图2.48高压直流输电系统换流站的结构图1）换流器换流器完成交-直和直-交的变换，它是直流输电系统最关键的设备，由阀桥和有抽头切换器的换流变压器构成。2）直流平波电抗器高压直流输电系统中的直流平波电抗器具有高达1 H 的电感，在每个换流站与每极串联。6）接地电极大多数高压直流输电系统的设计采用大地作为系统的中性导线。这是限制高压直流输电应用的最主要原因。远距离大容量的海底电缆送电一般采用高压直流输电。......
2023-06-23
国内外高压直流输电现状及优势比较
【摘要】：至2004年年末，国内外拥有高压直流输电工程较多的国家有中国、美国、巴西、加拿大、印度、日本和瑞典等国家[105]，其投入工程数量及输电参数如表4-1所示。表4-1 国内外高压直流输电应用较多国家对比高压直流输电具有远距离、大容量、低损耗的优势是实现能源资源优化配置的有效途径，能够取得良好的社会经济综合效益。
高压直流（High Voltage Direct Current，HVDC）输电始于20世纪20年代中期，1928年，具有栅极控制能力的汞弧阀研制成功，使高压直流输电成为现实。高压直流输电技术首先被应用于海底电缆输电。第一条商用高压直流输电线路由瑞典的ASEA公司于1954年建造，并被成功地应用于瑞典大陆与哥特兰岛之间用于电能输送。该HVDC系统的换流阀为汞弧阀，直流电压等级为100kV，通过90km的水下电缆实现了20MW的功率传输。
随着美国通用电气公司在1958年成功研制出第一个工业用的普通晶闸管[99]，电能的变换和控制就开始进入以电力半导体器件组成的变流器时代，HVDC开始得到进一步的发展。第一个采用晶闸管的HVDC系统是在1972年建立的加拿大依尔河（Eel River）流域的背靠背直流输电系统。电力电子技术与晶闸管技术的迅速发展使HVDC技术日臻完善，多端和多馈入直流输电技术也相继投入运行并取得了相关运行经验。根据IEEE统计，到1975年为止，全世界已投运的HVDC工程只有11项，输电容量为5GW；而截至2003年，全世界投入运行的HVDC系统已达到70项，输电容量达53281MW，输电线路/电缆长度为19399km。其中，背靠背工程有28项。具有代表性的工程有巴西依泰普直流工程、扎伊尔Inga-Shaba工程、印度Chandrapur-Ramagundum等。
目前，国外正热衷于轻型直流输电技术（Siemens称为HVDC Plus，ABB称为HVDC Light）的研究与应用。轻型直流输电系统省去了换流变压器，采用GTO、IGBT等可关断的晶闸管组成换流阀，整个换流站可以搬迁，可以使中等容量的直流输电工程在较短输送距离上与交流输电相媲美[99-100]。轻型直流输电由于省去了换流变压器，因而可以避免换流阀换相失败的问题，适用于孤立小系统（海上石油平台、海岛等）的供电。今后，还可用于城市配电系统，或用于接入燃料电池、光伏发电（Photovoltaic Power Generation）等分布式电源，以及不同电压与频率的电网互联。
丹麦（Tjaereborg）发电工程是世界上第一个用于示范风力发电的轻型直流输电工程[101]。Tjaereborg工程的建成和成功投运，为解决风力发电接入所导致的无功功率和电压稳定问题提供了参考，也为各国的风电场建设提供了借鉴。美国的Cross Sound Cable工程将纽约长岛和New England电网实现非同步联网，该工程将HVDC Light的直流电压和直流电流等级都提高到了一个新的水平，而且该工程于2003年8月在美国东北部电网的黑起动过程中发挥了十分积极的作用，反映了HVDC Light具有很强的电网恢复控制能力。挪威投运的Troll工程，就是用于向海上天然气钻井平台上的用电设备供电。随着国家新能源政策的贯彻和执行，地区电网互联的稳步实施与不断完善，轻型直流输电技术在各国拥有更广阔的发展空间和应用前景。
我国高压直流输电工程起步较晚，但自从20世纪80年代中期，舟山—镇海一线的建立，便使我国的高压直流输电技术得到了迅速发展[102]。葛南（葛洲坝—上海南桥）高压直流输电系统是我国引进的第一个高压直流输电工程，单极、双极在1989年、1990年相继投入运行，其采用±500kV双极联络线，额定容量为1200MW，输送距离为1080km。天生桥—广州HVDC系统线路全长980km，采用±500kV，12脉冲双极换流阀，额定电流为1800A，额定输送功率可达1800MW，该工程已于2001年6月投入商业运行。嵊泗直流输电工程（上海—嵊泗岛）是我国自行设计、制造、建设的双极海底电缆直流工程，工程为双极±50kV、600A、60MW，可双向供电，线路全长66.2km，其中海底电缆59.7km，已于2002年全部建成。此外，贵—广Ⅰ线、贵—广Ⅱ线、三峡—广州、三峡—华东±500kV直流输电工程也已投入运行。云广±800kV直流输电工程的额定输电容量为5000MW，在2009年实现单极投运，2010年实现双极运行。我国第二大水电站溪洛渡水电站和我国第三大水电站向家坝水电站至华中、华东的三回±800kV直流输变电工程也在规划和建设中[103-104]。
另外，为了适应我国的经济迅速增长和对电力日益增长的需求，国家电网正在大力发展特高压1000kV交流和±800kV直流的骨干网架。随着时间的推移，电网的发展和大区之间联网已成为电网发展规划中的热门课题，采用交直流输电已成为未来大电网发展的必然趋势。至2004年年末，国内外拥有高压直流输电工程较多的国家有中国、美国、巴西、加拿大、印度、日本和瑞典等国家[105]，其投入工程数量及输电参数如表4-1所示。
表4-1 国内外高压直流输电应用较多国家对比
高压直流输电具有远距离、大容量、低损耗的优势是实现能源资源优化配置的有效途径，能够取得良好的社会经济综合效益。通过国内外多年的研究，高压直流输电技术在基础研究和实用技术研究等领域取得了大量的成果，并已有许多的实际工程运行经验。目前，直流输电的应用场合有超过30km左右的水下线路输电；用于分割两个不同额定频率的交流系统以提高电网稳定性；超过800km的大容量远距离架空线输电。
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而对于交流输电系统而言，虽然无须结构复杂、造价高昂的换流站，但随着输电距离的增加，由于稳定性和过电压等方面的要求，需要另外设置中间开关站。由此可见，直流输电系统中，换流站的投资比重较大，而交流输电系统中，输电线路的投资占主要部分。譬如，直流输电系统中换流站的结构复杂、造价高、损耗大、运行费用高、可靠性较差。......
2023-06-23
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在直流输电系统稳定运行时，换流站无功补偿的设计应考虑在稳态交流系统电压范围内，当高压直流联络线输送额定直流功率时，在最不利的整流器或逆变器运行工况下，如果一个最大的滤波器/并联电容组停运，在两侧换流站实现至少100%的无功功率补偿。补偿设备向系统提供无功功率。在实际计算中，根据换流器实际的运行情况，确定计算无功功率需要的参数，根据式即可算出换流器消耗的最大无功功率Qdc。......
2023-06-29
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另外，直流输电对其线路走廊、铁塔高度和占地面积等方面均比交流输电具有优越性。直流电缆线路不受电容电流困扰，没有磁感应损耗和介质损耗，基本上只有芯线电阻损耗，绝缘水平相对较低。直流电缆的年运行费比相应的交流电缆也要低。此外，直流电缆绝缘的老化要慢得多，使用寿命更长。直流输电的接入不会增加原有电力系统的短路电流容量。......
2023-06-29
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高压直流输电根据联络线的不同，大致可分为单极联络线、双极联络线、同极联络线。图4-1 单极HVDC联络线2.双极联络线双极HVDC联络线的结构如图4-2所示，由一正一负两根输电导线构成，每端有两个为额定电压换流站的阀串联在直流侧，两个换流阀之间的连接点接地。图4-3 同极HVDC联络线接地电流将对HVDC系统接地电极周围几千米范围内的油、气管道带来影响。上述各种HVDC系统结构通常均有串联的换流器组，每个......
2023-06-23
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在换流站的交流侧和直流侧加装一定数量的滤波器，是对高压直流输电系统所产生的谐波进行抑制的有效方法。因而，单靠平波电抗器还不足以满足系统谐波抑制的要求，还需加装一定的滤波器装置。图4-20 典型无源滤波器的拓扑结构图4-20a所示的无源滤波器，称为单调谐滤波器，由电容、电感与电阻串联而成。如果加装滤波器处的系统谐波阻抗呈感性，则考虑到等值频率偏差等因素，在进行滤波器调谐点选择时，应将其适当进行预偏调。......
2023-06-23
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