高压直流输电技术南昌大学信息工程学院电气与自动化系二OO四年一月八日目录第一章高压直流输电的基本概念 (3)1.1 高压直流输电的发展历史 (3)1.2 直流输电的基本原理 (4)1.3 直流输电系统的分类 (4)1.4 直流输电的优缺点 (5)1.5 交流输电与直流输电比较的等价距离 (8)第二章换流电路的工作原理 (9)2.1 引言 (9)2.2 整流器的工作原理 (9)2.3 逆变器的工作原理 (17)第三章换流站及其主设备 (19)3.1 引言 (19)3.2 晶闸管换流器 (20)3.3 换流变压器 (23)3.4 直流电抗器（平波电抗器） (25)3.5 换流站的平面布置 (27)第四章高压直流输电系统 (28)4.1 引言 (28)4.2高压直流架空线路的额定电压与分裂导线 (28)4.3高压直流架空线路的电晕效应 (29)4.4 高压架空线路的等值参数 (31)4.5 直流电缆线路 (31)4.6 大地回路 (31)第五章滤波和滤波器 (33)5.1 引言 (33)5.2 换流装置交流侧的特征谐波 (33)5.3 换流装置直流侧的特征谐波 (34)5.4 交流滤波器 (34)5.5 直流滤波器 (36)5.6 阻尼型滤波器 (36)5.7 消除谐波的其它方法 (37)第六章高压直流系统的控制 (38)6.1 引言 (38)6.2 控制的基本方式 (39)6.3 定电流控制 (39)6.4 定电压控制 (40)6.5 定触发角控制 (40)6.6 定熄弧角控制 (40)6.7 功率控制和频率控制 (41)6.8 控制系统的实际应用 (41)《高压直流输电技术》思考题及答案 (44)第一章高压直流输电的基本概念1.1 高压直流输电的发展历史一、国外的发展概况1954 年瑞典在本国和果特兰岛之间建成了一条海底电缆直流输电线。

这是世界上第一条工业性的高压直流输电线，到现在已有五十年的历史。

直流输电的发展大致可分为三个阶段：1. 1954 年以前——实验性阶段（初始阶段）19 世纪初期发展起来的信号传输—电报，虽然传输的电力是很微弱的，但是人们从此得到启发，并应用于电力传输。

法国科学家普勒利用电报线路，传输57 公里，完成了第一次直流输电实验。

1906—1950 年，法、德、美、瑞典、苏联均做了实验，因串联高压复杂，可靠性差。

与此同时，交流发电得到发展，使直流输电的发展受到阻碍。

20世纪50 年代后，大电网高速发展，使直流输电技术重新被重视。

这个阶段的特点：（1）直流输电工程的参数比较低。

（2）换流装置几乎都是采用低参数的汞弧阀。

（3）发展速度较慢。

直流输电技术在初始阶段共有三个代表工程：德国，瑞典，原苏联。

2.1954 —1972 年——发展阶段1954 年瑞典的海底直流电缆标志着直流输电进入了一个发展阶段。

这一阶段的主要特点是：（1）技术提高很大。

（2）直流输电具有多方面的目的（水下，互联，远距离，大容量）。

（3）汞弧阀参数有很大的提高。

3.1972 —现在——大力发展阶段1972 年，加拿大的伊尔河直流输电工程首次采用可控硅（晶闸管）使直流输电得到大力发展。

1975年，全世界有HVDC系统工程11项，输电容量有5GW到1996年HVDC系统工程56项，输电容量54.166GW。

增长近11倍。

这个阶段的特点是：（1 ）采用可控硅阀。

（2）几乎全都是超高压。

（3）单回线路的输电能力比前阶段有了很大增加（4）发展速度快。

二、我国高压直流输电的发展情况50 年代浙江舟山直流输电工程为第一个直流输电工程。

参数为100kv ，100MW，55km （其中水下电缆12km）1. 葛上直流：于1985 年开始建设到1989 年投入运行。

其参数为500kv, 1200MV，线路长度为1045.6km。

2. 天广直流：这是一个交流并联输电工程，1998 年投产。

参数为500kv，1800MVy 960km,该工程由一回500kv的交流输电线路和一根双桥直流输电系统组成。

3. 三峡—广州直流输电工程,已开始建设,预计年底前投运。

4. 我国正在设计或拟议中的其它工程有：西北- 华北直流输电互联工程、宝鸡-成都直流输电工程、长江三峡-华东交直流并联输电工程等。

1.2直流输电的基本原理图1.3为直流输电原理图（见课本）1. 设备：（1）两个换流站CS1和CS2 （整流器和逆变器）（2）直流输电线路2. 连接形式：CS1和CS2的直流端分别连接到直流输电线路两端，CS1和CS2的交流端分别连接到两个电力系统I和n3. 换流站的主要装设有换流器换流器由一个或多个换流桥串联或并联组成。

目前用于直流输电系统的换流桥均采用三相桥式换流电路，每个桥具有6个桥臂。

它具有可控的单向导通能力，所以又称为阀或阀臂。

4. 传输形式：（1）CS1把交流系统I的交流转换成直流（整流）（2）通过直流输电线路送至CS2（3）CS2将直流转换成交流（逆变）5. 直流线路电流为| d也1也21 d RV d1 V d2 |d?R上式中V d1为CS1的直流输出电压，V d2为CS2的直流输入电压，I d为直流线路电流，R为直流线路电阻。

CS1送出的功率为p d1 V d1? I d.CS2接受到的功率为p d2 v d2? I d。

直流线路只输送有功功率，不输送无功功率。

所以直流线路的损耗为P d1 P d2 V d1|d V d2|d |d V d1 V d2）从图中可以看出：V d1>V d2时，电流由CS1到CS2.所以只要改变两端直流电压V d1，V d2就可以调节］d，从而也就改变了其传送的功率.故通过调节可以保证输送的电流和功率不变.V d2极性不变情况下，如果V d2>V d1，CS2仍不能向CS1送出反向的电流和功注：在率.这是由于换流器只能单向导通的缘故.但V d2极性改变后，V d2>V d1时,CS2可向CS1送出电流和功率。

CS2为整流站运行，CS1为换流站运行。

1.3直流输电系统的分类由于直流断路器都处于研制阶段，致使直流输电系统还不能像交流系统那样构成各种复杂的网络。

直流输电系统大多是两端供电系统。

（见图1.4 ）一、单极线路方式：1．单极线路方式：（1）用一根架空导线或电缆线，以大地或海水作为返回线路组成的直流输电系统。

（2）正常运行时，电流经大地或海水构成回路。

应注意：接地板的材料，埋设方式和对地下埋设物的腐蚀以及对地下通讯线路，航海罗盘的影响等问题。

（3）通常采用正极接地的方式较多。

2. 单极两线制方式（1）用一根导线代替大地作为返回线路的单极线路方式。

（2）单极两线单点接地是将导线任一根在一侧换流站进行单点接地。

这种方式避免了电流从地中或海水中流过，又把某一导线的电压限位到0。

（3）缺点：当负荷电流在流过导线时，要产生不小的电压降。

所以仍要考虑适当的绝缘强度。

（4）这种方式大多用于无法采用大地或海水作为回路，以及双极方式的过度二、双极线路方式1. 双极两线中性点两端接地方式（1）将整流站和逆变站的中性点均接地，两极对地电压分别为+V和-V。

正常运行时，接地点之间没有电流通过。

（由于两侧变压器的阻抗和换流器控制角的不平衡，总有不平衡电流流过）（2）当某一方的换流器和线路有故障时，可以利用健全极和大地作为回路维持单极运行方式。

葛上直流就是采用这种方式。

2. 双极中性点单端接地方式这种运行方式在整流侧或逆变侧中性点单端接地。

正常运行时，与上一种方式相同；故障时，将无法运行，（没有形成回路）3. 双极中性线方式（1 ）将两端中性点用导线连接起来，在任一侧接地。

（2）当一极发生故障时，能用健全极继续输送功率，同时避免了大地和海水作为回路，这种运行方式在减轻电磁干扰、防止腐蚀方面有优点，在日本被标准采用，但经济上增加了一定的投资。

4. “背靠背” （back-to-back ）换流方式。

即没有直流线路，整流站和逆变站在一起的直流输电系统使用于不同额定频率或者相同额定频率非同步运行的交流系统之间的互联。

由于没有直流输电线路，直流系统可用较低的额定电压，这样整个直流系统的绝缘费用可降低，有色金属的消耗量和电能损耗的增加就减少。

1.4 直流输电的优缺点直流输电具有下列优点：一、输送功率相同时，线路造价低1 ．从系统接线图可知：直流线路可用两根或三根导线（正、负极），交流线路需用三根导线（A B, C 三相）（1） 如果每根导线具有相同的截面和绝缘水平，那么: 直流线路每根导线输送的功率为：P d V d |d交流线路每根导线输送的功率为：P aV a I a?COS式中V d 为直流线路的对地电压。

V a 为交流线路对地电压的有效值，即相电压的有效值，I d , I a 为直流和交流线路的电流有效值，cos 为交流线路的功率因数。

（2） 当两种线路采用相同的电流密度时，每根导线所载电流相等，即 （3） 如果交流和直流线路所需的绝缘水平按过电压倍数而定，交流为2 K a V a ，直流为 K d V d 。

对于超高压线路：交流过电压倍数K a取2-2.5，直流过电压倍数R d取2。

传输功率之比：PdV d1d一2-P aV a |aCOS COS交流远距离输电，COS 一般较高，取0.945。

则：P1 丄 1.5 P a 0.9452.由此可知：（1） 两根导线的直流线路与三根导线的交流线路输送的总功率相等。

所以单位长度的直流线路所需的有色金属和绝缘材料可比交流线路节省三分之一。

如果采用架空线，直流线路的杆塔荷载较小，线路所需的走廊也较窄（三根水平排列，比二根水平排列宽） 。

反过来说：如果线路建造费用相同时，直流输电所能输送的功率约为交流输送功率的1.5倍》（2） 由于直流线路少一根导线，在输送功率相同的条件下，直流线路导线电阻的功率损耗也比交流线路的损耗少三分之一。

此外，由于集肤效应，大截面导线的交流有效电阻比直流电阻略大，也增加了交流线路的功率损耗。

二、线路有功功率损耗小1. 直流架空线路仅使用一根或二根导线，所以在导线上的有功损耗小。

2. 直流线路设有感抗和容抗，在线路上也就没有无功损耗。

3. 直流架空线路具有“空间电荷”效应，即集肤效应，其电晕损耗和无线电干扰比 交流架空线路小。

故直流架空线路不仅在投资上，而且在年运行费上也比交流经济。

三、适宜于海下输电 1.海下输电必须采用电缆。

电缆的绝缘在直流电压和交流电压作用下的电位分布，电场强度和击穿强度都不相同。

以同样截面积的油浸纸绝缘电缆为例：用于直流时的允许工作电压比在交流下约高 倍。

所以在有色金属和绝缘材料相同的条件下， 二根心线的直流电缆线路输送的功率p d 比三根心线的交流电缆输送的功率p a 大得多，所以直流电缆比交流电缆经济。