直流输电技术及其应用论文

直流输电技术及其应用电力工程是21世纪对人类社会生活影响最大的工程之一,电力技术的发展对城乡人民的生产和生活具有重大的关系,电力工业是关系国计民生的基础产业。我国电网面临空前发展的局面。由于直流输电具有送电距离远、送电容量大、控制灵活等特点,因此在运、在建及规划建设中的直流输电工程已经和即将在西电东送、南北互供中承担主要送电任务,在未来全国联网中发挥重要作用。做好直流输电的研究、规划和建设是今后一段时间我国电网发展的重要任务。我国电网随着国民经济和电力工业的高速发展,正面临着空前的发展局面。到2003年底,全国发电装机容量达3.84亿kW发电量达1.91亿kWh发电总装机容量和年发电量仅次于美国均列世界第二位。我国电网结构,除西北电网以330kV为主网架外,其他区域电网已经形成500kV主网架。直流输电技术的特点随着电网的不断扩大,输电功率、输电距离迅速增加,交流输电遇到了一些难以克服的技术问题,直流输电所具有的的技术特点,使之作为解决输电技术难题的方向之一而受到重视。直流输电与交流输电相比,其优点和特点明显:①输送容量大;②输送功率的大小和方向可以快速控制和调节;③直流输电系统的投入不会增加原有电力系统的短路电流容量,也不受系统稳定极限的限制;④直流架空线路的走廊宽度约为交流线路的一半,可以充分利用线路走廊的资源；⑤直流电缆线路没有交流电缆线路中电容电流的困扰,没有磁感应损耗和介质损耗,基本上只有芯线电阻损耗,绝缘电压相对较低；⑥直流输电工程的一个极发生故障时另一个极能继续运行,且可充分发挥其过负荷能力，即可以不减少或少减少输送功率损失；⑦直流本身带有调制功能，可以根据系统的要求作出反应,可以对机电振荡产生阻尼,可以阻尼低频振荡,从而提高电力系统暂态稳定水平；⑧能够通过换流站的无功功率控制调节系统的交流电压；⑨大电网之间通过直流输电互联（如背靠背方式）,两个电网之间不会直流输电技术适合远距离、大容量送电,可以送电到2000km以外,一项直流工程送电能力可超过300万kW适合电力系统之间的网络互联及巨型水电、火电基地电力外送等。这些,恰是我国电网发展中所需要的。输电系统的结构直流输电系统由整流站、直流输电线路、逆变站三部分组成,送端交流电经换流变压器和换流阀变换成直流电,然后由直流线路把直流电输送给逆变站,经逆变换流变压器再将直流电变换成交流电后,送入受端交流系统。直流输电系统按照其与交流系统的接口数量可分为两大类:两端直流输电系统和多端直流输电系统。两端直流输电系统是只有一个整流站和一个逆变站的直流输电系统,它与交流系统只有两个接口,是结构最简单的直流系统,是世界上已经运行的直流输电工程普遍采用的方式。多端直流输电系统与交流系统有三个以上的接口,它有多个整流站和逆变站,以实现多个电源系统向多个受端系统的输电;日前只有意大利——撒丁岛（三端）和加拿大——美国的魁北克——新英格兰（五端）直流输电工程为多端直流输电系统。两端直流输电系统又可分为单极型（正极或负极）、双极型（正、负两级）和背靠背直流输电系统（无直流输电线路）三种类型。2.1单极直流输电系统单极直流输电系统中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。单极直流架空线路通常采用负极性（正极接地）,这是因为正极导线电晕的电磁干扰和可听噪声均比负极导线的大;同时由于雷电大多为负极性,使得正极导线雷电闪络的概率也比负极导线的高。单极系统运行的可靠性和灵活性不如双极系统好,因此单极直流输电工程比较少。单极系统的接线方式可分为单极大地或海水回线方式和单级金属回线方式两种。另外当双极直流输电工程在单极运行时,还可以接成双导线并联大地回线方式运行。2.2双极系统接线方式双极系统接线方式是直流输电工程普遍采用的接线方式,可分为双极两端中性点接地方式、双极一端中性点接地方式和双极金属中性线方式三种。2.3背靠背直流系统背靠背直流系统是输电线路长度为零,即无直流输电线路的两端直流输电系统它主要用于两个异步运行的交流电力系统之间的联网或送电,也称为异步联络站。如果两个被联电网的额定频率不同,也可称为变频站。背靠背直流系统的整流站和逆变站的设备安装在一个站内,也称为背靠背换流站。在背靠背换流站内,整流器和逆变器的直流侧通过平波电抗器相连,而其交流侧则分别与各自的被联电网相连,从而形成两个交流电网的相连。两个被连电网之间交换功率的大小和方向均由控制系统进行快速方便的控制。为降低换流站产生的谐波,通常选择12脉动换流器作为基本换流单元。如图8所示,换流站内的接线方式有换流器组的并联方式和串联方式两种。背靠背直流输电系统的主要特点是直流侧可选择低电压、大电流,因为无直流输电线路,直流侧损耗小,可充分利用大截面晶闸管的通流能力,同时直流侧设备,如换流变压器、换流阀、平波电抗器等,也因直流电压低而造成其造价相应降低。由于整流器和逆变器均装设在一个阀厅内,直流侧谐波不会造成对通信线路的干扰,因此可省去直流滤波器,减小平波电抗器的电感值。由于采用三根导线组成输电系统,其线路结构较复杂,线路造价较高。通常是当不允许地中渡过直流电流或接地极极址很难选择时才采用。2.4多端直流输电系统多端直流输电系统是由三个及以上换流站,以及连接换流站之间的高压直流输电线路所组成,它与交流系统有三个及以上的接口。可以解决多电源或多落点受电的输电问题,还可以联系多个交流系统或将交流系统分成多个孤立运行的电网。在多端直流输电系统的换流站,可以作为整流站运行,也可作为逆变站运行,但作为整流站运行的换流站总功率与作为逆变站运行的总功率必须相等,即整个多端系统的输入和输出功率必须平衡。根据换流站在多端系统之间的连接方式可以分为并联方式或串联方式,连接换流站之间的输电线路可以是分支形或闭环形。直流输电的控制保护直流输电工程的核心就是控制保护,控制保护的关键技术有:软硬件平台技术、直流控制保护系统设计、阀触发控制、直流保护等。3.1直流输电系统的控制功能包括正常运行控制、故障控制、继电保护系统、各种开关操作的控制以及监测系统、通讯系统等等。直流输电通常采用分层方式来实现不同级别的控制,以提供高效而稳定的运行、最大限度地提高功率控制的灵活性而不危及设备的安全为目标。稳态正常运行方式下的运行参数主要是两端的直流电压、直流电流和输送功率。在运行中,各种因素的变化（如负荷的变化、电压的波动以及各种扰动）都会使上述运行参数发生变化。这就需要各种有关的控制和调节元件来进行调节,以使各运行参数回到设计所要求的原来的或新的稳态值。通过各种控制和调节元件组成的系统,对直流系统实现快速和多种调节。改善直流输电系统本身的运行特性,并可以扩大到以交流系统为对象的调节。控制系统的基本控制功能是在正常运行时,直流电压保持在额定值水平,使得当输送给定功率时线路的功率损耗适当。减小由于交流系统电压的变化而引起的直流电流波动;尽可能使功率因数保持较高的值;适当地减小换流器所损耗的无功功率。故障发生时,保护换流站设备,限制最大直流电流,防止换流器受到过载损害;限制最小直流电流,避免电流间断而引起过电压;尽量减小逆变器发生换相失败的概率;抑制换流器不正常运行及对所连交流系统的干扰。3.2直流输电系统的保护3.2.1换流器是直流输电系统中极为重要的元件,其故障形式和机理与交流系统中的一般元件有很大差别,保护动作后果也是根据故障形式和机理的不同而有所差异。在所有的直流工程中,都没有将阀电流引入到控制保护系统中,而是通过换流器故障时,检测除阀电流外的其它电气量特性来判断是否发生换流器故障。这样做一方面是为了避免增加测量系统的复杂性,另一方面也是为了简化保护逻辑。3.2.2直流线路可能发生的故障有极线开路、极对地短路、极线间短路。若直流线路跨越交流线路,还可能发生交直流导线碰线的故障。直流线路保护系统应能检测到线路的任何一点上可能产生的各种故障,并能有效地清除故障。同交流电网中的保护的目的和原则一样,保护的作用是为了迅速准确的检测到各种可能发生的故障,并采取相应的 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ,消除和隔离故障,并保护电力一次设备不受损坏或减少设备损坏程度,尽量保持整个电网的稳定运行。直流线路故障恢复顺序要由控制系统完成,有别于交流系统的自动重合闸,再起动次数能预先整定。如果所选全压再起动次数已经达到,但故障还存在,没能成功地恢复直流传输功率,则保护应能进行直流降压再起动尝试。对于因交流系统扰动引起直流欠压的情况,相关的直流保护不应动作。直流输电的应用与发展4.1直流输电的应用直流输电目前主要用于:①远距离大功率输电②联系不同频率或相同频率而非同步运行的交流系统③作网络互联和区域系统之间的联络线（便于控制、又不增大短路容量）;④以海底电缆作跨越海峡送电或用地下电缆向用电密度高的大城市供电在电力系统中采用交、直流输电线的并列运行,利用直流输电线的快速调节制、改善电力系统的运行性能。;⑤,控4.2直流输电的发展直流输电的发展也受到一些因素的限制。首先,直流输电的换流站比交流系统的变电所复杂、造价高、运行管理要求高;其次,换流装置（整流和逆变）运行中需要大量的无功补偿,正常运行时可达直流输送功率的40~60%;换流装置在运行中在交流侧和直流侧均会产生谐波,要装设滤波器;直流输电接地比较复杂,以大地或海水作回路时,会引起沿途金属构件的腐蚀,需要防护措施。要发展多端直流输电,需研制高压直流断路器。直流输电灭弧问题难以解决。随着电力电子技术的发展,大功率可控硅制造技术的进步、价格下降、可靠性提高,换流站可用率的提高,直流输电技术的日益成熟,直流输电在电力系统中必然得到更多的应用。当前,研制高压直流断路器、研究多端直流系统的运行特性和控制、发展多端直流系统、研究交直流并列系统的运行机理和控制,受到广泛的关注。许多科学技术的新发展为直流输电技术的应用开拓着广阔的前景,多种新的发电方式——磁流体发电、电气体发电、燃料电池和太阳能电池等产生的都是直流电,所产生的电能要以直流方式输送,并用逆变器变换送入交流电力系统;极低温电缆和超导电缆也更适宜于直流输电,等等。今后的电力系统必将是交、直流混合的系统。结语目前,我国的直流输电技术和直流输电工程在世界上都具有领先水平;风能、太阳能发电等新能源接入电网的最大障碍是其间歇性和不确定性,而直流输电可有效解决因不确定性而引发的谐波污染、电压间断和波形闪变等问题,是世界公认的新能源发电并网的最隹方式,在某些场合下甚至是唯一方式。因此在我国直流输电技术必将得到进一步的发展和应用。