高压直流输电PPT-3-23.ppt

《高压直流输电PPT-3-23.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高压直流输电PPT-3-23.ppt（66页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、新型输电技术,讲课教师：王官洁教授 重庆大学,讲座提纲,一、高压直流输电的基本概念二、换流电路的工作原理三、换流站的主要设备四、高压直流输电的控制五、直流系统的谐波六、高压直流输电线路七、柔性输电（FACTS）技术,一、高压直流输电的基本概念,1.1 高压直流输电的发展历史1.2 直流输电的基本原理1.3 直流输电系统的分类1.4 直流输电的优缺点1.5 交流输电与直流输电比较的等价距离,1.1 高压直流输电的发展历史,一、国外的发展概况 高压直流输电从1954年世界上第一条工业性直流输电线路投入运行以来，已有50多年的历史。50多年来，世界各国已先后投入了60多个直流输电工程，总的输送容量达

2、到10000万kW左右，其发展概况如图1.1所示。,图1.1 直流输电的发展概况,如果连同1954年以前的直流工程，我们把直流输电的发展大致分为如下三个阶段：1.1954年以前试验性阶段 2.1954年至1972年发展阶段 3.1972年到现在大力发展阶段,1.1 高压直流输电的发展历史,二、我国高压直流输电的发展情况 50年代，我国关于直流输电技术的研究工作就开始起步，但发展曲折而缓慢，而且从设计、运行、制造等方面来看，与世界先进水平还有相当大的差距。浙江舟山直流输电工程是我国第一个直流输电试点工程，为发展我国的直流输电技术进行探索、积累经验。葛州坝上海-南桥直流输电工程是我国第一个跨地区、

3、跨系统的超高压、远距离直流输电工程。三峽工程;天-广工程;贵-广工程;向家坝-上海；云-广工程;锦屏-苏南；我国正在设计或拟议中的其它工程有：西北-华北直流输电互联工程、宝鸡-成都直流输电工程,1.2 直流输电的基本原理,图1.2 简单直流输电系统原理图,图中包括两个换流站 和 及直流输电线路。两个换流站的直流端分别接在直流线路的两端，而交流端则分别连接到两个交流电力系统和。换流站中主要装设有换流器，其作用是实现交流电与直流电的相互转换。,1.3直流输电系统的分类,一、单极线路方式 单极线路方式是用一根架空导线或电缆线，以大地或海水作为直流输电系统。二、双极线路方式 双极线路方式有两根不同极性

4、（即正、负）的导线，可具有大地回路或中性线回路。它有双极两线中性点两端接地方式、双极中性点单端接地方式、双极中性线方式、“背靠背”换流方式四种方式。,1.4 直流输电的优缺点,优点：1、输送相同功率时，线路造价低2、线路有功，无功损耗小3、适宜于海下输电4、没有系统的稳定 问题5、能限制系统的短路电流6、调节速度快，运行可靠7、不同频率系统间的联络,缺点：1、换流站的设备较昂贵题 2、换流站装置要消耗大量的无功功 率题 3、由于要增设交流和直流滤波器使 直流输电的投资增大 4、换流装置几乎没有过载能力，所 以对直流系统的运行不利 5、高压直流断路器的应用困难 6、干扰和腐蚀问题,1.5 交流输

5、电与直流输电比较 的等价距离,在输送功率相同和可靠性指标相当的可比条件下，直流输电与交流输电相比，虽然换流站的投资要高，但是直流输电线路的投资比交流输电线路的投资要低。如果当输电距离增加到一定值时，采用直流输电其线路所节省的费用，刚好可以抵偿换流站所增加的费用（即交直流输电的线路和两端设备的总费用相等），这个距离就称为交、直流输电比较的等价距离（break-even-distance)。如右图所示。,图1.3 交直流输电比较的等价距离,二、换流电路的工作原理,换流电路主要由换流器组成，换流器功能是进行交流-直流或直流-交流的变换，前者称为整流，后者称为逆变。2.1 整流器的工作原理 图中、分别

6、表示换流器交流侧三相电势；表示交流系统每相的等值电感。1、理想情况下的工作原理 所谓理想情况是指换流桥上、下半桥各有一个阀导通，不考虑变压器漏抗造成的选弧（即重叠角 0)，也不考虑阀导通时的延迟（即延迟角）。,图2.1 单桥整流器原理接线图,图2.2 交流相电压的波形图,2.1 整流器的工作原理,图2.3 单桥整流器的电压波形(a）直流端M、N对中性点的波形(b）直流输出电压的波形,所以理想情况下的整流器的工作原理是：联系最高交流电压的晶闸管将导通，电流由此流出；而联系最低交流电压的晶闸管也导通，电流由此返回。通过按照一定次序的晶闸管阀的“通”与“断”，将交流电压变换成脉动的直流电压。,2.1

7、 整流器的工作原理,将A值除 以/3即可得到直流电压平均值,式中 当时的直流电压平均值；E交流线电压的有效值。,在图2.3(b）中，取纵轴y位于=30处，则曲线 的纵坐标可用表示，当其 从 到 这段时间间隔内，可由积分求得其面积为：,2.1 整流器的工作原理,图 2.4，情况下的电压波形(a）直流端M、N对中性点的波形（b）直流输出电压的波形,从自然换相点到阀的控制极上加以控制脉冲这段时间，用电气角度来表示，称为延迟角。这时直流母线M、N 对中性点的电压波形（重叠角）如图2.4(a）中的粗实线所示，直流母线MN之间的直流电压波形如图2.4(b）中的粗实线所示。,2、考虑延迟角（即）的情况,2.

8、1 整流器的工作原理,同理，求其直流电压平均值，可取一周的六分之一进行积分，这段面积为,同理，将A 除以 3，即得到这种情况下直流电压的平均值,从上式可以看出，在考虑到 的情况下，与 时比较，直流输出电压改变了一个，调节值，可改变，从而改变直流输出功率。,2.1 整流器的工作原理,图2.5 时的换相电流,当导通的阀 换相至阀 的过程中，由于系统存在着电感，换流变压器也有漏抗，所以回路中的电流不能突变，即阀 中的电流不会立即降到零，阀 中的电流也不会立即上升到额定值，而存在一个 和 共同导通的时间。在这段时间内，相当于交流a、b两相短路，如图2.5所示。,求积分,换相开始瞬间电流不会突变,此时,

9、当 时，,3、既考虑延迟角（），又考虑换相电感（）的情况,2.1 整流器的工作原理,图2.6 时整流器的电压波形,可求出直流电压的平均值,由图2.7得,有了重叠角 之后，直流输出电压降低了，比没有考虑选弧时降低了。由于 正比于，因此换相的效应也就相当于直流侧有一等效电阻，引起直流输出电压的下降。,2.2 逆变器的工作原理,1、逆变的基本概念 前面所讨论的整流器工作原理，是在 角较小的情况。如果，则换流器直流端电压瞬时值 将交替地出现正值和负值，见图2.10。当 时，直流电压 曲线所决定的正负面积相等。当 时，电压的负面积大于正面积。当 时，电压的面积全部是负的。当 时，达到负的极值。,图2.7

10、 时换流器 的电压波形,2.2 逆变器的工作原理,为了使换流器由整流状态转变为逆变状态，除改变直流电压的极性外，还必须加大延迟角，使。所以，对整流范围，；对逆变范围，。在分析逆变状态时，为了方便，通常以超前角 代替延迟角，它们两者之间的关系为 或 2、逆变器的工作原理 逆变器的工作原理与整流器的工作原理有很多相同之处，也有一些不同点。其主要不同点在于逆变器是利用加在阀上的交流电压处于负半周时使阀导通。,2.8 逆变器的原理接线图,2.2 逆变器的工作原理,图2.13 逆变器的电压波形图,逆变器的工作规律是：电流从高电位的阀流进，经低电位的阀流出。这种情况之所以成为可能，是因为直流回路提供有足够

11、大的直流电压和磁场能量的缘故。由分析知，换流器运行在整流或逆变状态，取决于正确的选择调节触发脉冲的相位（即触发角）。换流器的这一特点，为在直流输电的“潮流翻转”和其它方面的调节控制提供了非常有利的条件。根据换相原理可推得直流电流的方程式,式中 一超前角；一熄弧角；逆变侧交流侧的换相电抗。,2.2 逆变器的工作原理,逆变器的直流平均电压式中,式中：一逆变侧等值换相电阻。,三、换流站及其主设备,高压直流输电系统主要包括换流站和线路两大部分。换流站（包括整流站和逆变站）由于设备较多，价格较贵，因此，它是高压直流输电系统最主要的组成部分。换流站中主要电气设备包括：换流器、换流变压器、交流断路器、直流电

12、抗器、阻尼器、滤波器、无功补偿装置、过电压保护器、电压互感器和电流互感器、接地电极、调节装置、继电保护装置、高频阻塞装置等。3.1 晶闸管换流器 1、对晶闸管元件的基本要求 耐压强度高、载流能力大、开通时间和电流上升率（）的限制、关断时间与电压上升率 的限制。,3.1 晶闸管换流器,2、晶闸管元件的分类及选择 晶闸管阀按绝缘方式分为空气绝缘阀和油浸式绝缘阀两类。按冷却方式分为风冷、油冷和水冷；按安装地点分为户内和户外式。在阀的设计中，通常用电压设计系数（VDF）和电流设计系数（CDF）作为选择晶闸管串并联数的依据。其VDF和CDF的表示式如下所示：在晶闸管元件的选择中，VDF和CDF一般取值在

13、3的范围内。,3.1 晶闸管换流器,3、晶闸管的结构,图3.1 单阀和多重阀结构的原理接线和模型图,3.2 换流变压器,换流站所用的电力变压器称为换流变压器，它和普通电力变压器在结构上基本相同。但由于两者运行条件的不同，所以换流变压器在设计、制造和运行上都具有一定的特点。1、换流变压器的特点 短路电抗：换流变压器短路电抗一般取值为15%-20%。直流磁化（直流偏磁）：如果换流器触发相所用的时间间隔不相等，则交流相电流的正负半波不同，它的平均值将不等于零。也就是相电流中存在着直流分量，这一直流分量流过换流变压器桥侧绕组时，将产生直流磁化现象（也称直流偏磁）。噪声：由于换流变压器铁心的磁致伸缩使变

14、压器发出噪声（不同于前述的低频噪声），一般换流变压器的噪声频率为工频的2倍。,3.2 换流变压器,2、换流变压器容量和电抗值的选择 换流变压器的视在功率S可用左式表示：式中 输送的直流功率。换流变压器电抗值的选择条件是事故电流的幅值不会超过同一事故点三相短路电流幅值的 倍。换相电抗 是由三部分组成，即变压器电抗，交流系统等值电抗 和阳极电抗。由于换相电抗 主要是由变压器电抗 所决定，则适当选择变压器电抗百分数，就能基本确定 的数值，从而使短路电流限制在晶闸管阀能够承受的范围之内。3、对换流变压器分接头调压的要求 调压范围一般为士15%，每档分接头调节量以1%-2%为宜。,3.3 直流电抗器,直

15、流电抗器又称平波电抗器）在主回路中的作用主要有以下几个方面：减少直流侧的交流脉动分量、小电流时保持电流的连续性以及当直流送电回路发生故障时能抑制电流的上升速度。1减少直流侧的交流脉动分量 换流器对于直流送电线路来说，可看作电压谐波发生器。根据允许的谐波电流百分含量%（通常在3%左右），就可用下式计算出直流电抗器的电感值2小电流时保持电流的连续性 在最小直流电流为 时，要保持电流连续所需直流电抗器的电感值可用,式中 n 次谐波电压最大值，V；额定直流电流，A；角频率；n谐波次数。,3.3 直流电抗器,下式计算：对单桥运行时 对双桥运行时3直流短路时抑制电流上升速度 在直流输电系统中，逆变阀换相失

16、败是一种常见的直流短路故障。事故阀不仅流过整流器提供的短路电流，而且还流过线路电容的放电电流。特别是电容C的放电电流 并不受电流调节器的控制，只有依靠逆变侧直流电抗器来抑制，其等值图如图3.2所示。小结：根据上述三个要求，选取直流电抗器电感值 的具体方法是：按第1种情况确定电感值；以第2种和第3种情况进行验算，在实际工程中 一般取。,图3.2 逆变阀换相失败的等值,3.4 换流站的平面布置,图3.3 典型双极换流站的平面布置图,在整个换流站中滤波器和电力电容器所占面积最大，约为l/3，所以这些装置的小型化是换流站建设中的一个重要课题。换流站的平面布置是围绕阀厅而展开的。阀厅中安装有换流阀及其辅

17、助设备，并需要一定的维护和检修面积。根据一般的情况，阀厅的布置有以下几种布置方式：（1）直线布置方式（一字型）。（2）背对背布置方式。（3）垂直布置方式。,四、高压直流输电的控制,直流输电的一个重要优点就是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。4.1 控制的基本方式 对于两端直流输电系统，其等值电路如图6.2所示，图中左侧为整流器桥、右侧为逆变器桥。直流输电系统基本的控制方式有：定电流控制、定电压控制、定越前角 控制、定熄弧角 控制和定延迟角 控制等。在直流电流控制的基础上，如果修改控制指令，即可发展成为功率控制、交流系统频率控制以及潮流翻转控制等。,图6.1 直流输

18、电系统的等值电路图,4.2 定电流控制,1、控制特性 定电流控制是直流输电系统最基本的控制方式之一。它的任务是要维持直流电流为恒定值。所以其控制特性为一垂直线如图6.2所示。2、控制原理 控制的原理接线图如图6.3所示，其控制系统所执行的控制步骤如下：l）通过直流互感器测量直流电流。2）将 与电流整定值（也称电流指令）进行比较。3）将 与 比较后的差值（称为误差或误差信号）输入控制放大器A中进行放大。,图6.2 定电流控制特性,4.2 定电流控制,4）将放大的信号输入相位控制回路作为控制电压，进行所需的相位控制，从而达到控制直流电流为恒定的目的。,图6.3 定电流调节器原理图,4.3 定电压控

19、制,定电压控制的基本原理与定电流控制相似，只是反馈信号改变为直流电压。图6.4（a）所示为定电压控制特性，在这种控制系统的作用下，是以维持直流电压等于整定值为目标。图6.4（b）是该控制系统原理接线图，其控制步骤与定电流控制大致一样。,图6.4 a）定电压控侧特性 b）定电压控制原理图,4.4 定触发角控制,定触发角控制又分为两种情况：对于整流器而言，为定延迟角控制（定角控制）；而对逆变器而言，为定越前角控制（定 角控制）。对定 控制:其控制特性曲线为一束向下倾斜的平行线族，如图6.5(a）所示，随着 角的增加，斜线往下移动，斜线的斜率为。对定 控制:其控制特性曲线为一束往上倾斜的平行线族，如

20、图6.5(b）所示，随着的增加，斜线向下移动，斜率为。,图6.5 定触发角控制a）定 角控制特性 b）定 角控制特性,4.5 定熄弧角控制,1、定熄弧角控制系统的控制特性：由图6.6可见，特性曲线为一族向下倾斜的平行线，角越大，曲线越低。2、定熄弧角控制的基本原理 目前，有两种不同原理构成的定熄弧角控制方式。一种称为预测式，另一种称为实测式。（1）预测式定熄弧角控制 上式由三项组成，可表达为：如、为已知，可求出，根据计算出来的 角去触发逆变器，就能保证逆变器运行在 状态。,图6.6 定熄弧角的控制特性,图6.7 预测式定熄弧角控制原理框图,4.5 定熄弧角控制,（2）实测式定熄弧角控制 在6脉

21、波的逆变器中，实际测定6个阀的熄弧角 与整定值 相比较，若其中最小的一个熄弧角 也大于 时，则通过减小越前角 将熄弧角调整到，从而提高了运行的经济性，这种调节称为“经济调节”。若某个阀的 小于整定值，为了确保安全起见，通过处理元件将下一定阀的触发相位提前，即增大 角来满足要求，这种调节称为“安全调节”。实测式定熄弧角控制的原理框图如图6.8所示。,图6.8 实测式定熄弧角控制原理框图,4.6 功率控制和频率控制,1、定功率调节器的工作原理 定功率调节器可分为具有乘法器和具有除法器的两种方式，分别如图6.9（a）和（b）所示。2、频率控制 实现频率调节的原理方框图和定功率调节器相似，也是以定电流

22、调节器为基础，引入频率调节的信号来改变电流的指令值，通过对直流输送功率（电流）的调节，达到频率调节的目的。图6.9（b）中虚线框部分即为功率一频率调节器中增加的频率控制部分。,图6.9 定功率调节器原理框图（a）具有乘法器的控制框图（b）具有除法器的控制框图,4.7 控制系统的实际应用,在高压直流输电系统中，实际应用的控制方式并不是某一种，而是几种基本方式的组合，它们各自担负着不同的控制调节任务而又相互配合，即使在整流器或逆变器中也不是仅仅单一地采用某一种控制方式。整流站的控制特性 1、联合控制特性 逆变站的控制特性 整流站、逆变站的联合控制 分相控制方式 2、直流输电的快速相位控制 等距离脉

23、冲相位控制方式 潮流翻转控制,五、直流系统的谐波,由于换流装置交流侧的电压和电流的波形不完全是正弦波，直流侧的电压和电流也不是平滑恒定的直流，即它们都含有多种谐波分量。也就是说换流装置是一个谐波源，它将在交流侧和直流侧产生谐波电压和谐波电流。一个脉波数为 的换流器，在它的直流侧产生的谐波次数为，在它的交流侧产生的谐波次数为，其中 是任意正整数。,如果进入交流电网中的谐波分量过大，就会产生如下的不良影响：使交流电网中的发电机和电容器由于谐波的附加损耗而过热。对通讯设备产生干扰，特别是对邻近的电话线路产生杂音。使换流器的检制不稳定；有可能引起电网中发生局部的谐振过电压。使继电保护装置出现误动和拒动

24、，使自动装置失灵；使电力系统中测量仪表精度下降；运行中的电动机损耗增加、温度增高、引起机械振动和噪声；对电力电缆，当分布电容对谐波电流的放大，引起谐波电压增高时，容易出现故障。减少换流器谐波的主要方法目前主要是采用增加脉波数和装设滤波器两种。,5.1换流装置交流侧的特征谐波,直流侧的谐波计算，通常是根据直流电压曲线，利用付里叶级数展开式求出各次谐波的正弦分量、余弦分量和直流分量，从而求出各次谐波电压。再根据各次谐波所对应的等值电路由谐波电压及阻抗求得谐波电流。1、换流器直流侧的谐波电压 总的谐波电压 的余弦分量 及正弦分量 由下可 求出。由 和 不难求出各次谐波电压。,5.2换流装置直流侧的特

25、征谐波,通常在计算各次谐波电压 时，可采用查曲线的方法。对不同的n，根据不同的 和，即可查得 与 的比值从而求得 的值。2、直流侧的谐波电流 换流器直流侧的谐波电流可以根据上面所求得的谐波电压来计算，在图5.1所示的电路中可以得出：由于，所以近似计算时,图5.1 换流器直流侧电流谐波分量的等值图,5.3 交流滤波器,由于谐波的危害性，所以电力系统设计、运行中常采用某些方法来抑制谐波，目前在直流系统中常用的方法是增加脉波数和装设滤波器。1、滤波器的分类 滤波器的分类可按其用途分为交流滤波器和直流滤波器；按连接方式可分为串联滤波器和并联滤波器；按阻抗特性分为单调谐滤波器、双调谐滤波器和高通滤波器。

26、2、交流滤波器的阻抗特性（1）单调谐滤波器：这种滤波器是电阻R、电感L和电容C等元件串联组成的滤波电路，它在某一低次谐波（或接近低次谐波）频率下的阻抗最小，所以是一种并联滤波器。（2）双调谐滤波器：这种滤波器对两种低次谐波同时具有很低的阻抗，即可同时抑制两种特征谐波，它实际上相当于两个单调谐滤波器，且具有两条RLC相并联的支路。（3）高通滤波器：这种滤波器是在一个很宽的频带范围内（例如17次及以上的各次谐波频率）呈一个很低的阻抗。,5.3 交流滤波器,3、交流滤波器的选择设计 交流滤波器是换流站的重要设备之一，其投资约占换流站总投资的5%15%，而其中的电容器又占滤波器投资的主要部分。所以交流

27、滤波器的选择首先应根据技术经济分析选择电容，然后根据要求的调谐频率计算出相应的电感，最后再根据最佳Q（品质因素）值，确定其电阻值。可按下面两步来完成：（1）按最小投资选择滤波器容量求取参数；（2）校验谐波电压求取参数。4、交流滤波器的配置及评定准则 对于单桥6脉波的直流系统，交流侧通常接有5次、7次、11次和13次4个单调谐波器支路和一个高通滤波器支路。对于双桥12脉波的直流系统，正常时的谐波只有（）次，所以对单调谐支路只需配置11次和13次以及高通滤波器就行了。但如果考虑到双桥系统可以改变为单桥系统运行时，则需装设5次、7次、11次和13次滤波器以及高通滤波器。评定滤波器效果是否适当的准则是

28、：目前一般按照现有直流输电工程中采用的上些极限值作为参考。,5.4 直流滤波器,如前所述，虽然平波电抗器能够起到限侧直流谐波的作用，但对于架空线路，通常还需装设直流滤波器。直流侧谐波的次数为，当 时，为6、12、18等。因此对6脉波直流系统，则直流侧滤波电路如图5.2所示。设计直流侧滤波器的步骤和交流滤波器基本相同，但由于直流侧没有无功功率补偿问题，因此，直流滤波器电容器的额定参数不是根据总的无功功率来确定，而是按照线路电压、滤波要求和经济性来决定的，目前常用以下几种不同的准则来规定对直流输电系统中的直流滤波器性能的要求:(1）在直流高压母线上的最大电压电话干扰系数（TIF）。(2）在接近高压

29、直流线路的电话线路的最大允许对地噪声。(3）离高压直流线路1km处平行试验线路的最大感应嗓声强度。,图5.2 直流滤波器的配置（单桥）,5.5阻尼型滤波器,目前已投运的绝大多数直流工程中都采用了单调谐波交流滤波器，但是由于技术和经济方面上的原因，调谐型滤波器将逐渐被一种新型滤波器一一阻尼型滤波器所代替。阻尼型滤波器的主要优点是：1 滤波器的性能和承载负荷对于温度、系统频率偏移和元件的允许偏差都是不敏感的。2 由于滤掉的是较宽范围的谐波领率，因此就减少了按谐波次数分组的调谐滤波器相当可观的投资费用，也相应减少了占地面积。3 减少了维护工作量，基本上不需在现场进行调谐工作。4 根据滤波器的Q值和中

30、心频率的条件下，非特征谐波也得到吸收。5 对无功功率的控制来说，将滤波器分成较小的组是容易而又经济的；谐波电流在这些组之间的分布也不会有什么问题。另一方面，为了达到同调谐滤波器同样的滤波特性水平，阻尼滤波器需要的基波无功功率要多一些。通常，调谐滤波器比阻尼滤波器中的谐波损耗要小，然而基波损耗则相反。,5.6 消除谐波的其它方法,因为滤波器的复杂性和费用问题，目前世界上有的国家采用了以下几种方法来达到控制谐波的目的，即：采用磁通补偿法：能够把3次、9次等非特征谐波考虑进去。采用谐波注入法：该方法是利用外部电源施加一个谐波电流，从而改变换流器矩形电流的波形。通常，来自外部电源的3倍次谐波住入到导通

31、的变压器各相中。采用直流纹波再注入法：这一方法的基本原理在于得出3倍频电流波形，其幅值取决于直流电流的大小和形状。把这个电流注入到主变压器副绕组的中性点，然后通过导通的变压器绕组流动。则修正后的变压器相电流将只包含与12次脉波有关的谐波电流。,六、高压直流输电线路,一、引言二、高压直流架空线路的额定电压与分裂导线（一）额定电压（二）分裂导线数,三、高压直流架空线路的电晕效应（一）直流电晕的基本特点 电晕是导线在高电场强度作用下对周围空气发生局部放电，使完全击穿游离的一种自持放电现象。影响：1、气体放电过程中的光、声、热等效应以及化学反应都将引起能量损耗电晕损耗。2、电晕放电会形成高频电磁波，引

32、起干扰。3、使空气发生化学反应，产生臭氧及氧化氮等产物引起腐蚀。,七、柔性交流输电（FACTS）技术,7.1 FACTS的定义和产生的背景条件及其作用和意义 1、定义 除HVDC之外，所有应用于电力系统中且作为交流输电性能改进的各种电力电子控制器及其协调组合进行控制的技术。2、FACTS技术的良好发展势头来自于良好的背景条件（1）交流输电系统在运行和发展中的困难所形成的客观需要。（2）直流输电技术的竞争压力（3）已有FACTS控制器研制和应用经验的集累（4）电力电子技术及其元件本身的发展 3、FACTS技术的作用和意义（1）给出交流输电功能革新的完整技术渠道（2）提出一个“升流”的输电改造途径

33、（3）对输电网和输电线运行的作用（4）对输电网其它运行控制技术的影响（5）将改变交流输电的传统应用范围（6）对FACTS控制器本身的发展推动,7.2 FACTS技术的局限性和问题,1、“升流”能力有局限“线路热稳定”的能力、线损、压降、过电压、干扰、附件载流能力、事故后的影响等约束限制。2、FACTS控制器的造价（1）应用单位所能接受（2）控制器的规模和需求数量的矛盾 3、FACTS技术对研究和试验工具提出的新需求 所有电力系统的成熟软件包和各种试验工具中都需要重新补入FACTS控制器的模型和相应算法或辅件，并适应其动态动作的特性要求。4、需预防FACTS控制器和电力设备及其他控制器之间的不良

34、相互作用 FACTS控制器在当前大多仍属于晶闸管控制型，因此必然会产生高次谐波，甚至谐波振荡等问题。FACTS控制器之间、FACTS控制器与按分散控制理论研制的快速控制器（继电保护、PSS、SVC、励磁系统其它附加控制等）之间、FACTS控制器与常规机械操作型控制器（汽门快关、电气制动、调速器）之间的各种相互关,7.2 FACTS技术的局限性和问题,系或相互作用必须认真研究。对于FACTS控制器和FMS（能量管理系统）相应功能的关系和作用，更是有大量的工作需要研究进行。5、FACTS控制器对一些辅助性支持技术将提出新要求 6、切换用的电力电子断路器（SSCB）输电线的切换操作和事故快速断开、重

35、合闸等开关设备是提高输电线和输电网可控性能的重要电器。它的电力电子化具有重大意义。因固态断路器（SSCB）比常规的机械型更具有竞争性。此外，故障几乎可在瞬间清除，将会使设备损坏和用户停电的损失大为减少。目前已研制出了配电网用的13kV，600A的晶闸管断路器。而研制高压和超高压的SSCB还需要克服更大的技术上和造价上的困难。,7.3 已开发的FACTS控制器及其应用,（一）直接作用于输电的FACTS控制器：这类FACTS控制器大多以自己的输出环节直接串接于或并接于高压交流输电线上，进行快速调节控制。1、静止无功补偿器（SVC）主要功能：保证动态无功功率的快速调节；事故时的电压支持作用，保持电压

36、水平；清除电压闪变；平息系统振荡。为了减小谐波和降低损耗，将电抗器改为多组由晶闸管控制投切型，和一组较大容量的可控电容器组并联。SVC中的可控电抗器（TCR）单独应用时也是FACTS控制器之一。最近国内外拟采用快速真空开头投切电容器（MSC）与TCR联合组成的静态补偿装置系统。由于它的技术可靠性高，投资也适中，且保持了快速调无功的作用，因此，比较适宜于超高压杻纽变电站。2、静止调相器 它是SVC革新改进后的装置，由三相逆变器构成，并由一并联电容器上的电压进行激发驱动，其三相输出电压与交流网三相电压同相，连接变压器通过,7.2 FACTS技术的局限性和问题,系或相互作用必须认真研究。对于FACT

37、S控制器和FMS（能量管理系统）相应功能的关系和作用，更是有大量的工作需要研究进行。5、FACTS控制器对一些辅助性支持技术将提出新要求 6、切换用的电力电子断路器（SSCB）输电线的切换操作和事故快速断开、重合闸等开关设备是提高输电线和输电网可控性能的重要电器。它的电力电子化具有重大意义。因固态断路器（SSCB）比常规的机械型更具有竞争性。此外，故障几乎可在瞬间清除，将会使设备损坏和用户停电的损失大为减少。目前已研制出了配电网用的13kV，600A的晶闸管断路器。而研制高压和超高压的SSCB还需要克服更大的技术上和造价上的困难。,7.3 已开发的FACTS控制器及其应用,（一）直接作用于输电

38、的FACTS控制器：这类FACTS控制器大多以自己的输出环节直接串接于或并接于高压交流输电线上，进行快速调节控制。1、静止无功补偿器（SVC）主要功能：保证动态无功功率的快速调节；事故时的电压支持作用，保持电压水平；清除电压闪变；平息系统振荡。为了减小谐波和降低损耗，将电抗器改为多组由晶闸管控制投切型，和一组较大容量的可控电容器组并联。SVC中的可控电抗器（TCR）单独应用时也是FACTS控制器之一。最近国内外拟采用快速真空开头投切电容器（MSC）与TCR联合组成的静态补偿装置系统。由于它的技术可靠性高，投资也适中，且保持了快速调无功的作用，因此，比较适宜于超高压杻纽变电站。2、静止调相器 它

39、是SVC革新改进后的装置，由三相逆变器构成，并由一并联电容器上的电压进行激发驱动，其三相输出电压与交流网三相电压同相，连接变压器通过,7.3 已开发的FACTS控制器及其应用,的电流将依其一、二次电压相等，大于、小于的关系而等于0或为容性或感性电流。整个装置的无功功率大小或极性都是由这两个电压的幅值差所决定的通过电流进行调整。故其整体功能和一同步调想机相似，而简化为一静态装置。在事故时，电压降低的情况下，比SVC提供更大的无功支持能力。如果并联电容器，是蓄电池组成或超导储能电抗器所取代，则事故支持的时间还可延长。正如同步调相机可利用自己旋转的质量中所储存的能量一样。静止调相器用途广泛，除输电网

40、外，还可配置于发电厂和配电网中。制造静止调相器必须应用门极判断晶闸管GTO。3、超导磁能蓄能器（SMES）此装置结构简单，由电力电子换流器（SCR或GTO）控制的一个大容量超导蓄能线圈所组成。此装置动作快速、无损耗、维护工作量小、放电/充电的效率在95%以上、可清除低频振荡、造价高。作为蓄能器，可提供几秒的备用电力、还可提供同步功率以提高输电的静态和暂态稳定性、提高远距离输电的输送能力、延长发电设备寿命、提供无功,7.3 已开发的FACTS控制器及其应用,功率改进电压稳定性，改进电压质量。微型化可用于配电网。4、固态断路器（Solid-State Circuit Breaker)采用晶闸管（大

41、功率）型的断路器，可在交流电流第一次过零点时断开，其开断时延只有几个毫秒。如果采用GTO，MCT或MTO等元件，电流可瞬时被切断，效果将大为提高。日本采用SSCB（断开时间50ms）配合常规串联补偿，可将原有340MW的输送能力提高到6800MW，如果将SSCB的开断时间缩短到17ms，则只需单独采用SSCB就可达到同样的效果。5、次同步谐振阻尼器（SSR-Damper)基本结构与TCSC（可控串联补偿）相同，即将一串联的晶闸管阀与一电感和电阻串联，再与输电线上小补偿度的串补电容并联，阀电流为负荷电流的15%，只有在电压波形的后10度左右导通，这样超前和迟后于电容电压过零点时导通即产生一解调S

42、SR振荡的阻尼作用。,7.3 已开发的FACTS控制器及其应用,6、可控串联补偿（TCSC）常规机械型的串补早已较普通的采用。美国的补偿度曾达到80%，引起过SSR导致严重的机组损坏事故。FACTS概念提出后，TCSC立刻受到重视。由于它直接串入输电线，所以可大范围调节线路正序电抗，而且可快速进行连续平滑调节，还可经过自己的SCADA系统实现远方的阻抗和功率潮流调节，故可平息地区性振荡并提高暂态稳定性。目前世界上电压最高的TCSC是GE公司设计研制的500kV 装置，投之于1993年。7、统一潮流控制器（UPFC）电力系统是典型的多自由度的多变量的多输入、多输出的动力系统，实践表明无论从提高其

43、稳定性还是从改善电力系统的动态品质的需要出发都需要有多变量参与控制。而UPFC其本身就是一个多输出，多输入的控制系统。它可以,7.3 已开发的FACTS控制器及其应用,同时控制线路的有功、无功和节点电压，也可以分别对其进行有效、快速的控制。因此，它对优化系统运行、提高系统的暂态稳定性和阻尼系统的振荡都具有显著的作用。UPFC功能好，造价高。其功能主要有：串联补偿作用、并联补偿作用、综合作用、移相作用、移相和电压调节的综合作用。8、串联潮流控制器 是一种简化型的UPFC，其基本结构和静止调相器相似，区别是其输出变压器串接于办输电线。作用：可吸收和发出无功、如采用蓄电池或蓄能器，则还可与线路交换有

44、功。造价比UPFC低，功能比静止调相器好。9、可控移相器（TCPS）将常规移相器改造成柔性化设备，其功能将大为增强。可平息系统振荡，防止事故后开关过负荷，降低事故后线路功率增大所造成的暂态过程或电,7.3 已开发的FACTS控制器及其应用,压降低，减轻导致保护连续动作或失步，或异常无功需求的大量穿越潮流。10、晶闸管控制的带负荷调节变压器抽头 11、电子换频器或电子换相器 12、快速短路电流限流器 13、新型串联电抗器 14、可控并联电容器 15、动态电压限制器 16、铁磁谐振阻尼器（二）安装于发电厂内而作用于输电的FACTS控制器 1、静止快速励磁系统（SES）2、可控制动电阻（TCBR）,

45、7.3 已开发的FACTS控制器及其应用,（三）安装于配用电网内而作用于输电的FACTS控制器 1、低压SVC和静止调相器 2、有源电力滤波器（APF）3、新型电力有源滤波器 4、微型超导磁能蓄能器,六、高压直流输电线路,一、引言二、高压直流架空线路的额定电压与分裂导线（一）额定电压（二）分裂导线数,三、高压直流架空线路的电晕效应（一）直流电晕的基本特点 电晕是导线在高电场强度作用下对周围空气发生局部放电，使完全击穿游离的一种自持放电现象。影响：1、气体放电过程中的光、声、热等效应以及化学反应都将引起能量损耗电晕损耗。2、电晕放电会形成高频电磁波，引起干扰。3、使空气发生化学反应，产生臭氧及氧化氮等产物引起腐蚀。,结 束 谢 谢,