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直流输电系统由换流站和线路组成。直流输电过程：一个交流变直流（整流）、传送、直流再变交流（逆变）的过程。直流输电与交流输电的比较：1）经济性比较（a线路：直流~两根导线，三相交流~三根导线。直流线路比交流线路成本低。b两端设备：直流~两端是换流站（换流变压器，换流器，无功补偿设备），造价高，交流~交流变电站（变压器，断路器，隔离开关）c总费用与等价距离：当输电距离增加到一定值时，直流线路所节省的费用恰好抵偿了换流站所增加的费用，此时交、直流输电的总费用正好相等，这个距离称为交、直流输电的等价距离）2）技术性比较（a稳定性：交流~输送容量受到稳定极限的限制，输送容量与输送距离的成绩必须小于一定值。直流~线路所能输送的容量仅受导线截面限制，而不受稳定性限制。在交、直流输电系统并列运行的场合，直流输电系统还可提高交流输电系统的稳定性b非同步联络线：交流联络线刚性联接，直流联络线弹性联接c新发电方式与系统的联接）直流输电优点：1当输送相同的功率时，直流输电线路造价比交流线路低2可以非同步联网3联网不增加短路容量4线路电晕干扰小5线路基本不存在电容电流，沿线电压分布均匀，不需无功补偿。缺点：1换流站造价高于变电站2目前尚无适用的直流断路器，发展多端直流3输电系统受到一定限制4不能使用变压器变换电压水平5运行过程中产生谐波6换流站需要大量的无功补偿7控制复杂。适用场合：1远距离大功率输电2海底电缆输电3用电缆向高密度大城市供电4不同额定频率或同频率非同步运行的交流系统之间的联络。两端直流输电系统分类：单极、双极、非同步联络站。三相桥式电路优点：1.在直流电压相同情况下，桥阀在断态所承受电压的峰值小于等于其他方式。2.当通过功率为一定值时，换流变压器电网侧绕组容量小于或等于其他方式，阀侧绕组容量小于其他方式。3.换流变压器接线简单，不需中心抽头，有利于变压器绝缘。4.阀所需伏安容量小。5.直流电压纹波小。桥阀导通条件：1.阀承受正向电压2.在触发极上加足够能量的正的触发脉冲。假设条件：1.交流系统的等效电源的电势是平衡对称正弦的。2.系统等效阻抗是对称的。3.直流侧平波电抗器具有无穷大电抗值，因而直流侧电流为不含纹波的稳恒直流。4.阀具有理想开关的特性。5.触发脉冲等距。换向重叠角γ：当E，Xr，α不变时，γ随Id增大而增大，而E下降，α减小或Xr增大而其他参数不变时，γ也将增大。直流电压：α=0，γ=0，Vd=1.35E。α0，γ=0，Vd=1.35Ecosα。α0，γ0，Vd=Vd0cosα-RrId=Vd0cos(α+γ/2)cosγ/2。整流器总功率因数小于基波功率因数：是因为交流电流中含有丰富的谐波。这些谐波的存在，使整流器的总视在功率大于基波视在功率。cos(α+γ/2)cosγ/2=总体基波=cos(α+γ/2)。γ=0整流器逆变器触发滞后角不同α90°α90°功率从交流侧传送到直流侧，直流侧是负载从直流侧传送到交流侧，直流侧是电源γ≠0δ+γ/290°或β-γ/290°或α+γ/290°安全关断越前角=15°保证逆变器正常运行时阀所需承受反压的最小时间所对应的电角度。换相失败：两阀换相结束后，如果退出阀在重新承受正压时未能完全恢复阻断能力，或者换相尚未结束换相电压已经反向，都会导致进入阀向退出阀倒换相，最后结果是退出阀重新导通，进入阀又恢复关断状态，即换相没有成功。原因：交流电压突然下降，直流电流突然增大，δ过小等。一次换相失败：故障在系统一个周期内，输出电压不正常历时240°。两次换相失败：由于直流电抗为有限值，线路上存在电容，整流器定电流调节装置有时滞等原因，Id增大，ϒ增大，有可能形成两次连续换相失败。影响：1、两阀连续导通一个周期以上，直流电流了流经换流变压器，将造成变压器偏磁2、由于交流电流被加到直流回路上，有可能在线路电容与电感元件之间造成基波频率的谐振过电压。误开通：阀在承受正向电压的时间内，如阀的控制极触发回路发生故障，或正向电压上升率过大，都可能造成~不开通：触发脉冲丢失或阀控制极回路故障引起~。故障过程和后果与一次换相失败类似，区别仅在于不存在换相及倒换相过程。多桥换流器优点：1各桥换流变压器适当联接后，可使整个换流器注入系统的谐波电流大大减小2具有较高的运行可靠性3便于用规格化的换流桥组成不同额定直流电压的换流器。缺点：换流变压器的接线复杂，两桥以上的多桥换流器的换流变压器往往要采用曲折性接线，给变压器的制造增加了困难。多巧换流器的控制复杂。采用最多：双桥换流器：由于两桥间30°相角差的存在，两桥直流侧电压串联后，输入电压由单桥的6脉动变为12脉动具有更小的纹波系数，注入交流系统的谐波电流也较小。桥间耦合：由于一桥换相时，两相短路电流在耦合电抗Xx上产生压降，从而使换流器两侧母线交流产生畸变，对其他桥产生影响。解耦措施：1、交流滤波器2、平衡电抗器谐波分为特征谐波和非特征谐波。特征谐波是谐波的主要成分。谐波的危害：①使交流系统中的发电机，变压器和电容器由于谐波造成附加损耗而发热。②由于谐波谐振引起电网中局部过电压。③由于谐波中的负序分量引起电力系统中的保护误动作。④由于电压波形畸变，引起直流输电控制系统的不稳定和其它一些设备控制系统不稳定。⑤由于谐波中的能量主要集中在较低次数的分量，而这些分量的频率恰好是在人耳的敏感范围，因而低次谐波将对通讯线路产生严重干扰。一个P脉冲的换流器，在直流侧产生kp次特征谐波，在交流侧产生kp±1次特征谐波。特征谐波由换流器的脉动数及换流器结构决定。消除谐波危害的措施：1增加换流器脉动数2在换流器交流侧和直流侧装设滤波器。单桥换流器:=2/π*(coswt-1/5cos5wt+1/7cos7wt-1/11cos11wt+…)1单桥换流器在理想条件下及γ=0时，交流侧电流中只含有6k±1次谐波，2换流器交流侧基波线电流幅值=1.1037有效值=0.78，3、n次谐波的有效值为基波的1/n。4.ib,ic的各次谐波幅值与ia相同，而各相角分别后移或前移n*2π/3。双桥换流器:=2/π*(coswt-1/11cos11wt+1/13cos13wt+…)1理想假设条件下，双桥换流器在环流变压器适当连接时，交流侧只含有12k±1次谐波，m桥6mk±1次。2、γ=0时，/=1/n,γ≠0时，/=（α，γ，n）。换流器直流侧谐波电压vd：单桥:含6k次谐波，m桥：6mk次。直流侧的谐波电压无论γ等于0与否，都与α有关。交流侧各次谐波电流幅值主要取决于直流侧电流的大小~对于交流系统，换流装置为谐波电流源；直流侧各次谐波电压幅值主要取决于交流电压，而与直流侧运行状态关系不大~对于直流线路而言，换流装置为谐波电压源。非特征谐波产生原因：1交流系统电压不对称2系统三相电抗不相等3最主要原因：控制系统发出的触发脉冲间隔不等。调节直流输电系统输送的直流电流和直流功率：1调节两侧的触发角α，β或关断角δ（主调节，调节范围大，调节迅速），2调节两侧换流变压器分接头以调节交流电势Ez,En.（辅助调节，调节范围有限，速度慢）整流器定α、逆变器定β运行方式：不合理？由于定α、定β的伏安特性的斜率一般很小，因此当整流侧（逆变侧也是）交流电压有不大的变化时，就会引起直流电流和直流功率的大的波动。直流书送功率的大幅度波动将引起两端系统运行困难，特别是输送功率在交流系统容量中占有较大比重时。而直流电流的剧烈变化，会影响直流系统的安全运行。过大时，可能使换流器严重过载，并且容易引起逆变器换相失败故障；而过小，有可能使直流断续而引起过电压。整流器定α、逆变器定δ运行方式：不合理？当交流系统电压变化时，直流电流和直流功率的波动的幅度将更大。（情况：逆变侧交流系统为弱系统即系统短路阻抗很大时）（为了保证逆变器的安全运行，减小发生换相失败的几率，要求逆变器的关断越前角δ大于安全关断越前角δ。而为了提高逆变器的功率因数，又希望δ尽可能小，因此直流输电系统中的逆变器往往采用定δ控制，将δ控制在附近）。直流输电基本运行方式：整流器定电流，逆变器定。（若整~不能定电流，则整~定，逆~定电流）整流侧的伏安特性由定电流和定组成，逆变侧由定和定电流组成。为了保证整流器正常工作，整流侧的触发角α有一限制值，即正常运行时应有α≥，一般为5°左右。当整流侧交流电压下降时，为了维持Id=Id0不变，必须减小α角。如果交流电压下降过多，α减小到时仍不能使Id=Id0，整流器就进入定运行方式。这时若逆变器仍运行于定方式，系统的运行状态将明显恶化。为了克服这一缺点，在逆变器也装有定电流调节器，其整定值比整流侧的小一个电流裕额∆Id0，即为Id0-∆Id0。这样当整流侧由于交流电压下降进入定，逆变侧转入定电流运行方式。同理，若逆变侧交流电压上升较多，整流侧也会进入定运行方式。逆变侧的定电压运行方式：将逆变侧的定段改为定电流电压段。适用于受端系统为弱系统的场合。优点：1有利于提高受端系统的电压稳定（逆变站交流母线电压下降时，逆变器的电压调节器将自动减小β以维持直流电压不变。β减小，功率因数提高，消耗无功功率觉少，防止交流电压进一步下降。如果逆变器采用定控制，当交流电压下降，将增大β以保证δ不变，所以功率因数下降，消耗无功增加，电压进一步下降。在交流系统较弱时，可能引起恶性循环，最终电压崩溃）2在轻负载时，δ比满载时大，对防止换相失败有利。缺点：为了保证触发角有一定的调节范围，在额定运行时逆变器的δ角要略大于。这使得定电压调节时的逆变器的功率因数比定δ运行时的低，消耗的无功较多。直流输电系统公式：整流器：Vd=Vdz=Vdozcosα-IdRrz逆变器：Vd=Vdn+IdR=Vdoncosβ+Id(Rrn+R)=Vdoncosδ-Id(Rrn-R)软启动：直流输电系统起动时，采用逐渐升压的方式，以免产生过电压。起动时限起动逆变器，使β为最大上限值，然后按α=90°触发整流器，同时使电流调节器整定值按一定规律上升，整流器直流电流也随之上升。逆变侧，当电流大于不连续值后，控制系统便自动逐步减小β，同时监视δ，保证δ，直到=、δ=后，起动过程结束。停机过程：使整流侧电流调节器电流整定值按一定规律下降，同时逆变侧电流调节器使β增大，直至达到β上限值。当电流降到0后，停发两侧换流器触发脉冲，停机完成。快速停机方式：将整流器的触发相位快速增大到α=100°~130°，使其转入逆变运行状态，于是平波电抗器、直流线路电感、线路电容中储存的能量就迅速送到两侧交流系统，直流电流迅速降到0.（处理直流线路短路等故障）旁通对：换流器中处于同一相的上下两个阀。利用旁通对起动：首先在两侧投入旁通对，直流线路通过旁通对短路，将直流线路上的残余能量泄放掉。然后整流器旁通对退出（解锁），进行软启动。此时逆变器仍由旁通对短路，有利于快速通过电流不连续区，待电流越过不连续区后解锁逆变器，以后的过程与软启动过程相同。利用旁通对停机：当电流减小到不连续区附近时，也可以投入旁通对，使换流器越过电流间断区而停机。潮流反转：将电流裕量指令从II侧切至I侧，I侧的电流整定值从变成，II侧电流整定值从-∆Id变成。由于直流系统的电流在附近，I侧将检测到电流大于整定值，它的电流调节器将增大α以减小Id。同时，逆变侧将检测到Id小于其定电流调节器整定值，自动从定δ控制转到定电流控制，并增大β，力图维持电流Id等于。这样I侧α不断增大，II侧β不断增大，当I侧α90°是进入逆变状态，II侧β90°进入整流状态。这个过程一直进行到I侧δ=，自动转到定δ控制，潮流反转完成。FACTS的基本内涵是：基于采用现代大功率电力电子技术构成的各种FACTS控制器，结合先进的控制理论和计算机信息处理技术等，实现对交流输电网运行参数和变量（如电压、相角、阻抗、潮流等）更加快速、连续和频繁的调节，即所谓柔性（或灵活）输电控制，进而达到提高输电系统运行效率、稳定性和可靠性的目的。基石：大功率电力电子技术。核心：FACTS控制器。关键：对输电网参数和变量的柔性化控制。FACTS（灵活交流输电系统