第三章直流输电稳态特性

☆3.1直流输电工程额定值☆3.2直流输电最小输送功率☆3.3直流输电过负荷☆3.4直流输电降压运行☆3.5直流输电功率反送☆3.6直流输电稳态运行特性☆3.7直流输电工程运行方式☆3.8直流输电系统损耗第3章直流输电稳态特性+drU_dI+diU_3crxrLd+0cosdrU_+0drU_3cixiLd+0diU_dR+0cosdiU_整流器等效电路逆变器等效电路整流电路等效电路图直流电流：（1）coscosdordoidxrdxiUUIdRd0321.35dUEE其中，理想空载直流电压：（2）coscosdordoidxrdxiUUIdRd或直流功率：,drdrddididPUIPUI（3）结论：可以通过改变角度和交流电压数值来调节输出电流和输出功率。3.1直流输电工程额定值一、额定值的概念直流输电工程的额定值主要是指工程在长期连续运行时的输送能力，以功率额定值、电压额定值和电流额定值来表示，它们分别被称为工程的额定功率、额定电压和额定电流。额定值是进行工程设计、设备参数选择以及决定工程造价的基础参数。在进行工程设计时，对工程的过负荷额定值、降压运行额定值和功率倒送额定值也需作出规定。额定直流功率是指在所规定的系统条件和环境条件的范围内，在不投入备用设备的情况下，直流输电工程连续输送的有功功率。直流输电工程是以一个“极”为一个独立运行单位。每个极的额定直流功率为极的额定直流电压和额定直流电流的乘积。二、额定直流功率±500kV,1200MW,1.2kA1045km葛洲坝南桥额定直流功率的测量点:1）常规测量点：在整流站的直流母线处2）其它测量点：需要特别规定逆变站直流母线处；整流站的交流母线处；逆变站的交流母线处；直流输电线路某处在额定直流功率和输电距离确定的条件下，可以对额定直流电压进行优化选择。额定直流电压选定后，则自然就有了额定直流电流，因为它等于额定直流功率除以额定直流电压。逆变站直流母线的额定功率和额定电压是从整流站的数值中减去直流线路损耗或线路压降而得到的。额定直流功率的测量点在整流站的直流母线处。通常背靠背直流输电工程，由于无直流输电线路，可以选择较低的额定直流电压和较大的额定直流电流；而远距离输电直流输电工程，则选择较高的额定直流电压和较小的额定直流电流。三、额定直流电流额定直流电流是直流输电系统直流电流的平均值，它应能在规定的所有系统条件和环境条件下长期连续运行，没有时间的限制。额定直流电流对设备类型、参数以及换流站冷却系统的设计具有重要意义。当额定直流功率确定后，额定直流电流通常是由额定直流电压的选择来确定。四、额定直流电压概念：额定直流电压是在额定直流电流下输送额定直流功率所要求的直流电压的平均值。额定直流电压是定义在换流站的额定交流电压、换流变压器额定抽头以及换流器额定触发角的条件下，运行在额定直流电流下的直流电压。通常规定送端整流站的额定直流电压为工程的额定直流电压换流站额定直流电压的测量点规定在换流站直流高压母线上的平波电抗器线路侧和换流站的直流低压母线之间，接地极引线除外。直流输电工程的额定直流电压目前没有形成电压等级的系列，对每一个直流工程进行额定直流电压的优化选择.200、250、266、270、350、400、450、500、533、600kv…..3.2直流输电最小输送功率P=UI直流输送功率为直流电压和直流电流的乘积，当最小直流电流确定后，则可得到最小直流输送功率。直流输电工程的最小输送功率主要取决于工程的最小直流电流，而最小直流电流则是由直流断续电流来决定的。直流电流不是平直的，而是叠加有波纹的。电流波纹的幅值取决于直流电压的波纹幅值、直流线路参数以及平波电抗器电感值等。ud1u2idtOtOtOua=0°ubuct1iVT1当直流电流的平均值小于某一定值时，直流电流波形可能出现间断，即直流电流出现断续现象。这种电流断续的状态，对于直流输电工程是不能允许的。因为电流断续将会在换流变压器、平波电抗器等电感元件上产生很高的过电压。直流输电工程规定有最小直流电流限值，通常取等于或大于连续电流临界值的两倍。6脉动换流器和12脉动换流器的连续电流临界值可分别用下式计算：在进行直流输电工程设计时，先选定最小直流电流值，然后利用上式对所选的平波电感值进行核算。最小直流电流选择为其额定直流电流的5%~10%。06012(0.0931sin)(0.023sin)ddddddddUILUIL大部分直流输电工程，在选定的平波电感值情况下，降压运行不需要提高最小直流电流值。由于降压运行时直流电压的降低，当最小直流电流不变时，直流工程的最小输送功率也将相应减小。3.3直流输电过负荷决定于直流电流。在直流输电工程设计时，出了额定功率、额定电压。额定电流规定外，还需对其过负荷能力进行规定。根据系统运行需要，过负荷形式分为：直流输电过负荷:通常指直流电流高于其额定值过负荷能力:指直流电流高于其额定值的大小和持续时间的长短，用电流来表示，但是也可以用功率来表示。一般过负荷情况下，还需要考虑设备使用寿命的降低以及备用冷却设备和低于所规定的环境温度的利用等。换流设备的过负荷能力：（1）连续过负荷概念：是指直流电流高于额定直流电流连续送电的能力可能出现情况：1）双极中一极故障长期停运2）电网的负荷或电源出现超计划水平时采用数量关系：1）最高温下投入备用冷却设备时，约为额定直流电流的1.05～1.10倍2）环境温度降低下，约为1.2倍概念：是指直流电流再一段时间内高于额定直流电流的能力，通常选择2h为短期过负荷连续运行时间。可能出现情况：1）设备短时间故障2）系统调度或者系统要求关键限制因素：1）晶闸管换流阀2）冷却系统平波电抗器、变压器不是该负荷限制因素数量关系：短期过负荷额定值取直流电流额定值的1.10倍。（2）短期过负荷（3）暂态过负荷为满足利用直流输电的快速控制来提高交流系统暂态稳定的要求，在数秒钟内直流电流高于其额定值的能力。持续时间一般为3～10s概念：可能出现情况：1）交流系统发生大扰动，需要直流系统快速提高输送能量2）利用直流功率调制功能，来阻尼交流系统的低频振荡关键限制因素：1）晶闸管（平波电抗器、变压器不是该负荷限制因素）数量关系：1）常规设计中，晶闸管5s过负荷为1.3倍2）天－广、三－常等达到1.5倍过负荷设计时考虑因素：（1）环境温度（重要）电力设备的额定值通常是设计在最高环境温度下的，而最高温度只在有限的时间内发生，在低于此温度时，就有一些可以提高输送容量的余度。1－备用冷却装置未投入运行2－备用；冷却装置投入运行热时间常数小的设备，应考查各种过负荷运行条件下的温度值不能超过其安全运行的温度值。如：换流阀需计算在过负荷情况下产生的热量以及冷却系统的要求。一般晶闸管只有几秒到几分钟；（2）设备的热时间常数（3）谐波热时间常数大的设备，依情况而定。如油冷换流变压器、平波电抗器等可不考虑暂态过负荷,其热时间常数约为15min谐波电流增大，使滤波器的谐波负荷和损耗增加谐波的干扰水平增加（4）无功功率3.4直流输电降压运行直流输电工程降低直流电压运行的两种情况：1）由于绝缘问题需要降低直流电压；2）由于无功功率控制需要降低直流电压。通常降压方式的额定电压取为额定直流电压的70%~80%，此时的触发角a约为40°~50°。如±500kV的双极直流输电工程，降压方式的额定直流电压可取±350kV~±400kV。在降压运行时，直流电流值的选择：2.在不增加换流站造价的前提下，降压方式应尽量争取较大的直流电流来保持较大的直流输送功率。如：1）当利用备用冷却设备时，直流电压降低到其额定值的75%，直流输电工程通常可以在其额定电流下连续运行。此时的谐波干扰水平会有所增加，但一般时可以接受的。2）通常直流电压降低到80%，可以不降低额定直流电流，而降低到70%时，则大部分工程需要降低额定直流电流。1.为保证谐波干扰水平，换流站的无功平衡以及换流站的损耗在所允许的范围内，经常同时也要求降低额定直流电流值。如：电压降70％，电流也降70％。直流输电工程所采用的降压方法主要有以下几种：加大整流器的触发角a或逆变器的β（或关断角）;优点是快速、方便、容易实现，是工程普遍采用的一种方法通常a角的额定值为15°左右，降压方式下a角最好能在40°以下。常与换流变压器的抽头调节配合使用。1）利用换流变压器的抽头调节来降低换流器的交流侧电压，从而达到降低直流电压的目的。抽头调节的范围有一定的限制，通常在20%左右。操作需要一定的时间（约几秒钟），比改变a角要慢。2）3）当直流输电工程每极有两组基本换流单元串联连接时，可以利用闭锁一组换流单元的方法，使直流电压降低50%4）当直流输电工程由孤立的电厂供电或者整流站采用发电机—变压器—换流器的单元接线方式时，可以考虑利用发电机的励磁调节系统来降低换流器交流侧的电压，从而达到降低直流电压的目的3.5直流输电功率反送概念：直流输电的潮流方向和输送功率的大小则是人为的由其控制系统来进行控制。直流输电输送功率的大小和方向均是可控的。直流输电的功率反送也称潮流反转。潮流反转需要改变两端换流站的运行工况，将运行于整流状态的整流站变为逆变运行，而运行于逆变状态的逆变站变为整流运行。由于换流阀的单向导电性，直流回路中的电流方向时不能改变的。因此直流输电的潮流反转不是改变电流方向，而是改变电压极性来实现。例如，对于双极直流输电工程，假定正向送电时极1为正极性，极2为负极性；而在反向送电时，则极1为负极性，极2为正极性。按工程对潮流反转的要求不同，可分以下几种类型：（1）不需要功率反送的直流输电工程；（2）要求正、反两方向具有同样输送能力的直流输电工程。（3）要求工程具有正反两方向送电的功能，正向输送额定直流功率，对反向输送能力无明确要求，即反向输送能力可以降低。直流输电工程分类：（1）正常潮流反转。在正常运行时，当两端交流系统的电源或负荷发生变化时，要求直流输电进行潮流反转。（2）紧急潮流反转。当交流系统发生故障，需要直流输电工程进行紧急功率支援时，则要求紧急潮流反转。直流输电工程的潮流反转有以下两种类型：最方便快速的潮流反转方式是自动调换两端换流站电流调节器的整定值。通常整流站电流调节器的整定值决定直流输电工程的直流电流值，而逆变站电流调节器的整定值比整流站的小一个电流裕度值（电流裕度约为额定直流电流的10%）。潮流反转的过程：+drU_dI+diU_3crxrLd+0cosdrU_+0drU_3cixiLd+0diU_dR+0cosdiU_1）整流站因整定值变小，感到实际运行的电流大，从而自动加大触发角a，企图降低直流电流；而逆变站因整定值变大，感到实际运行的电流小，从而自动减小触发角a，企图加大直流电流。此过程中，直流电压通过线路电容放电而降低。+drU_dI+diU_3crxrLd+0cosdrU_+0drU_3cixiLd+0diU_dR+0cosdiU_2）当整流站a加大到大于90，整流器则变为逆变器运行，而逆变站a减小到小于90，逆变站则变成整流站运行，同时会改变电压极性，此时由功率方向控制回路将两换流站的功率方向标志反转，使两站控制保护系统中的调节器和保护功能配置切换。+drU_dI+diU_3crxrLd+0cosdrU_+0drU_3cixiLd+0diU_dR+0cosdiU_3）现在的整流站因为感觉到实际运行的电流小，仍继续减少a角，使直流电流整定值为止，现在的逆变器已转为逆变运行，其电流器退出运行，转为定γ关断角控制。直到γ角（或直流电压）等于其整定值为止。2dMUTCI在反转过程中的放电电流和充电电流均为两端换流站电流调节器的电流裕度值ΔIM，直流线路的等值电容为C，并忽略控制系统的相应时间，则用下式近似估算潮流反转时间T：3.6直流输电稳态运行特性直流输电工程的稳态运行特性主要包