特高压直流输电工程一次系统设计

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1、特高压直流输电工程一次系统设计2012.111．直流输电技术1．1世界直流技术发展过程(1)汞弧阀换流时期世界上共有12项采用汞弧阀换流的直流工程投入运行。其中最大输送容量和最长输送距离的为美国太平洋联络线(1440MW、1362km)，最高输电电压的为加拿大纳尔逊河I期工程(±450kV)。这一时期可称为汞弧阀换流时期。(2)晶闸管阀换流时期1970年瑞典首先在哥特兰岛直流工程上扩建了直流电压为50kv，功率为10MW，采用晶闸管换流阀的试验工程。1972年世界上第一个采用晶闸管换流的伊尔河背靠背直流工程在加拿大投入运行。由于晶闸管换流阀比汞弧阀有明显的

2、优点，此后新建的直流工程均采用晶闸管换流阀。与此同时，原来采用汞弧阀的直流工程也逐步被晶闸管阀所替代。(3)新型半导体换流设备的应用20世纪90年代以后，新型氧化物半导体器件一绝缘栅双极晶体管(IGBT)首先在工业驱动装置上得到广泛的应用。1954—2000年，世界上已投入运行的直流输电工程有63项，其中架空线路17项，电缆线路8项，架空线和电缆混合线路12项，背靠背直流工程26项。1．2直流基本原理和主要部件构成1）直流输电工程系统构成直流输电工程的系统结构可分为两端（或端对端）直流输电系统和多端直流输电系统两大类。两端直流输电系统是只有一个整流站（送端

3、）和一个逆变站（受端）的直流输电系统，即只有一个送端和一个受端，它与交流系统只有两个连接端口，是结构最简单的直流输电系统。多端直流输电系统与交流系统有三个或三个以上的连接端口，它有三个或三个以上的换流站。2）换流站基本换流单元直流输电换流站由基本换流单元组成，基本换流单元是在换流站内允许独立运行，进行换流的换流系统，主要包括换流变压器、换流器、相应的交流滤波器和直流滤波器以及控制保护装置等。目前工程上所采用的基本换流单元有6脉动换流单元和12脉动换流单元两种。1．3直流应用和工程类型1.3.1直流输电应用直流输电的应用场合可分为以下两大类型。1)采用交流输

4、电在技术上有困难或不可能，而只能采用直流输电的场合，如不同频率(如50Hz、60Hz)电网之间的联网或向不同频率的电网送电；因稳定问题采用交流输电难以实现；远距离电缆送电，采用交流电缆因电容电流太大而无法实现等。2)在技术上采用两种输电方式均能实现，但采用直流输电比交流输电的技术经济性好。对于这种情况则需要对工程的输电方案进行比较和论证，最后根据比较的结果选择术经济性能优越的方案。目前直流输电的应用主要在以下几个方面。(1)远距离大容量输电直流输电线路的造价和运行费用均交流输电低，而换流站的造价和运行用均比交流变电所的高。(2)电力系统联网(a)直流联网为

5、非同步联网，这与采用交流的同步联网有本质的不同。非同步联网的被联电网可用各自的频率非同步独立运行，可保持各个电网自己的电能质量（如频率、电压）而不受联网的影响。采用交流的同步联网，必须在同一频率下同步运行。(b)被联电网间交换的功率，可以用直流输电的控制系统进行快速、方便地控制，而受被联电网运行条件的影响，便于经营和管理。采用交流联网，则联络线上的功率受两电网运行情况的影响而很难进行控制。(c)联网后不增加被联电网的短路容量，不需要考虑因短路容量的增加、断路器因遮断容量不够而需要更换、以及电缆需要采用限流措施等问题。(d）可以方便地利用直流输电的快速控制来

6、改善交流电网的运行性能，减少故障时两电网的相互影响，提高电网运行的稳定性，降低大电网大面积停电的概率，提高大电网运行的可靠性。目前在工程中所采用的直流联网有以下两种类型:1)背靠背直流联网其特点是整流和逆变放在一个背靠背换流站内；无直流输电线路；可选择低的直流电压和较小的平波电抗值；可省去直流滤波器，从而降低了换流站的造价。另外，它还可以比远距离直流输电更为方便地调节换流站的无功功率，来改善被联电网的电压稳定性。对于电力系统之间的弱联系，采用背靠背联网更为有利。2)远距离大容量直流输电同时又具有联网性质当电力系统的大型电站需要向其他电网远离电站的负荷中心送

7、电时，可以利用直流输电在远距离输电和联网方面的优点，选择这种类型的输电方式。中国三峡电站向华东和广东送电，均属于这种类型，它既解决了三峡向华东和广东的送电问题，又实现了华中与华东和华中与华南电网的联网问题，在全国联网中起了重要的作用。3)直流电缆送电直流电缆没有电容电流，输送容量不受距离的限制，而交流电缆由于电容电流很大，其输送距离将受到限制。交流电缆每相的电容电流可用下式表示(1—1)其临界距离可用下式表示(km)(1—2)由上式可知，交流电缆的临界输送距离与其所允许的负荷电流成正比，而与其额定电压和单位长度的电容成反比，其额定电压越高，单位长度的电容越

8、大，则临界距离越短。4)现有交流输电线路的增容改造一些地区高压架空