主閥之外，大都裝有第七閥――旁 通閥。正常運(yùn)行時(shí)，旁通閥處于閉鎖（不加觸發(fā)）狀態(tài)，因此不通電流，不影響換流器的工作。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。逆?。撮y發(fā)生反向?qū)ǎ┦枪￠y經(jīng)常發(fā)生的瞬時(shí)性故障，需依靠旁通閥加以保護(hù)。旁通閥也可用于直流系統(tǒng)的起停操作。 圖 9 12 由可控硅構(gòu)成的換流器，不存在逆弧故障，可以用接在交流端同一相的上下兩閥同時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通來(lái)代替旁通閥，稱為旁通對(duì)。其中閥 1 和 4， 3 和 6 以及 2 和5 三對(duì)均可選作旁通對(duì)。這樣就要省去價(jià)格昂貴的旁通閥。 ii. 正常起動(dòng)時(shí) 旁通對(duì)的應(yīng)用： 利用旁通對(duì)起動(dòng)直流系統(tǒng)的程序如下：當(dāng)發(fā)出起動(dòng)指令時(shí)，首先將兩側(cè)換流器的旁通對(duì)投入，直流線路便經(jīng)兩側(cè)旁通對(duì)短路。接著整流器解鎖，進(jìn)行軟起動(dòng)。這時(shí)逆變器旁通對(duì)仍將直流線路短路，有利于電流盡快越過(guò)間斷區(qū)。待電流越過(guò)間斷區(qū)后解鎖逆變側(cè)，以后的過(guò)程和一般軟起動(dòng)方式相同。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(guò)另一橋的旁通對(duì)送出直流電流，然后第二個(gè)橋解鎖。這樣可以避免起動(dòng)時(shí)第四個(gè)觸發(fā)的閥臂發(fā)生過(guò)電壓，這種過(guò)電壓在最惡劣的情況下可能達(dá)到 4 倍的額定值。 iii. 正常停運(yùn)時(shí)旁通對(duì)的應(yīng)用： 單橋六脈動(dòng)直 流系統(tǒng)的正常停止操作，開始時(shí)仍用上述的方法進(jìn)行，當(dāng)電流減小到接近間斷區(qū)時(shí)，始投入旁通對(duì)，使換流器越過(guò)間斷區(qū)而停止運(yùn)行。由多個(gè)橋串聯(lián)組成的換流器，當(dāng)其中一個(gè)橋需退出運(yùn)行時(shí)，可將其旁通對(duì)投入，其它仍可通過(guò)這個(gè)通對(duì)繼續(xù)運(yùn)行。若這個(gè)橋需要長(zhǎng)期可合上它的旁通開關(guān)代替旁通對(duì)，再用隔離開關(guān)將橋隔開。當(dāng)這個(gè)橋再投入運(yùn)行時(shí)，按相反的次序操作。 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。因此，它不但在正常運(yùn)行時(shí)可以按照經(jīng)濟(jì)原則調(diào)節(jié)輸送功率的大小和方向，而且當(dāng)某側(cè)交流系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)，還要 以通過(guò)它從另一側(cè)交流系統(tǒng)得到緊急的支援。 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。這就要把整流器觸發(fā)相位延遲，變?yōu)槟孀儬顟B(tài)運(yùn)行，把原來(lái)逆變器的觸發(fā)相位提前，變?yōu)檎鳡顟B(tài)運(yùn)行。反轉(zhuǎn)過(guò)程是自動(dòng)進(jìn)行的。 圖 9 13 ② 簡(jiǎn)要過(guò)程： 圖 9 14 兩側(cè)換流器都裝有電流調(diào)節(jié)器和定δ調(diào)節(jié)器，它們的調(diào)節(jié)特性都由定α 0、定 Id0 和定δ 0 三段組成。設(shè)功換流器 1 運(yùn)行于整流狀態(tài)，換流器 2 運(yùn)行于逆變狀態(tài)，運(yùn)行點(diǎn)為 A 點(diǎn)，功率由 1 側(cè)送向 2 側(cè)。 當(dāng)需要潮流反轉(zhuǎn)時(shí)，可將電流裕度指令從 2 側(cè)轉(zhuǎn)送到 1 側(cè)，因此 1 側(cè)的電流整定值減小到 Id0 Δ Id0 ， 2 側(cè)的電流整定值變?yōu)?Id0，這時(shí)換流器 1 檢測(cè)出的電流大于新的整定值，電流調(diào)節(jié)器便不斷地增大α角，企圖降低電流。同時(shí)，換流器 2 檢測(cè)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)。同時(shí) 1 側(cè)也調(diào)到 ，由整流轉(zhuǎn)入逆變狀態(tài)。這個(gè)過(guò)程一直進(jìn)行到換流器 1 的。選擇環(huán)節(jié)把定電流調(diào)節(jié)改為 定調(diào)節(jié)，最后穩(wěn)定在新的運(yùn)行點(diǎn) B，完成了潮流反轉(zhuǎn)。 潮流反轉(zhuǎn)過(guò)程一般很快就能完成（約幾百毫秒）。雙方系統(tǒng)均難以承受，且對(duì)于直流電纜線路，過(guò)快的電壓極性反轉(zhuǎn)會(huì)損害它的絕緣性能，必要時(shí)可增加延時(shí)環(huán)節(jié)，減慢反轉(zhuǎn)過(guò)程。 g) 控制系統(tǒng)的分層控制： 圖 9 15 控制系統(tǒng)的分層控制示意圖 i. 閥控： 圖 9 16 閥控示意圖 ii. 換流器控制： ① 定 Id；定α；定δ；α min amp。 α max；分接頭控制；無(wú)功功率； SCR 觸發(fā)閉鎖和解鎖控制等； ② 換流器保護(hù)； AC、 DC 濾波器保護(hù)；換流變保護(hù)；母線保護(hù)；交直流電壓電流測(cè)量及報(bào)警等。 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(guò)負(fù)荷監(jiān)測(cè)；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(chǎng)設(shè)備保護(hù)及報(bào)警等。 iv. 雙極和站控制： 協(xié)調(diào)兩個(gè)換流站和兩個(gè)極運(yùn)行，雙極功率給定值設(shè)置；極電流平衡；緊急功率控制；功率反轉(zhuǎn)；雙極故障后恢復(fù)等。 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。 注意 ：直流輸電設(shè)置一個(gè)主控站，可以是整流側(cè)也 可以是逆變側(cè)主控站負(fù)責(zé) HVDC的運(yùn)行與操作。 十、 特高壓直流輸電： （ 1） 概念： 特高壓直流輸電（ UHVDC）是指177。 800kV（177。 750kV）及以上電壓等級(jí)的直流輸電及相關(guān)技術(shù)。 （ 2） 特點(diǎn)： 輸送容量大、電壓高，可用于電力系統(tǒng)非同步聯(lián)網(wǎng)。 （ 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(qǐng)予以證明。 答：， U 增大一倍， P 增大至四倍。 （ 2） 為什么交流電纜的輸電距離不能長(zhǎng)？ 答：交流電纜的對(duì)地電容比較大，當(dāng)輸電距離超過(guò)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。（下面的是網(wǎng)上的答案，僅供參考） 答：因?yàn)榻涣鬏旊姶嬖谙到y(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題，由其功角特性可知，交流輸電距離越長(zhǎng)，其穩(wěn)定裕度越小。而且輸電距離越長(zhǎng)，趨膚效應(yīng)越明顯，損耗越嚴(yán)重。 （ 3） 由電力電子技術(shù)知，換流器有：二極管換流器、晶閘管換流器和IGBT 換流器。試問(wèn)：能否用不同形式的換流器構(gòu)成混合式直流輸電？能 否雙向傳輸功率？ 答：二極管是不控型器件，只能夠進(jìn)行整流而不能進(jìn)行逆變，所以二極管不能用來(lái)雙向傳輸功率；晶閘管和 IGBT 都是可以整流也可以逆變，所以晶閘管與 IGBT 的組合可以構(gòu)成混合式直流輸電。 （ 4） 過(guò)多的大地電流有何不利影響？ 答：雙極不對(duì)稱大地回線運(yùn)行時(shí)存在電化學(xué)腐蝕問(wèn)題和直流偏磁問(wèn)題。（詳細(xì)解答見本頁(yè)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(guò)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。 （ 2） 大地回線與金屬回線相比，有何優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？ 答：大地回線的優(yōu)點(diǎn)是電阻小，減少線路損耗，節(jié)省材料和成本；缺點(diǎn)是電流仍需要通過(guò)接地極，不同接地點(diǎn)會(huì)有不同的電位產(chǎn)生，使接地的變壓器產(chǎn)生直流偏磁，同時(shí)也伴隨著電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。 （ 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(zhǎng)度為零的直流輸電系統(tǒng)。這種類型的直流輸電主要用于兩個(gè)非同步運(yùn)行（不同頻率或相同頻率但不同步）的交流電力系統(tǒng)之間的聯(lián)網(wǎng)或送電。 （ 4） 怎樣區(qū)分兩段直流輸電和多端直流輸電？ 答：可以看交流系統(tǒng)中所接換 流站個(gè)數(shù)，也可以看交流電網(wǎng)接入點(diǎn)個(gè)數(shù)。 （ 5） 多端直流輸電系統(tǒng)有何優(yōu)點(diǎn)和不便？ 答：多端直流輸電系統(tǒng)由 3 個(gè)或 3 個(gè)以上的換流站及連接換流站之間的高壓直流輸電線路組成。它與交流系統(tǒng)有 3 個(gè)或 3 個(gè)以上的連接端口，能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)電源區(qū)域向多個(gè)負(fù)荷中心供電，減少了換流站的總數(shù)，比用多個(gè)2 端直流輸電系統(tǒng)更為經(jīng)濟(jì)。多端直流輸電系統(tǒng)中的換流站既可以作為整流站運(yùn)行，也可以作為逆變站運(yùn)行，運(yùn)行方式更加靈活，能夠充分發(fā)揮直流輸電的經(jīng)濟(jì)性和靈活性。缺點(diǎn)是目前缺少大容量的直流斷路器，無(wú)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)。 3. 第三次作 業(yè)： （ 1） 從 HVDC 系統(tǒng)運(yùn)行工作點(diǎn)的穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，定（逆變角）β運(yùn)行方式與定（熄弧角，或關(guān)斷角）δ運(yùn)行方式相比，哪一種運(yùn)行方式的穩(wěn)定性高？ 答：定β運(yùn)行方式穩(wěn)定性好（但是實(shí)際應(yīng)用中采用定δ運(yùn)行方式）。 （ 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(duì) HVDC 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性有何影響？ 答：對(duì)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。 對(duì)逆變器而言，用β表示的外特性系統(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） SCR 換流器等值電路中的內(nèi)阻是感性的？還是阻性的？?jī)?nèi)阻的大小與交流系統(tǒng)的強(qiáng)弱有何關(guān)系？是否消耗能量？ 答：感性的；系統(tǒng)越強(qiáng)，其內(nèi)電抗越小，內(nèi)阻也越?。粌?nèi)阻不消耗能量。（ 這里大家?guī)兔ο胂肟磳?duì)不對(duì)，謝謝！ ） 4. 第四次作業(yè)： （ 1） 為什么說(shuō)換流器工作在整流狀態(tài)和逆變狀態(tài)都要從交流電源吸收無(wú)功功率？ 答：在忽略換流器的損耗時(shí)交流功率一定等于直流功率，即。 當(dāng)時(shí)，電流的基頻分量與相電壓同相位。 有功功率為正，無(wú)功功率為零；當(dāng)時(shí)， P 減小， Q 增大；當(dāng)時(shí)， P=0， Q 最大；當(dāng)時(shí)， P 變?yōu)樨?fù)值，絕對(duì)值增大， Q 仍為正 ，但幅值減??；當(dāng)時(shí)， P 達(dá)到負(fù)的最大， Q 為零。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(wú)功功率。 5. 最后一次思考題： （ 1） 直流輸電的特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)及不足）：本材料 P1 頁(yè)。 （ 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)。三相電源的作用是向電網(wǎng)輸出電能；電源端的換流站的功能是將交流電變成直流電；輸電電纜或者架空線的功能是將直流電進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送；交流電端的換流站的作用是將直流電變成交流電并輸送到交流電網(wǎng)上去；交流電網(wǎng)的作用是將交流電輸送到個(gè)電力用戶。 （ 3） 直 流輸電基本公式：本材料 P54 頁(yè)。 （ 4） 直流輸電系統(tǒng)諧波特性及濾波器：本材料 P1617， P2123 頁(yè)。 （ 5） 直流輸電系統(tǒng)無(wú)功特性及無(wú)功補(bǔ)償： 答：采用電網(wǎng)換相換流器（ LCCHVDC）的直流輸電換流站，不管處于整流狀態(tài)還是逆變狀態(tài)運(yùn)行，直流系統(tǒng)都需要從交流系統(tǒng)吸收容性無(wú)功，即換流器對(duì)于交流系統(tǒng)而言總是一個(gè)無(wú)功負(fù)荷。 無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備包括機(jī)械投切的電容器和電抗器、同步調(diào)相機(jī)和靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置三類。（詳見課本 P38 和 P128 頁(yè)） （ 6） 直流輸電等值電路圖：本材料 P54 頁(yè)。 （ 7） 直流輸電基本控制方式：本材料 P5253 頁(yè)。 （ 8） 直流輸電 基本控制特性：本材料 P5558 頁(yè)。（這個(gè)沒(méi)太搞懂，大家找找教材看看有木有，懂的話教教我） （ 9） 低壓限電流的作用：本材料 P5758 頁(yè)。 （ 10） 直流輸電的起停：本材料 P6162 頁(yè)。 （ 11） 直流輸電的潮流反轉(zhuǎn)：本材料 P6465 頁(yè)，教材 P183 頁(yè)。 （ 12） 直流輸電的分層控制思路：本材料 P6566 頁(yè)。 （ 13） 直流輸電與交流系統(tǒng)有什么影響：本材料 P2435 頁(yè)。 （ 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(yè)。 （ 15）