vsc-hvdc输电系统设计

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1、汪洋：风电并网VSC-HVDC输电系统设计第1章绪论1.1高压直流输电的概况及发展人类对电的认识和应用以及电力科学的发展首先是从直流电开始的。1882年，法国物理学家M·得彼列茨进行了历史上第一次直流输电试验，将1.5kW、1.5~2kV的直流电通过电报线路驱动57km外的水泵旋转，这次试验虽然线路功耗高达78%，几乎没有使用价值，但它标志着高电压、远距离大容量输电的崭新开始。这次试验由于具备发电、输电和用电设备，所以也被认为是世界上第一个电力系统。1954年，第一座高压直流（HVDC）输电工程投入工业化运行，它是从瑞典本土至果特兰（Gotland）岛之间的一条20MW、100kV海

2、底电缆直流输电线，线路全长96km。1972年，加拿大伊尔河（EelRiver）HVDC输电工程正式投入使用，这座20MW、2×80kV背靠背式HVDC输电工程以首次全部采用晶闸管阀而著称于世。到目前为止，全世界共有70多个HVDC输电工程，其中，大部分电压等级超过400kV，输送功率大于1000MW或线路长度大于600km。高压直流输电(HVDC)的基本原理是通过整流器将交流电变换为直流电形式，再通过逆变器将直流电变换为交流电，从而实现电能传输和电网互联。典型双极HVDC的主系统如图l所示：图1一1典型双极HVDC主系统示意图41汪洋：风电并网VSC-HVDC输电系统设计在这个过程

3、中，换流装置是高压直流输电系统最重要的的电器设备，除此之外，为了满足交、直流系统对安全稳定及电能质量的要求，高压直流输电系统还需要其他的重要设备，如：换流变压器、平波电抗器、无功补偿装置、滤波器、直流接地极、交直流开关设备、直流输电线路及控制与保护装置、远程通信系统等。从系统构成上划分，高压直流输电系统由三部分组成，即：整流站、直流输电线路和逆变站。其中，整流站和逆变站称为换流站。对同一个高压直流输电工程而言，整流站和逆变站的设备种类、设备数量甚至设备布置方式几乎完全一样，仅仅在于少数设备台数和容量有所差别。换流装置、环流变压器平波电抗器、无功补偿装置、滤波器、直流接地极以及交直流开

4、关设备均位于两侧换流站中。由电力电子器件组成，具有将交流变为直流电或直流电转换为交流电的设备称为换流装置，或称为换流器，在高压直流输电系统中，换流器通常采用三相桥式全控整流电路作为基本单元，换流站由基本换流单元组成。在高压直流输电系统中，换流器不仅具有整流和逆变的功能，而且整流器还具有开关的功能。通过对整流器实施快速控制，实现高压直流输电系统的起动和停运。在交、直流系统故障后的恢复过程中，对整流器的开速控制可有效保护直流输电系统，同时也是交流电网安全和稳定运行的重要保障。与交流输电方式相比，HVDC输电技术有许多独特的优点，概括起来主要有以下几点：（l）在传输功率相同的条件下，直流输

5、电的换流站设备投资较大，而线路投资较小，因此当用于远距离输电时造价要小于交流输电。（2）可实现大区电网的异步互联，不存在稳定问题，互联后也不会增大原系统的短路容量。（3）双极型直流系统可分期建设，先建成单极系统运行以发挥效益。双极系统运行中如有一极发生故障，另一极能继续运行，减小功率损失。（4）调节快速，高度可控。不但在故障情况下可快速闭锁停运，而且可以利用其功率调制功能，迅速增加或减小输送功率，提供紧急功率支援，功率调制功能还可抑制交流系统的低频振荡等问题。41汪洋：风电并网VSC-HVDC输电系统设计（5）直流输电的线路电容较小，充电功率较小，当采用电缆输电时优势明显，而交流电缆

6、的充电功率较大，有时甚至因为此原因而无法送出功率，如跨海电缆送电。（6）在输送同等功率水平下比交流方式节省输电走廊，更环保。在当前我国土地资源紧张的局面下，这一优点不但可以减小土地占用和拆迁费用，而且可减小投资。直流工程从系统结构上看，可以划分为两端直流输电系统和多端直流输电系统。多端直流输电系统尽管可以实现多个交流电网的互联和电能传输，但由于其控制复杂限制了其应用。多端直流工程在二十世纪八、九年代初期经历了短暂的发展后，现已较少引起关注，目前全世界只有北美的Nelson、太平洋联络线、Quebec一NewEngland、意大利撒丁岛等为数不多的几个多端直流工程，而其它均为两端直流工

7、程两端直流工程又可分为单极系统、双极系统和背靠背系统三类。另外，从HVDC的换流器结构看，还可分为6脉动和12脉动。尽管12脉动换流器比6脉动换流器的阀元件数多，但交、直流两侧特征谐波含量较小，所需的滤波设备较少，具有较高的技术经济优势。目前世界上绝大多数直流工程都采用两端系统，而换流器多采用12脉动。对于远距离输电工程，由于双极系统能消除大地中的电流，因而被广泛采用。表1我国已建成的直流工程基本情况序号工程名称电压等级（kv）输送功率（MW）输电距离（k