高压直流输电的分类及应用

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：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

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。

1.单极联络线

单极HVDC联络线的基本结构如图4-1所示，通常采用一个极性的导线作为电力传输线路，而由大地或水提供回路。由于该类系统造价低廉，因而被广泛采用，尤其用电缆传输电能的场合。另外，此类结构也是建立双极系统的第一步。当大地电阻率过高或不允许对地下（水下）金属结构产生干扰时，可用金属回路代替大地作为回路。此时，形成金属性回路的导体处于低电压。

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。正常时，两极电流相等，无接地电流，两极可独立运行。而当有一条线路故障而导致一极隔离时，另一极则可通过大地运行，能输送50%的额定负载，或利用换流器和线路的过载能力，承担大于50%的额定负载。

图4-2 双极HVDC联络线

从雷电性能方面看，一条双极HVDC线路能有效地等同于两回交流传输线路。正常情况下，它对邻近线路的谐波干扰远小于单极联络线。通过控制换流阀改变两极的极性可实现潮流的改向。当接地电流不可接受时，或接地电阻高于临界值而接地电极不能运行时，用第三根导线作为金属性中性线，在一极退出运行或双极运行失去平衡时，可将金属性导线充当回路。中性线导线的绝缘水平要求较低，同时还可作为正、负极架空线的屏蔽线。如果中性线导线采用全绝缘，则可作为一条备用线路。

3.同极联络线

同极HVDC联络线的结构如图4-3所示，导线并联数不少于两根，一般为负极性。由于它由电晕引起的无线电干扰电压（RIV）较小，通常，这样的系统采用大地作为电流回路。当一条线路发生故障时，换流阀可为余下的线路供电，这些导线都具有一定的过载能力，能承受比正常工况更大的功率。相反，对双极系统来说，重新将整个换流阀连接到线路的一极上要复杂得多，且通常是不可行的。在考虑连续的接地电流可接受的情况下，同极联络线具有较为突出的优点。

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。这些管道充当接地电流的导体会引起金属腐蚀。因此，使用大地（或水）作回路的结构在很多情况下是不可联的。

上述各种HVDC系统结构通常均有串联的换流器组，每个换流器组有一组变压器和一组阀，换流器在交流侧（变压器侧）是并联的，在直流侧（阀侧）是串联的，在极对地之间得到期望的电压等级。

背靠背（Back to Back）的HVDC系统（用于两个非同步交流系统的连接）是无直流输电线路（换流阀和逆变阀之间的联络线不超过10m）的HVDC系统，它可以设计成单极或双极运行，每极带有不同数量的阀组，其数量取决于互联的目的和要达到的可靠性。大多数包括线路在内的点对点（两端）HVDC联络线是双极的，仅在偶然事故时才采用单极运行。它们通常被设计成能提供极间互相具有独立性的系统，以免双极闭锁，造成HVDC系统电能不可用率上升。若将HVDC系统连接到交流电网上的节点多于两个，就构成了多端直流（MTDC）系统，MTDC系统结构充分发挥了HVDC输电技术的经济性和技术优点，因此更具有吸引力。

第一个能够连续运行的MTDC系统是沙第尼亚—柯西卡—意大利（Sardinia—Corsica—Italy）方案，它是基于1967年建立的沙第尼亚—意大利两端HVDC系统上扩展而来，第三个换流端分接点于1991年设在柯西卡。另外，建于1986年的魁北克的德坎顿（Des Can-tons）和新汉普锡的戈默佛之间的两端系统也扩建为三端系统，将来还可能发展成为一个五端系统。

如果两个直流系统接到一个共同的交流系统上，并且两个直流系统之间的交流阻抗较小，就构成了多馈入直流系统。对于多馈入直流系统，不仅是一个换流器共同连接一个交流母线，也可是与其连接的母线相当邻近，这样，换流器之间的谐波和功率潮流相互作用可能与多馈入HVDC系统有所不同。因此，为了保证系统有满意的动态性能，换流器控制起着更为重要的作用。

至今，在南加利福尼亚、马尼托巴和魁北克已有这种多馈入直流系统。随着更多直流系统的建设，将来可能会有更多的多馈入直流系统。

高压直流输电的分类及应用

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