华北电力大学-电力电子技术原理

第七章在电力工业中的应用电力电子技术原理与应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日2应用特点•高电压•大电流•大功率•高可靠性第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日3应用实例•高压直流输电（HVDC）•静止无功补偿（SVC、SVG）•有源滤波器（APF）•可控串联补偿•柔性（灵活）交流输电系统（FACTS）•……第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日4新运营方式的技术支撑第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日5第七章在电力工业中的应用什么是HVDC？RectifierInverterLine/CableACsystemACsystemHVDCHighVoltageDirectCurrent现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日6第七章在电力工业中的应用为什么用HVDC？•最适合大容量、远距离输电的电能形态•线路造价较低•线路损耗较小•异步联接•可控制性好现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日7第七章在电力工业中的应用电力发展简史：人们对电的认识•静电•伏打电池•电报•试验性“远距离”直流输电•交流电力系统•现代意义的高压直流输电现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日8第七章在电力工业中的应用电力发展简史：人们对电的认识•静电•伏打电池•电报•试验性“远距离”直流输电•交流电力系统•现代意义的高压直流输电19世纪初，通过导线传输微弱的电流现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日9第七章在电力工业中的应用电力发展简史：人们对电的认识•静电•伏打电池•电报•试验性“远距离”直流输电•交流电力系统•现代意义的高压直流输电1882年，1500～2000V，1.5kW，57km。1927年，125kV，20MW，225km。现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日10第七章在电力工业中的应用电力发展简史：人们对电的认识•静电•伏打电池•电报•试验性“远距离”直流输电•交流电力系统•现代意义的高压直流输电19世纪80～90年代，交流发电机，变压器，感应电动机……。规模巨大的交流电力系统。现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日11第七章在电力工业中的应用电力发展简史：人们对电的认识•静电•伏打电池•电报•试验性“远距离”直流输电•交流电力系统•现代意义的高压直流输电交流输电系统的问题。高压直流输电重新引起人们重视。现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日12第七章在电力工业中的应用交流输电系统的技术问题sinEUPX输电距离的限制稳定性问题•潮流难于控制•振荡与摇摆现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日13第七章在电力工业中的应用交流输电系统的技术问题交变的电磁场：无功问题恒定的电磁场：没有无功问题电缆输电情况下问题尤为突出！现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日14第七章在电力工业中的应用HVDC的技术优势22122(cos)2ddkdvUUPRUUkU•无稳定性问题•可快速控制潮流现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日15等价距离第七章在电力工业中的应用HVDC的经济优势：建设现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日16线损比较第七章在电力工业中的应用HVDC的经济优势：运行现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日17第七章在电力工业中的应用HVDC的环保优势现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日18HVDC的应用•长距离、大容量输电（能源基地到负荷中心）•联络线（电力系统之间或电力企业之间）•电缆输电（地下或海底）•改造原有交流线路以增加输电容量第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日19HVDC换流站的主要设备•换流器（包括换流变压器等）•滤波器及无功补偿设备•控制系统•断路器等第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日20滤波正极12脉动A端滤波负极12脉动B端滤波及无功补偿直流输电线交流系统A交流系统BYYDYYYDYLdLd第七章在电力工业中的应用HVDC原理示意图双桥换流器现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日21第七章在电力工业中的应用双桥12脉动换流器直流电压（变化，u=0）现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日22第七章在电力工业中的应用双桥12脉动换流器直流电压（变化，u0）现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日23第七章在电力工业中的应用双桥12脉动换流器交流电流（变化，u=0）00.0050.010.0150.0221122.52.5ia1t().0250tY/Y接线变压器原边电流00.0050.010.0150.0221122.52.5ia2t().0250tD/Y接线变压器原边电流现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日24第七章在电力工业中的应用双桥12脉动换流器交流电流（变化，u=0）00.0050.010.0150.0221122.52.5ia1t().0250tY/Y接线变压器原边电流00.0050.010.0150.0221122.52.5ia2t().0250tD/Y接线变压器原边电流00.0050.010.0150.0221122.52.5iat().0250t交流侧总电流现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日25第七章在电力工业中的应用双桥12脉动换流器交流电流（变化，u=0）现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日26HVDC换流器运行时产生的谐波（特征谐波）121(61)hkhmk交流侧：12hk直流侧：第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日27HVDC换流器运行时产生的谐波特征谐波：非特征谐波：第七章在电力工业中的应用由电路结构及工作方式决定而产生的谐波由于理想条件不能满足而产生的谐波现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日28第七章在电力工业中的应用理想的假定条件•三相交流电源对称、正弦、频率恒定•交流电网阻抗对称，忽略换流变压器激磁导纳•大电感平波电抗器，换流器直流侧电流为纯直流•特性理想的阀•桥阀等相位间隔依次触发现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日29HVDC换流站中的滤波器•交流侧滤波器•单调谐滤波器•双调谐滤波器•高通滤波器•直流侧滤波器第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日30第七章在电力工业中的应用换流装置的功率因数（直观分析）2u现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日31第七章在电力工业中的应用换流装置的基波功率因数（工程应用）(1)coscoscos2u较精确(1)coscoscos较粗略现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日32第七章在电力工业中的应用换流装置的功率因数分析(1)()1000(1)(1)(1)(1)333=ddd3cos03cosTTTnnLLLLPvitvitvitTTTVIVLI22(1)()122233LLLLnnWVIVIIPQN有功功率基波无功功率畸变无功功率22(1)(1)ywII现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日33HVDC换流器运行时所需的无功功率111.35sin(1.35cos)LLdddLLdQVIPVIVI11(0.40.7)QP第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日34HVDC换流站中的无功补偿设备•交流侧滤波器兼作无功补偿•无功补偿电容器•调相机•静止（动态）无功补偿装置第七章在电力工业中的应用弱系统中的电压支撑现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日35HVDC换流站的控制系统•复杂的数字控制系统•站控•极控•阀控•分层控制第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日36HVDC系统常用控制运行方式•系统级控制•整流侧定电流、逆变侧定熄弧角•整流侧定电流、逆变侧定电压•整流侧定角、逆变侧定电流•两侧换流器控制•定功率控制•调频控制第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日37已建成的部分HVDC线路（ABB公司）第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日38NelsonRiver2NelsonRiver119772004SylmarEastConverterStation19951987VirginiaSmithWelsh1995CeliloConverterStation1997/2002PosteChâteauguay1984Moyle2001Etzenricht1993Dürnrohr1983WienSüdost19931995Acaray1981CahoraBassaRehabilitation19771998Guizhou-Guangdong2005Gezhouba-Shanghai1989Basslink2005Thailand-Malaysia2001East-SouthInterconnector2003Tianshengqiao-Guangzhou2000Siemens公司近30年来的HVDC业绩第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日39国内已建成的HVDC线路•宁波－舟山群岛（100kV，50MW，1988年投运）•上海－嵊泗群岛（±50kV，60MW，2002年投运）•葛洲坝－上海（500kV，1200MW，1989年投运）•天生桥－广州（500kV，1800MW，2001年双极投运）•三峡左岸－常州（500kV，3000MW，2003年投运）•三峡－广东（500kV，3000MW，2004年投运）•贵州－广东（500kV，3000MW，2004年投运）•灵宝背靠背（西北－华中联网工程，2005年投运）第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日40•三峡－上海（500kV，3000MW，2006年投运）•贵州－广东二回（500kV，3000MW，2007年投运）•金沙江向家坝、溪洛渡外送工程（800kV）•哈密－郑州（800kV）•云广特高压直流输电工程（800kV）国内已建成的HVDC线路第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日41国内部分在建及规划的HVDC线路•三峡－上海（500kV，3000MW，预计2007年投运）•贵州－广东二回（500kV，3000MW，预计2007年投运）•金沙江向家坝、溪洛渡外送工程（800kV）•澜沧江水电外送工程•……第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日42HVDC设备换流变压器（ABB）第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日43HVDC设备备用的换流变压器（SIEMANS）第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日44HVDC设备运行中的换流变压器（SIEMENS）第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日45HVDC设备运行中的换流变压器（SIEMENS）第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日46HVDC设备换流器（ABB）第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日47HVDC设备换流器（SIEMENS）第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日48HVDC设备换流器组件（SIEMENS）第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用2020年3月13日49HVDC设备换流器组件局部（SIEMENS）第七章在电力工业中的应用现代电力电子技术原理与应用20