【正文】 311 圖 312 面板 功率單元 功率單元是高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的主體部分，電源電壓及頻率的改變?cè)谶@里完成。 榮信輕型直流輸電設(shè)備的工作原理 20 圖 310 通訊板 8．顯示板 顯示板和顯示面板如圖 311 圖 312 板能夠?qū)崟r(shí)顯示 輕型直流輸電設(shè)備 的工作狀態(tài)，顯示控制機(jī)各輸出的模擬及數(shù)字量、 輕型直流輸電設(shè)備 輸入及輸出的電壓值和電流值、故障類型等。數(shù)字輸出量包括 輕型直流輸電設(shè)備 運(yùn)行、 輕型直流輸電設(shè)備 就緒、 輕型直流輸電設(shè)備 故障、 輕型直流輸電設(shè)備 報(bào)警、跳高壓信號(hào)等，此外還為用戶提供 4 路備用數(shù)字輸出，根據(jù)用戶的需要，也可以擴(kuò)展應(yīng)用。 榮信輕型直流輸電設(shè)備的工作原理 19 圖 38 模擬板 數(shù)字板如圖 39 所示，此 板作用為接收外界發(fā)出的數(shù)字信號(hào)，鎖存后送到主控板，并發(fā)送控制機(jī)發(fā)出的數(shù)字信號(hào)。模擬輸入量是為用戶提供的 420mA模擬速度給定量，此外還為用戶提供 5 路備用模擬輸入，根據(jù)用戶的需要，方便擴(kuò)展應(yīng)用。板上的核心器件是FPGA 模塊，負(fù)責(zé)信號(hào)的調(diào)制處理。若數(shù)碼管無顯示，則可能是單片機(jī)內(nèi)沒有燒寫程序。 圖 35 總線板 2. CPU 主控板 CPU 主控板如圖 36 所示，此板為控制機(jī)的核心，負(fù)責(zé)產(chǎn)生 PWM 波、進(jìn)行信號(hào)處理等。 榮信輕型直流輸電設(shè)備的工作原理 17 圖 34 控制系統(tǒng) 總線板如圖 35 所示，此板作用為：整個(gè)控制機(jī)的電源供給、各板數(shù)據(jù)傳輸及內(nèi)、外部數(shù)據(jù)交換。榮信 輕型直流輸電設(shè)備 可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制。通訊板主要用于榮信 輕型直流輸電設(shè)備 與外界的通訊連接，可以和用戶現(xiàn)場(chǎng)靈活接口，滿足用戶的特殊要求。 CPU板、數(shù)字板、模擬板主要用于用戶現(xiàn)場(chǎng)各種信號(hào)的處理 ,高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行和故障的連鎖。通過編程器將符合用戶現(xiàn)場(chǎng)工況的控制 程序下載至控制機(jī)后，控制機(jī)便可實(shí)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)或閉環(huán)控制、生成多電平的 PWM 控制波形、實(shí)現(xiàn)快速保護(hù)及網(wǎng)絡(luò)通訊等控制功能。功率柜是由控制機(jī)和功率單元組成，控制機(jī)是榮信 輕型直流輸電設(shè)備 的大腦，功率單元是主體。根據(jù)用戶的要求 ,還可向用戶提供旁路柜以實(shí)現(xiàn) 輕型直流輸電設(shè)備 的高壓開關(guān)控制。類似地，定無功功率控制和定交流電壓控制也是一組不兼容的控制目標(biāo)，一端換流器也只能實(shí)現(xiàn)其中的一種控制目標(biāo)。 一般說來，外環(huán)功率控制中的定直流電壓控制、定有功功率 控制和定頻率控制是一組不兼容的控制目標(biāo)，即一端換流站只能實(shí)現(xiàn)其中一種控制目標(biāo)。換流器級(jí)控制系統(tǒng)接收并跟蹤系統(tǒng)級(jí)控制系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電壓指令、有功功率指令、無功功率指令、頻率指令和交流電壓指令等參考信號(hào)。系統(tǒng)級(jí)控制常接受調(diào)度中心的控制指令 (運(yùn)行 模式及整定值等 )，并向調(diào)度中心傳送換流站有關(guān)的運(yùn)行信息。 榮信輕型直流輸電設(shè)備的工作原理 12 211 輕型直流分層控制系統(tǒng) 1 系統(tǒng)級(jí)控制 系統(tǒng)級(jí)控制是從電力系統(tǒng)潮流和穩(wěn)定控制等宏觀視角來研究輕型直流的運(yùn)行特性、交直流系統(tǒng)間的交互作用等。分層設(shè)計(jì)能夠簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)任務(wù)，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的靈活性。控制系統(tǒng)還要求在不干擾正常系統(tǒng)工作的同時(shí)，能夠?qū)收舷到y(tǒng)進(jìn)行維修以及修復(fù)后的驗(yàn)證工作，以滿足控制系統(tǒng)不停電即可維護(hù)的要求。當(dāng)工作系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，切換邏輯將其退出工作，處于熱備用狀態(tài)的系統(tǒng)能自動(dòng)、安全、快速地 切換到工作狀態(tài)。類似于傳統(tǒng)直流輸電控制系統(tǒng)，為了把由控制系統(tǒng)故障引起的直流系統(tǒng)不可用率降到最小，輕型直流控制系統(tǒng)也通常采用多重化和分層結(jié)構(gòu)。 榮信輕型直流輸電設(shè)備的工作原理 11 210 海底電纜鋪設(shè) 控制系統(tǒng) 輕型直流輸電系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，其實(shí)際運(yùn)行性能極大地依賴于它的控制系統(tǒng)。 在大多數(shù)情況下，可以將雙極的兩條電纜靠近安裝。 相比普通電纜，輕型直流輸電電纜的彎曲半徑較小。 2 鋪設(shè)與修理 由于其強(qiáng)大的和靈活的絕緣材料，輕型直流輸電電纜對(duì)于各種安裝方式具有很高的靈活性。 可采用鍍鋅鋼絲電纜護(hù)甲，這種材料具有更好的彈性。 在同樣傳輸容量下，直流輸電電纜比交流電纜要輕。直流電纜沒有電磁損失，因而鍍鋅鋼絲可用于拉伸電纜護(hù)甲。直流電纜沒有電容充電電流，即所有的電纜傳輸容量用于傳輸有功功率。 1 海底直流電纜 高壓直流電纜一般比交流 電纜更具有長(zhǎng)距離傳輸效率，特別是高電壓的時(shí)候。電纜的絕緣在直流電壓和交流電壓作用下的點(diǎn)位分布、電場(chǎng)強(qiáng)度和擊穿強(qiáng)度都不相同。直流電纜的運(yùn)行費(fèi)用要低于交流電纜。 直流電纜 直流電纜僅用 2 根導(dǎo)線，相比于交流供電，有功損耗小。功率單元的前端與變壓器連接，接收變壓器供給功率單元的能量，由具有相同結(jié)構(gòu)和功能的多個(gè)功率單元的直流側(cè)串聯(lián)形成直流電源，該直流電源再經(jīng)直流電纜或海纜將電能輸送至用電端。 逆變側(cè)變壓器 逆變側(cè)變壓器采用正常非移相變壓器（ 400V / 4000kVA） ,其變比為 400V / 400V,副邊由 24 組二次繞組構(gòu)成。 1 0 k V 各 由 1 2 個(gè) 單 元 組 成圖 26 4000kVA 輕型直流輸電系統(tǒng)原理圖 榮信輕型直流輸電設(shè)備的工作原理 8 整 流 閥 組2 4 個(gè) 單 元 構(gòu) 成逆 變 閥 組2 4 個(gè) 單 元 構(gòu) 成移相變壓器1 4 0 0 0 k V A 4 0 0 0 k V A3 * 1 2 0 m m23 8 . 6 k m1 5 1 A1 9 1 A 圖 27 輕型直流輸電電能傳輸示意圖 圖 28 功率原理單元圖 榮信輕型直流輸電設(shè)備的工作原理 9 系統(tǒng) 各部分組成 整流側(cè)變壓器 整流側(cè)變壓器采用移相變壓器 (10kV/8000kVA)，其變比為 10kV/550V。 如圖 28 所示，為此次海上輕 型直流輸電的整流及逆變功率單元原理圖。圖左半部分表示海上換流站整流閥組部分，右半部分表示海上換流站逆變閥組部分，中間部分為直流海底電纜。從系統(tǒng)角度來看 ， VSC 可以看成是一個(gè)無轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)，幾乎可以瞬時(shí)實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的獨(dú)立調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。由圖可知，有功功率的傳輸主要取決于δ，無功功率的傳輸主要取決于 UC。 圖 23 VSC 單相示意圖 榮信輕型直流輸電設(shè)備的工作原理 6 圖 24 VSC 正弦脈寬調(diào)制原理及輸出波形 進(jìn)一步分析可知，在假設(shè)換流電抗器無損耗且忽略諧波分量時(shí)，換流器和交流電網(wǎng)之間傳輸?shù)挠泄β?P 及無功功率 Q 分別為： 1 sinSCUUP X ?? （ 1） 1( c o s )S S CU U UQ X ??? （ 2） 式中： UC 為換流器輸出電壓的基波分量； US 為交流母線電壓基波分量；δ為 UC 和 US 之間的相角差； X1 為換流電抗器的電抗。 基本工作原理 輕型直流輸電采用電壓源型換流器和 PWM 技術(shù)， 其基本工作原理如圖 23和圖 24 所示。它不同于傳統(tǒng)紙或者油絕緣電纜，具有高強(qiáng)度、環(huán)保和方便掩埋等特點(diǎn)，適合用于深海等惡劣環(huán)境。同時(shí)，直流側(cè)電容的大小決定其抑制直流電壓波動(dòng)的能力，也影響控制器的響應(yīng)性能。目前換流器主要采用三相二電平和三相三電平兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖 22 所示。下面就各組成部分的結(jié)構(gòu)和作用進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 21 為輕型直流輸電系統(tǒng)單線原理圖。此外，該輸電技術(shù)能同時(shí)向系統(tǒng)提供有功功率和無功功率的緊急支援，在提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和輸電能力等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。 榮信輕型直流輸電設(shè)備的工作原理 4 第 2 章 輕型直流輸電設(shè)備 的工作原理 與基于 電網(wǎng)自然換相技術(shù)的傳統(tǒng)直流輸電不同，采用 VSC 的 HVDC 是一種以電壓源換流器、可控關(guān)斷器件和脈寬調(diào)制（ PWM 技術(shù)）為基礎(chǔ)的新型直流輸電技術(shù)。因此，輕型直流輸電技術(shù)是未來改善配網(wǎng)電能質(zhì)量的有效措施。 （ 5）海上供電 遠(yuǎn)離陸地電網(wǎng)的海上負(fù)荷如：海島或海上石油鉆井平臺(tái)等負(fù)荷，通?？?jī)r(jià)格昂貴的柴油或天然氣來發(fā)電，不但發(fā)電成本高、供電可 靠性難以保證，而且破壞環(huán)境，用輕型直流輸電以后，這些問題得以解決，同時(shí)還可將多余電能（如用石油鉆井產(chǎn)生的天然氣發(fā)電）反送給系統(tǒng)。 （ 4）向偏遠(yuǎn)地區(qū)供電 偏遠(yuǎn)地區(qū)一般遠(yuǎn)離電網(wǎng)，負(fù)荷輕而且日負(fù)荷波動(dòng)大，經(jīng)濟(jì)因素及線路輸送能力低是限制架設(shè)交流輸電線路發(fā)展的主要因素，制約了偏遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高。 榮信 HVDC系列 高壓 輕型直流輸電設(shè)備 綜述 3 （ 3）構(gòu)筑城市直流輸配電網(wǎng) 由于大中城市的空中輸電走廊已沒有發(fā)展余地，原有架空配電網(wǎng)絡(luò)已不能滿足電力增容的要求，合理的方法是采用電纜輸電。利用輕型直流輸電與主網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)是充分利用可再生能源的最佳方式，有利于保護(hù)環(huán)境。 榮信 輕型直流輸電設(shè)備 應(yīng)用領(lǐng)域 輕型直流輸電克服了傳統(tǒng) HVDC 的固有缺陷，使得直流輸電的應(yīng)用范圍得到擴(kuò)展，為直流輸電技術(shù)的發(fā)展開辟了一個(gè)新的方向。 （ 7）換流站間的通訊不是必需的，其控制結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)無人值守。 （ 6）模塊化設(shè)計(jì)使輕型直流輸電的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝和調(diào)試周期大大縮短。這意味著增加新的輕型直流輸電線路后，交流系統(tǒng)的保護(hù)整定基本不需改變。這個(gè)特點(diǎn)有利于構(gòu)成既能方便地控制潮流又有較高 可靠性的并聯(lián)多端直流系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)多端 HVDC 系統(tǒng)并聯(lián)連接時(shí)潮流控制不便、串聯(lián)連接時(shí)又影響可靠性的缺點(diǎn)。這意味著故障時(shí)，如 VSC 容量允許，那么輕型直流輸電系統(tǒng)既可向故障系統(tǒng)提供有功功率的緊急支援，又可提供無功功率緊急支援，從而既能提高系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性，還能提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。而傳統(tǒng) HVDC 中控制量只有觸發(fā)角，不可能單獨(dú)控制有功功率或無功功率。 HVDC Light 的受端系統(tǒng)可以是無源網(wǎng)絡(luò)，克服了傳統(tǒng)的 HVDC 受端必須是有源網(wǎng)絡(luò)的根本缺陷，使利用 HVDC 為遠(yuǎn)距離的孤立負(fù)荷送電成為可能。 （ 2）運(yùn)行的獨(dú)立性 榮信 HVDC系列 高壓 輕型直流輸電設(shè)備 綜述 2 HVDC Light 不依賴于交流系統(tǒng)去維持電壓和頻率的穩(wěn)定。 榮信 HVDC 系列輕型直流系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制，可以和用戶現(xiàn)場(chǎng)靈活接口，滿足用戶的不同要求，采用光纖通訊技術(shù)，使系統(tǒng)抗電磁干擾的性能增強(qiáng)，運(yùn)行更加安全可靠 。該技術(shù)采用基于可關(guān)斷型器件的電壓源型換流器和 PWM 技術(shù)進(jìn)行直流輸電。 前言 i 目錄 第 1 章 輕型直流輸電設(shè)備綜述 .............................. 1 榮信輕型直流輸電設(shè)備的特點(diǎn) ............................ 1 榮信輕型直流輸電設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域 .......................... 2 第 2 章 輕型直流輸電設(shè)備的工作原理 ......................... 4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) .............................................. 4 基本工作原理 ......................................... 5 系統(tǒng)連接電路 ......................................... 7 系統(tǒng)各部分組成 ............................................ 9 整流側(cè)變壓器 ...................................... 9 逆變側(cè)變壓器 ...................................... 9 功率單元 .......................................... 9 直流電纜 .......................................... 9 控制系統(tǒng) ........................................ 11 第 3 章 榮信輕型直流輸電設(shè)備的系統(tǒng)組成 .................... 14 功率柜 ............................................... 14 控制機(jī) ........................................... 15 功率單元 ......................................... 20 第 4 章 輕型直流輸電設(shè)備的運(yùn)輸、儲(chǔ)存及安裝 ................. 23 輕型直流輸電設(shè)備的運(yùn)輸及儲(chǔ)存 ......................... 23 輕型直流輸電設(shè)備的機(jī)械安裝 ........................... 24