1、中国电力科学研究院中国电力科学研究院 曾南超曾南超直流输电基本原理内容提要内容提要 直流输电原理直流输电原理 换流器的结线方式换流器的结线方式 6脉动可控桥脉动可控桥 换相过程换相过程 整流器运行整流器运行 逆变器运行逆变器运行 等值电路图等值电路图 稳态特性稳态特性 两站控制特性的配合两站控制特性的配合 交流量和直流量的近似关系交流量和直流量的近似关系 交直流谐波及无功补偿交直流谐波及无功补偿直流输电原理(正送)整流整流逆变逆变注意注意:只需很小的压只需很小的压差差Id直流输电原理直流输电原理(反送反送)整流整流逆变逆变Id注意注意:只需很小的压差只需很小的压差 电流方向不变电流方向不变,仅
2、电压极性反转！仅电压极性反转！换流器的结线方式换流器的结线方式 采用采用6脉动脉动换流桥为基本单元换流桥为基本单元 与其他结线方式相比，与其他结线方式相比，6脉动换流桥的优点：脉动换流桥的优点：直流电压相同条件下，阀在断态下所承受的电压峰值较低；直流电压相同条件下，阀在断态下所承受的电压峰值较低；直流输出功率相同条件下，换流变压器阀侧绕组容量较小；直流输出功率相同条件下，换流变压器阀侧绕组容量较小；换流变结线简单，无需两个副绕组或有中心抽头的副绕组；换流变结线简单，无需两个副绕组或有中心抽头的副绕组；采用晶闸管元件（半控器件）采用晶闸管元件（半控器件）晶闸管导通条件晶闸管导通条件 正向电压正向
3、电压 触发脉冲触发脉冲 晶闸管关断条件晶闸管关断条件 电流过零电流过零 晶闸管晶闸管 阴极阳极门极六脉动换流桥六脉动换流桥桥臂桥臂晶闸管阀塔晶闸管阀塔 6脉动二极管整流桥脉动二极管整流桥(未计入换相电感未计入换相电感)eaebec共阳极组共阴极组IdId6脉动二极管整流脉动二极管整流直流电压（平均值）纹波整流器的阀电流和交流侧电流（整流器的阀电流和交流侧电流（不计换相不计换相）换相过程换相过程eaebec叠弧（换相电感）引起的电压叠弧（换相电感）引起的电压降降dd ddI L3I L26I L f6UddI L335.1UU整流电压(平均值)电压降 峰值整流 6脉动可脉动可控桥控桥a 0 时，
4、考虑叠弧后整流电压平均值ddI L3cos35.1UaU-eaebeci ai ci bIdIdABCU+U-可控整流电压可控整流电压 ddioddI L3cosUI L3cos35.1UaaUC 电压矢量关系eaebec(ea+ec)/2电压矢量关系可控整流器的外特性可控整流器的外特性换流器的等值电路换流器的等值电路可控整流器的阀两端电压波形可控整流器的阀两端电压波形单桥整流器相电流波形单桥整流器相电流波形024681 01 221.510.50.511.52eaebeceaebecC1C2C3C4C5C6C1C1C2C3C4C5C6t5 6 15 66 1 26 11 2 31 22 3
5、42 33 4 53 44 5 64 55 6 15 66 1 26 11 2 31 22 3 42 33 4 53 44 5 64 5p1p2p3p4p5p6p1p2p3p4p5p6u-u41vvaiii63vvbiii25vvciiiU+U-单桥整流器电压波形单桥整流器电压波形024681 01 221.510.50.511.52eaebeceaebecC1C2C3C4C5C6C1C1C2C3C4C5C6t5 6 15 66 1 26 11 2 31 22 3 42 33 4 53 44 5 64 55 6 15 66 1 26 11 2 31 22 3 42 33 4 53 44 5 6
6、4 5p1p2p3p4p5p6p1p2p3p4p5p6u-u02468101210.50.5102468101210.50.51aaa3120180eaceabebaebcecbecaeaceabebaebcecbecatdu3VuU+U-整流桥波形 整流运行 直流电压 相电流 桥臂电压整流运行小结整流运行小结 直流电压直流电压 VdVdiocos a ad Id Vdio1.35E 理想空载直流电压理想空载直流电压 E 换流变阀侧线电压有效换流变阀侧线电压有效值值 d 3 L/等值换相电阻等值换相电阻 L 从电源到阀桥之间的每从电源到阀桥之间的每相相 等值电抗等值电抗 Id 直流电流直流电流
7、单桥逆变器单桥逆变器逆变器逆变器逆变器的直流电压（逆变器的直流电压（0）逆变电压逆变电压 经过计算 a)I L3cos35.1(UddUACc4V5P1V5V1V1逆变器的阀电压与阀电流逆变器的阀电压与阀电流 06.2812.5721.510.50.511.52ecebeaeaebec p4 p3 p6 p1 p2 p5 p1.p2 P4 p3 p6 p56126145634556112323434545656161212323445566112233445561223C6C4C4C2C3C5C6C1C2C3C5C1-uuiV1iV2iV3iV4iV5iV6单桥逆变器阀电流波形单桥逆变器阀电流
8、波形单桥逆变器换流变阀侧电流波形单桥逆变器换流变阀侧电流波形06.2812.5721.510.50.511.52ecebeaeaebec p4 p3 p6 p1 p2 p5 p1.p2 P4 p3 p6 p56126145634556112323434545656161212323445566112233445561223C6C4C4C2C3C5C6C1C2C3C5C1-uuiv1iv1-iv4-iv441vvaiii63vvbiiiiv3iv3-iv6-iv625vvciiiiv5-iv2-iv2iv5逆变桥波形逆变桥波形 逆变运行 直流电压 相电流 桥臂电压逆变运行小结逆变运行小结超前角超
9、前角 180a a迭弧角迭弧角 关断角关断角 ()熄弧角，换相余裕角熄弧角，换相余裕角 直流电压直流电压 VdVdiocos d Id VdVdiocos d Id Vdio1.35E 理想空载直流电压理想空载直流电压 E 换流变阀侧线电压有效换流变阀侧线电压有效值值 d 3 L /等值换相电阻等值换相电阻 Id 直流电流直流电流稳态特性稳态特性单桥换流器稳态特性=直流电压与直流电压与a a角的关系角的关系 换流器的功率因数换流器的功率因数 2a相关公式总结相关公式总结 ddI L3cos35.1UaU)I L3cos35.1(UddU整流逆变叠弧角UIL2cos)cos(daaa等值电路图等
10、值电路图稳态特性稳态特性 S点左侧点左侧 Vd=Vdzocosa a-Id d z S点右侧点右侧 定定 运行运行 Vd=Vdoncos +Id(d n+R)定定 运行运行 Vd=Vdoncos -Id(d n-R)Id=(Vdzocosa a-Vdoncos)/(d z+R+d n)=(Vdzocosa a-Vdoncos )/(d z+R-d n)控制特性配合控制特性配合1 定、定 定、定 Vd1.0(p.u.)0.0 Id(p.u.)(p.u.)Vd1.00.0 Id(p.u.)控制特性配合控制特性配合2 定Id、定 定、定IdVd1.0(p.u.)0.0 Id(p.u.)(p.u.)V
11、d1.00.0 Id(p.u.)Cc控制特性配合控制特性配合3 定Ud、定Id Vd1.0(p.u.)0.0 Id(p.u.)(p.u.)Vd0.80.0 Id(p.u.)BCbc控制特性配合控制特性配合4 电流裕度控制电流裕度控制Vd1.0(p.u.)0.0 Id(p.u.)IdzIdnVd 1.0(p.u.)0.0 Id(p.u.)=18IdzInI电流调节器示意电流调节器示意Id调节例调节例小结小结控制直流功率的手段控制直流功率的手段 改变改变a a角角(Vd1.35Ecos a ad Id)调节范围大；连续调节；调节速度快。调节范围大；连续调节；调节速度快。主要控制手段主要控制手段 改
12、变换流变抽头位置改变换流变抽头位置(Vd1.35Ecos a ad Id)调节范围小；分级调节；调节速度慢。调节范围小；分级调节；调节速度慢。辅助控制手段辅助控制手段小结小结 基本控制配合基本控制配合1 整流站控制整流站控制Id 由电流调节器控制由电流调节器控制Id Id Ido 由换流变抽头调节控制换流器由换流变抽头调节控制换流器=152.5 逆变站控制逆变站控制Ud 由关断角调节器控制由关断角调节器控制 17 由换流变抽头调节控制由换流变抽头调节控制Ud Ud Udo1%例：三常、三广例：三常、三广小结小结 基本控制配合基本控制配合2 整流站控制整流站控制Id 由电流调节器控制由电流调节器
13、控制Id Id Ido 由换流变抽头调节控制换流器由换流变抽头调节控制换流器=152.5 逆变站控制逆变站控制Ud 由电压调节器控制由电压调节器控制Ud Ud Udo 由换流变抽头调节控制由换流变抽头调节控制 17 2.5 例：天广、贵广例：天广、贵广小结小结 基本控制配合基本控制配合3 整流站控制整流站控制Id 由电流调节器控制由电流调节器控制Id Id Ido 由换流变抽头调节控制换流变阀侧空载电压由换流变抽头调节控制换流变阀侧空载电压Udi0不变。不变。逆变站控制逆变站控制Ud 由关断角调节器控制由关断角调节器控制 17 由换流变抽头调节控制换流变阀侧空载电压由换流变抽头调节控制换流变阀
14、侧空载电压Udi0不变。不变。例：葛南例：葛南 交流量和直流量的近似关系交流量和直流量的近似关系 交流电流和直流电流交流电流和直流电流 换流桥交流侧电流有效值换流桥交流侧电流有效值 I=(6/)*Id =0.78Id 换流桥交流侧基波电流有效值换流桥交流侧基波电流有效值 I1=(6/)*Id*k1 k1=f(a a,)交流电压和直流电压交流电压和直流电压 Vd=3*2/(2)*E*cosa a+cos(a a+)换流器视在功率换流器视在功率 W=3*E*I 换流器总功率因数换流器总功率因数 cos =cos a a+cos(a a+)/2 交流功率和直流功率交流功率和直流功率 P=Pd 忽略换
15、流器损耗（忽略换流器损耗（33时，通常采用交流滤波器及电容时，通常采用交流滤波器及电容器组和电抗器组。器组和电抗器组。当短路比当短路比33时，才需要考虑其他器件时，才需要考虑其他器件交流谐波及无功补偿交流谐波及无功补偿9.无功补偿设备分组无功补偿设备分组 分组分组 相应的开关设备相应的开关设备 占地占地 投资投资 减少分组的主要限制条件减少分组的主要限制条件 1)交流系统最大容许投切容量交流系统最大容许投切容量 单组投切稳态电压变化单组投切稳态电压变化 一般要求一般要求 11.5%单组投切动态电压变化单组投切动态电压变化 一般要求一般要求 2 交流系统稳态强度交流系统稳态强度(dU/dQ)越小，要求越严。越小，要求越严。2）滤波器种类）滤波器种类 为保证直流系统可靠性和可用率，每种滤波器需要多于为保证直流系统可靠性和可用率，每种滤波器需要多于1组。组。通常，一个换流站的容性无功补偿设备分为通常，一个换流站的容性无功补偿设备分为812组，感性无功组，感性无功02组。组。谢谢谢谢!请提出您的宝贵意见
