高压直流输电技术学院（系）：电气工程学院班级：1113班学生姓名：高玲学号：21113043大连理工大学Dalian University of Technology摘要本文综述了高压直流输电工程的应用领域及研究现状，并从稳态模型出发分析了其控制方式和运行原理，最后介绍了新型高压直流输电系统基本情况，达到了实际的研究意义。

关键词：高压直流输电；稳态模型；控制；新型目录摘要 (II)1 高压直流输电发展概况 (1)1.1 高压直流输电工程的应用现状 (1)1.2 高压直流输电的发展趋势 (1)1.3 高压直流输电的特点 (2)2 高压直流输电系统控制与运行 (4)2.1 概述 (4)2.2 直流输电系统的控制特性 (5)2.2.1 理想控制特性 (5)2.2.2 实际控制特性 (6)2.3 HVDC系统的基本控制 (7)2.4 HVDC系统的附加控制 (10)2.4.1 HVDC系统附加控制的原理 (10)2.4.2 HVDC系统常见的附加控制 (10)3 新型直流高压输电系统 (12)3.1 概述 (12)3.2 基本结构 (12)参考文献 (13)1 高压直流输电发展概况1.1 高压直流输电工程的应用现状直流输电起步于20世纪50年代，20世纪80年代随着晶闸管应用技术的成熟、可靠性的提高，直流输电得到大的发展。

到目前为止，已建成高压直流输电项目60多项，其中以20世纪80年代为之最，占30项。

表1.1列出世界上长距离高压直流输电项目，表1.2列出我国直流工程项目。

表2.1 世界上长距离高压直流输电项目项目额定电压/kV 额定功率/万kW 输电距离/km 投运年份安装地点及供货商卡布拉-巴萨±533 192 1360 1978 莫桑比克²南非因加-沙巴±500 112 1700 1981 扎伊尔纳尔逊河二期±500 200 940 1985 加拿大I.P.P ±500 192 784 1986 美国伊泰普一期±600 315 796 1986 巴西伊泰普二期±600 315 796 1986 巴西太平洋联络线±500 310 1361 1989 美国魁北克多端±500 225 1500 1986/90/92 加拿大-美国亨德-德里±500 150 814 1992 印度东南联接±500 200 1420 2002 印度表2.2 我国已投运的高压直流工程项目项目额定电压/kV 额定功率/万kW 输电距离/km 单极投运年份双极投运年份葛洲坝-上海±500 120 1052 1989 1990天生桥-广州±500 180 960 2000 2001三峡-常州±500 300 890 2003 2003三峡-广州±500 300 956 2003 2004贵州-广东1回±500 300 900 2004 2004三峡右岸-上海±500 300 950 2007 2007贵州-广东2回±500 300 900 2007 20071.2 高压直流输电的发展趋势目前HVDC输电的换流阀仍然是由半控器件晶闸管组成，使用电网换相的相控换流(Phase Control Converter，PCC)技术，因此存在以下一些固有的缺陷：(1)由于触发角和关断角的存在导致HVDC运行需要大量的无功补偿(约为输出直流功率的40％．60％)，需要大量的滤波设备滤除电压、电流中的谐波分量。

(2)受端系统较弱时，由于没有足够的短路容量，逆变器容易发生换相失败。

(3)由于需要交流系统提供换相电流，不能向无源网络或孤立负荷送电。

为克服以上缺点，发展了人工换相技术(或强迫换相技术)。

其工作原理是使换流器工作在a、Y很小，甚至为负的情况下，从而减少换流器所吸收的无功。

具体的实现方案有串联电容换相换流器(Capacitor Commutated Converter，CCC)、可控串联电容器的换流器(Controlled Series Capacitor Converter，CSCC)等。

CCC／CSCC的基本思想是用串联电容器来补偿换流器的无功功率消耗。

CCC是把电容器放在换流变的阀侧，并采用固定电容器。

而CSCC是将电容器放在换流变的一次侧，采用可控串联电容器(TCSC)连续调节电容值或采用双向晶闸管分级调节串入的电容值。

从严格意义上来说，CSCC并不是一种新型的换流器，而只是TCSC技术和传统的PCC的结合，是对传统的HVDC输电的改进。

与传统的HVDC输电相比，CCC／CSCC技术有很多优势。

后者可以提高换流器的功率因数，有效降低受端系统故障时逆变器换相失败的可能性，提高HVDC输电运行的稳定性和经济性。

但不论是PCC技术还是CCC／CSCC技术，由于都是以半控器件为基础，采用触发相位控制，因此只能工作于有源逆变方式。

最新发展的基于电压源型换流器(Voltage Source Converter，VSC)的HVDC输电技术采用IGBT等全控器件，电流能够自关断，所以可以工作在无源逆变方式。

同时采用了正弦脉宽调制(SPWM)调制技术，通过控制SPWM调制波的给定正弦信号的相位和调制比，可分别控制有功功率大小及方向和无功功率大小及性质。

ABB公司率先进行了基于VSC的直流输电实验，并将这一技术称为轻型高压直流(HVDC Light)输电技术。

1.3 高压直流输电的特点高压直流输电系统具有下列运行特性【1】(1)直流输电技术特别适合于大功率、远距离输电。

当输电距离超过600．900km这个等价距离后，采用直流输电比采用交流输电要经济得多。

我国的西电东送工程，其输电距离超过1000km，输送容量达1亿kW，采用直流输电是最经济且合理的方案。

(2)输送相同功率时，线路造价低。

(3)线路有功损耗小。

由于直流线路没有感抗和容抗，在线路上也就没有无功损耗。

(4)直流线路的短路电流较小，直流联网后，短路容量基本没有增大，不会对被联流系统的短路电流水平产生影响，所以直流输电可以限制系统的短路电流。

(5)线路在稳态运行时没有电容电流，沿线电压分布比较平稳；线路部分不需要无功补偿。

(6)调节速度快，运行可靠。

直流输电通过晶闸管阀换流器能够快速、方便的调节直流线路电流和功率，从而可实现各种调节和控制，不仅可以保证正常运行时稳定地输出功率，也可以在事故情况下，提高系统运行的可靠性。

直流输电与交流输电相比较，也有如下的缺点：(1)换流站的设备比较昂贵。

换流桥本身的高压、大电流的晶闸管元件比较昂贵。

另外，换流器在运行中需要消耗较多的无功功率，其数值约为输送直流功0％．60％，这就需要大量的无功功率补偿及滤波设备，这些设备比较昂贵。

(2)换流装置需要消耗大量的无功功率，并且几乎没有过载能力，对直流系统的运行不利。

(3)传统的直流输电需要交流电网提供给换相电流，这个电流实际上是相间短路电流，因此要保证换相的可靠，受端交流系统必须具有足够的容量，即必须有足够的短路比(Short Circuit Ratio，SCR)，当受端系统比较弱时，系统运行可能会出现一系列的问题。

2 高压直流输电系统控制与运行2.1 概述直流输电系统可以由如图2.1所示的等值电路来表示【2】。

图2.1 直流输电系统等值电路图图中V dr 和V di 分别为整流侧和逆变侧的直流电压；I dr 和I di 分别为整流侧和逆变侧的直流电流；V dor 和V doi ．分别为整流侧和逆变侧的理想空载直流电压：R cr 和R ci 分别为整流侧和逆变侧的等效换相电阻，如33,cr cr ci ciR X R X ππ==，X cr 和X ci 分别为整流器和逆变器的换流电抗；L dr 和L di 分别为整流侧和逆变侧平波电抗器的电感值；L d 和R d 分别为二分之一的直流线路电感值和电阻值：C dc 为直流输电线路总的对地电容值，V c 为电容上的电压值：α整流器的触发滞后角．β为逆变侧的触发越前角。

其中理想空载直流电压与交流电压之间的关系为：dor orV kV = (2.1)doi oi V kV = (2.2)式中k BTπ=，B 串联换流桥的数目，T 为变压器的变比。

当直流系统处于稳态运行时，忽略直流输电线路的对地充电电容，可以求得稳态的直流电流为：cos cos 2dor doi d dr di d cr civ V I I I R R R αβ-===++ (2.3)从式(2.3)可以看出，对于高压直流输电系统，通过控制整流器和逆变器的触发角α和β来控制任一点的直流电压以及线路电流(或功率)。

这是通过控制阀的触发角或者通过切换换流变压器的抽头以控制交流电压完成的。

栅/门极控制的速度很快，一般为lms ～l0ms ，并且可以连续实现。

而变压器分接头切换速度较慢，每极切换为5s ～6s ，并且只能极调。

实际中一般以相互补充的方式应用这两种控制。

即开始时应用栅/门极控制以保证迅速的控制效果，之后由换流变压器的分接头切换将换流器控制角(整流器的α角和逆变器的γ角)恢复到正常范围。

为了确保触发前换流阀上有足够的电压，整流器有一个最小盯角限制，大约为5°。

整流器正常运行时的口角的范围为15°到20°。

对逆变器来说，必须维持一个确定的最小熄弧角γ，以避免换相失败，确保换相完成且带有足够的裕度。

一般对50Hz 系统y 角值的裕度为15°。

对60Hz 系统则为18”。

2.2 直流输电系统的控制特性2.2.1 理想控制特性在正常运行状态下，广泛采用的一种控制方式是整流侧定电流控制(CC)、逆变侧定熄弧角控制(CEA)。

用稳惫电压一电流(V-I)特性可以解释直流输电系统的理性控制特性，如图2.2所示。

图中，整流器和逆变器的特性都从整流器上测量，V d 是在整流器上测量的值，从而逆变器特性包括了线路上的电压降。

cos ()d doi L ci dV V R R I γ=+- (2．4)当整流器为定电流控制(CC)时，它的妁，如特性是一条垂直线，如图2.2中AB 线所示。

如果换相电阻R ci 略大于线路电阻R L ．，逆变器的特性直线斜率为负且较小，如图2.2中CD 线所示。

由于在一种运行条件下必须同时满足整流器和逆变器的特性，因此它由两条特性的交点E 确定。

图2.2 理想换流器控制稳态伏安特性通过调节“电流指令”或“电流整定值”可以使整流器特性水平移动。

如果测量电流小于电流指令，调节器就会减小α角而提前触发。

通过逆变侧变压器抽头切换装置的作用，它的特性会升高或降低。