高压直流输电系统的毕业论文设计.docx

高压直流输电系统的毕业论文设计1绪论1.1高压直流输电技术的发展概况电力技术的发展是从直流输电技术是从20世纪50年代开始得到应用，并且在近年 来迅速发展的一项新技术经过半个世纪的发展，高压直流输电技术的应用取得了长 足的进步据不完全统计，目前包括在建工程在内，世界上已有近百个HVDC工程，遍 布5大洲20多个国家它与交流输电相互配合，构成现代电力传输系统直流输电的 发展可大致分为下面三个阶段：（1） 1954年以前，试验阶段由于50年代初交流系统高压输电处于发展的黄金时 代，加上当时技术水平的限制，直流输电发展缓慢并且不受重视2） 1954年至1972年，发展阶段1954年瑞典建成世界上第一条工业直流输电线 路，标志着直流输电进入实用阶段在这一阶段，直流输电设备的制造技术、施工质 量、运行水平都有了很大的提高直流输电技术应用到水下输电，不同额定频率交流 系统互连，远距离大功率输电等多个方面3） 1972年至今，快速发展阶段1972年晶闸管阀换流器第一次在工程中应用， 取代了汞弧阀，使直流输电技术提高了一大步直流输电技术得到了普遍的重视[1]1.2我国高压直流输电的发展我国对高压直流输电的研究起步较晚，从60年代初开始，并由于种种原因中断了 一段时间。

70年代前半期才又先后在浙江、上海、北京、西安等地恢复实验研究工作1977年，在上海建成并投运了我国第一条31kV，4.65MW，地下电缆长8.6km的直 流输电试验线路1987年，在浙江舟山投运了± 1O0kV，100MW，全长54km的高压直流 工程，这是我国第一条自行设计、施工、全部设备国产化的线路1990年投运的葛洲 坝至上海的电压±500kV，传输功率1200MW，输送距离约1045km的高压直流输电线路 是我国当时规模最大的直流工程它的建成标志着我国高压直流输电技术上了一个台 阶，为今后我国直流输电的建设和发展积累了丰富的经验2001年天生桥至广州直流 输电系统投运，其额定工作电压土500kV，容量1800MW，线路长约965km南方电网以 它为系统联络线，形成了我国第一个高压大容量交直流并联运行电力系统 2002~2008年，又有三峡-广东、贵州-广东I、灵宝背靠背、三峡-上海、贵州-广东 II和高龄背靠背6项直流输电工程投入运行[2][3]2020年前计划建设的直流输电工程：(1) 漫湾、糯扎渡送广东的3000MW工程；(2) 溪落渡、向家坝向华中、华东送电16000MW；(3) 西南水电送江西、福建的3000MW项目；(4) 广东与海南用宜流电缆联网，输送容量为1000MW。

1.3高压直流输电系统的优缺点目前我国对高压直流输电的应用只能算是试验性阶段，与国外发达国家相比，还 有很大差距随着我国各大区电力系统的发展，高压直流输电在形成全国互联统一网 中的优越性将日益突出因此，加速高压直流输电技术的研究和工程建设是一项非常 紧迫的任务电能的输送最早是通过直流来实现的，但后来由于多相交流电路原理的逐步完 善，出现了交流发电机、变压器和感应电动机，使得交流电的发电、变压、输送、分 配及使用变得更为方便、经济和安全可靠这样交流电几乎完全替代了直流电，并发 展成今日规模巨大的电力系统但是随着高电压、大容量晶闸管制造水平的提高及控 制理论和技术的发展，直流输电技术越来越被受到重视特别是在大功率、远距离、 海底电缆送电和交流系统间非同步互联等方面，直流输电相对交流输电有着明显的优 势不同于传统的交流输电，直流输电系统具有如下优点：第一，长距离输电线路建设费用低对于架空线路，常见三相交流输电线路需要 三根导线，而单极直流输电只需两根导线当用大地或海水作回路时，仅需一根导线， 架空线的杆塔载荷小，线路所需走廊较窄在输送相同功率的条件下，直流输电可节 省大量的有色金属、钢材、绝缘材料等。

对于电缆线路，直流电缆与交流电缆相比， 其投资和运行费用都更为经济第二，适宜于远距离输电高压交流输电线路单位长度的分布电容较大，为避免 输电线过负荷，其输送的交流容量远低于自然功率同时，交流输电线路末端或中间 因电容效应而使电压升高，需路中安装并联电抗器补偿，以确保其正常运行而 采用直流输电就无此弊端第三，通过直流输电线路连接的两端交流输电系统不需要同步运行，并且输电距 离不受电力系统同步运行稳定性的限制在电力系统中的所有发电机都要保持同步运 行如果输送功率过大或输电距离过长，线路两端功角差过大，就不能保证系统运行 的稳定性和可靠性所以为了增加交流输电能力，常需要采取一些措施如增设串补、 静补、调相机和开关站等这样势必增加了费用，提高了交流输电线路的成本而直 流输电，由于不存在电抗，也就不存在系统稳定的问题同时，由于直流输电与系统 频率、相位无关，故直流输电可连接两个频率不相同的交流系统这样既可以得到联 网的技术经济效益，又可以避免两互联电网间事故的相互影响，保证系统安全稳定运 行第四，调节快速、运行可靠直流输电通过可控硅换流器能容易的快速调整有功 功率和实现“潮流翻转”，这样不仅在正常运行时能保证稳定的输出，而且在事故情况 下，可以由正常的交流系统向另一端事故系统进行紧急支援，从而提高系统的稳定性： 或者在交直流线路并列运行时，当交流线因扰动引起输送功率变换时，可迅速调节直 流输电的功率，以抵消交流输电系统因扰动引起的功率变换量，从而提高系统运行的 可靠性。

第五，限制系统的短路电流用交流线路互联的电力系统，电力短路电流随系统 容量的增加而增大可能会超出部分原有断路器的遮断容量而利用直流线路连接的 两个交流系统，由于直流联络线的电流能按定值迅速加以控制，因此两个系统各自的 短路容量不会因为互联而有明显的增大此外，当直流线路发生短路故障时，同样也 可以通过整流器的调节来限制短路电流在直流线路电容放电电流消失之后，短路电 流的峰值一般可控制到线路额定电流的1.7〜2倍第六，接线方式灵活，提高了运行可靠性直流输电接线方式有双极、单极大地 回线、单极双线并联大地回线和金属回线等，可按需要选择一般，正常运行采用双 极方式，一根导线是正极，另一根是负极，中性点接地当一根导线或一极发生故障 时，另一极的另一根导线能以大地作回路，继续输送一半或全部功率；如果设备绝缘 薄弱或线路沿线某段雾大，还可降压运行，从而提高了运行的可靠性第七，可以分段建设，分期投资直流输电可方便地进行分期建设和增容扩建， 有利于发挥投资效益双极直流输电工程科按极来分期建设，先建一个极单极运行， 后再建另一个极也可以每极选择两组基本换流单元（串联接线或并联接线），第一 期先建一组（为输送容量的1/4）单极运行；第二期再建一组（为输送容量的1/2）双 极运行；第三期再增加一组，可双极不对称运行（为输送容量的3/4），当两组换流 单元为串联接线时，两极的电压不对称，为并联接线时，则两极的电流不对称；第四 期则整个双极工程完全建成。

直流输电与交流输电相比，也有如下缺点：（1） 直流输电换流站比交流变电站的设备多、结构复杂、造价高、损耗大、运 行费用高、可靠性也较差通常交流变电站的主要设备是变压器和断路器，而直流换 流站除换流变压器和相应的断路器以外，还有换流器、平波电抗器、交流滤波器、直 流滤波器、无功补偿设备以及各种类型的交流和直流避雷器等因此，换流站的造价 比同样规模的交流变电站的造价要高出数倍由于设备多，换流站的损耗和运行费用 也相应增加，同时换流站的运行和维护也较复杂，对运行人员的要求也较高2） 换流器对交流侧来说，除了是一个负荷（在整流站）或电源（在你逆变站） 以外，它还是一个谐波电流源它畸变交流电流波形，向交流系统发出一系列的高次 谐波电流，同时也畸变了交流电压波形为减少流入交流系统的谐波电流，保证换流 站交流母线电压的畸变率在允许的范围内，必须装设交流滤波器另外，换流器对直 流侧来说除了是一个电源（在整流站）或负荷（在逆变站）以外它还是一个谐波电压 源它畸变直流电压波形、向直流侧发出一系列的谐波电压，在直流线路上产生谐波 电流为了保证直流线路上的谐波电流在允许的范围内，在直流侧必须装设平波电抗 器和直流滤波器。

交、直流滤波器使换流站的造价、占地面积和运行费用均大幅度提 高同时也降低了换流站的运行可靠性3） 晶闸管换流器在进行换流时需要消耗大量的无功功率（占直流输送功率的 40%〜60%），每个换流站均需装设无功补偿设备；当交流滤波器所提供的无功功率不 能满足无功补偿的要求时，还需静电电容器；当换流站接于弱交流系统时，为提高系 统动态电压的稳定性和改善换相条件，有时还需要装设同步调相机或静止无功补偿装 置，这同样要增加换流站的投资和运行费用当采用新型可关断半导体器件或电容换 相换流器时，无功补偿问题将会得到解决4） 直流输电利用大地（或海水）为回路而带来的一些技术问题如接地极附 近地下（或海水中）的直流电流对金属构件、管道、电缆等埋设物的电腐蚀问题；地 中直流电流通过中性点接地变压器使变压器饱和所引起的问题；对通信系统和航海磁 性罗盘的干扰等对于每项具体的直流输电工程，在工程设计时，对上述问题必须进 行充分的研究，并采取相应的技术措施5） 直流断路器由于没有电流过零点可以利用，灭弧问题难以解决，给制造带 来困难国外虽然对直流断路器进行了大量的研究和试制，但是到目前为止仍然没有 满意的产品提供给工程使用，使多端直流输电工程发展缓慢。

近年来，利用直流输电 的快速控制，在工程上已可以解决多端直流输电的故障处理等问题，但其控制系统相 当复杂，仍需要在实际工程中进行考验和改进当采用新型可关断半导体器件进行换流时，直流断路器的功能将由换流器来承担，这一问题将得到解决⑷1.4高压直流输电的应用根据以上分析并结合本论文的思想，现在将高压直流输电系统的主要应用述述如 下：(1) 远距离大功率输电2) 直流电缆送电由于交流电缆存在较大的电容电流，海底电缆长度超过等价 距离时，采用直流输电无论是经济上还是技术上都较为合理3) 电力系统联网4) 现有交流输电线路的增容改造5) 轻型直流输电(HVDC Light)以上五点是直流输电的主要应用此外，直流输电的应用范围广泛，还可用于磁 流体发电、太阳能电池、燃料电池和热核聚变直接发电等多种新型发电方式的配套和 超导输电等方面⑸2高压直流输电系统接线方式2.1单极系统高压直流输电系统的接线方式可分为三种方式:单极连接，双极连接和背靠背接 线方式单极直流输电系统可以采用正极性和负极性换流站出线端对地电位为正的称 为正极，为负的称为负极，与正极或负极相连的输电导线称为正极导线或负极导线， 也可以称为正极线路或负极线路。

单极系统的接线方式有单极大地（海水）回线方式 和单极金属回线方式两种1）单机极大连线方式：单极连接是用一根架空导线或电缆线，以大地或海水 作为返回线路组成直流输电系统如图2.l所示这种方式由于正常运行时电流需流 经大地或海水，因此要注意接地电极的材料、埋设方法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，通常用正极接地方式较多[6]1-换流变压器；2-换流器；3-平波电抗器；4-直流输电线路；5-接地极系统；6-两端交流系统图2.1单极大地回线方式接线图（2）单极金属回线方式：单极金属回线方式是利用两根导线构成直流侧的单极 回路，见图2.2,其中一根低绝缘的导线（也称金属返回线）用来代替单极大地回线中 的地回线这种方式避免了电流从大地或海水中流过，又把某一导线的电位钳位到零 其缺点是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这种方式大多用于无法采用大地或海。