1、毕业设计（论文）报告纸装订线摘 要直流输电是电力系统中迅速发展的一项新技术。主要应用于远距离大容量输电、电力系统联网、远距离海底电缆或大城市地下电缆送电、配电网络的轻型直流输电等方面。直流输电与交流输电相互配合，构成现代电力传输系统。随着电力系统技术需求的不断增长和提高，直流输电受到广泛的关注和发展。与直流输电相关的技术，如电力电子、微电子、计算机控制、绝缘新材料、光纤、超导、仿真以及电力系统运行、控制和规划等的发展，为直流输电开辟了广阔的应用前景。由上可见，高压直流输电具有线路输电能力强、损耗小、两侧交流系统不需同步运行、发生故障时对电网造成的损失小等优点，特别适合用于长距离点对点大功率输电
2、，而采用交流输电系统便于向多端输电。交流与直流输电配合，将是现代电力传输系统的发展的趋势。本文在论述了直流输电基本概念、构成、发展及主要设备的基础上，讨论了直流输电的基本工作原理、各部分元件的选择、谐波问题、换流器控制方式以及远距离输电线的电晕危害与对通信线的干扰分析等，从而对直流输电有较全面的认识。关键词：高压直流输电，谐波，滤波器，晶闸管，控制，12 脉波换流器 ABSTRACTHVDC is a new technology in the rapid development of power systems. Mainly used in large-capacity long-dist
3、ance transmission, power system interconnection, long distance submarine cable or Metropolitan underground cable transmission, distribution network and other aspects of HVDC Light. HVDC transmission and exchange with each other to form a modern power transmission system. With the growing demand for
4、electric power system technology and improved HVDC widespread attention and development. HVDC and related technologies, such as power electronics, microelectronics, computer control, insulation and new materials, optical, superconductivity, simulation, and power system operation, development control
5、 and planning for HVDC has opened up broad prospects.As seen above, HVDC transmission line has a strong, low loss, both sides exchange system without synchronous operation, the event of failure of the grid losses, etc, and is particularly suitable for long distance point to point high-power transmis
6、sion, and the use of AC transmission system facilitates the multi-terminal transmission. AC and DC transmission with, will be the trend of development of modern power transmission systems.This paper discusses the HVDC basic concepts form the basis of development and major equipment, discusses the ba
7、sic principle of DC transmission, electrical choose various parts of elements, harmonic problems, inverter control and remote transmission line halo hazards associated with the communication line interference analysis, thus the HVDC have a more comprehensive understanding.KEY WORDS: HVDC, harmonic,
8、filters, thyristors, control, 12-pulse inverter毕业设计（论文）报告纸装订线目录第一章 绪论11.1 本课题研究的主要内容及选题的意义11.2 高压直流输电系统的构成21.3 高压直流输电工程特点31.4 高压直流输电的历史和国内外现状4第二章 高压直流输电系统的主要组成52.1 直流输电的环流技术52.1.1 直流输电与环流技术52.1.2 换流站的基本环流单元52.2 500KV 单极直流输电系统的设备及其选择112.2.1 换流变压器112.2.2 换流阀132.2.3 平波电抗器172.2.4 输电线谐波分析18毕业设计（论文）报告纸装订线
9、2.2.5 交/直流滤波器202.2.6 交直流断路器222.2.7 避雷装置242.2.8 无功补偿装置252.2.9 接地极系统25第三章 直流输电系统的控制系统263.1 直流系统的基本控制原理263.2 换流器基本控制方式及其配置273.2.1 换流器基本控制方式273.2.2 换流器基本控制配置29第四章 直流输电系统过电压保护与换流站绝缘配合314.1 换流站的过电压保护314.2 直流输电系统的过电压324.3 换流站的防雷保护32第五章 直流输电线路的环境影毕业设计（论文）报告纸装订线响345.1 直流输电线的架设345.2 直流线路电晕355.3 直流线路无线电干扰37直流输
10、电设计结37致谢37参考文献37高压直流输电附录图毕业设计（论文）报告纸共 37 页 第 1 页装订线第一章 绪论1.1 本课题研究的主要内容及选题意义电力工程是 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。电力的广泛应用和电力需求的不断增加，推动着电力技术向高电压、大机组、大电网发展，向电力规模经济发展。电力工业按生产和消费过程可分为发电、输电、配电和用电四个环节。输电通常指的是将发电厂发出的电力输送到消费电能的负荷中心，或者将一个电网的电力输送到另一个电网，实现电网互联。随着电网技术的不断进步，输电容量和
11、输电距离的不断增加，电网电压等级不断提高。电网电压从最初的交流 13.8KV，逐步发展到高压 35KV、66KV、110KV、220KV、500KV、1000KV。电网发展的经验表明，相邻两个电压等级的级差在一倍以上才是经济合理的。这样输电容量可以提高四倍以上，不仅可与现有电网电压配合，而且为今后新的更高级别电压的发展留有合理的配合空间。我国从 20 世纪 80 年代末开始对特高压电网的规划和设备的制造进行研究；进入 21 世纪后，加快了特高压输电设备、电网研究和工程建设。2005 年 9 月 26 日，第一条 750KV 输电实验线路（官亭兰州东）示范工程投运；2006 年 12 月，云南广
12、东800KV 特高压直流输电工程开工建设，并于2010 年 6 月 18 日，通过验收正式投运，该工程输电距离 1373KM，额定电压800KV，额定容量 500 万 KW，和 2010 年 7 月 8 日投运的向家坝上海800KV特高压直流示范工程一样，是当今世界电压等级最高的直流输电项目。本课题主要是设计一个单极高压直流输电系统，整流站与逆变站相距 1200km,整流站交流侧电压等级为 330kv，逆变侧交流电压等级为 220kv，采用单极直流输电方式，直流电压 500kv,输电容量 800MW。同时还需要设计高压直流输电系统的控制调节方式，实现直流系统的功率调节和潮流反转控制以及高压直流
13、输电系统的过压保护系统和直流输电线的架设和防雷保护。随着“西电东送”和“全国联网战略”的实施，直流输电技术在我国正得到越来越广泛的应用，具有非常广阔的前景。经过舟山、葛洲坝-南桥、天生桥-广州、三峡-常州等直流输电工程的实践，我国的直流输电工程水平正在不断的提高。但是我国在高压直流输电基本设计方面还存在不足，对核心技术仍未完全掌握。更确切地讲，我国的直流输电技术很大程度上还依赖于国外。如果能实现直流输电工程设计的自主化，那么对于提升我国在直流输电核心领域的实力具有重大的意义，也为后续的特高压直流输电工程提供强而有力的技术支持和保障。毕业设计（论文）报告纸共 37 页 第 2 页装订线1.2 高
14、压直流输电系统的构成直流输电系统的系统结构可分为两端（或端对端）直流输电系统和多端直流输电系统两大类。两端直流输电系统是只有一个整流站（送端）和一个逆变站（受端）的直流输电系统，即只有一个送端和一个受端，它与交流系统只有两个连接端口，是结构最简单的直流输电系统。多端直流输电系统与交流系统有三个或三个以上的连接端口，它有三个或三个以上的换流站两端直流输电系统的构成主要有整流站、逆变站和直流输电线路三部分。对于可进行功率反送的的两端直流输电工程，其换流站既可以作为整流站运行，又可以作为逆变站运行。功率正送是的整流站在功率反送时为逆变站，而正送时的逆变站在反送时为整流站，整流站和逆变站的主接线和一次
15、设备基本相同，其主要差别在于控制和保护系统的功能不同。两端直流输电系统又可分为单极系统（正极或负极） 、双极系统（正负两极）和背靠背系统（无直流输电线路）三种类型。其中单极直流输电系统如下图所示，又可分为单极大地回线方式（a） 、单极金属回线方式(b)以及单极双导线并联大地回线方式(c)。本课题采用单极金属回线方式毕业设计（论文）报告纸共 37 页 第 3 页装订线(a)单极大地回线方式该方式是两端换流器的一端通过极导线相连，另一端接地，利用大地或海水作为直流的回流电路。这种方式的线路结构简单，利用大地作为回线，省去一根导线，线路造价低。但地下或海水长期有较大的直流电流流过，大地电流所经之处，
16、将引起埋设于地下或放置在地面的管道、金属设施发生化学腐蚀，使中性点接地变压器产生直流偏磁而造成变压器磁饱和等问题。这种方式主要用于高压海底电缆直流工程，如瑞典丹麦的康梯斯堪工程、瑞典德国的波罗的海工程等。(b)单极金属回线方式该方式采用低绝缘的导线也称金属返回线代替单极大地回线方式中的大地回线路。在运行中，地中无电流流过，可以避免由此所产生的电化学腐蚀和变压器磁饷等问题。为了固定直流侧的对地电压和提高运行的安全性，金属回线的一端接地，其不接地端的最高运行电压为最大直流电流在金属返回线上的压降。这种方式的线路投资和运行费用均较单级大地回线方式的高。通常只在不允许利用大地或海水为回线或选择接地较困
17、难以及输电距离又较短的单极(c)单极双导线并联大地回线方式该方式是当直流输电工程在单极运行时可以采用的方式。实质上，这是利用已有的输电导线为降低线路损耗而采用的一种单极大地回线方式。本课题采用的输电方式：单极金属回线方式1.3 高压直流输电工程特点高压直流输电的优点：（1）直流输电架空线路只需正负两极导线、杆塔结构简单、线路造价低、损耗小。 （2）直流电缆线路输送容量大、造价低、损耗小、不易老化、寿命长、且输送距离不受限制。 （3）直流输电不存在交流输电的稳定性问题，有利于远距离大容量输电。 （4）采用直流输电实现电力系统之间的非同步联网，可以不增加被联电网的短路容量，不需要由于短路容量的增加
18、而要更换断路器以及电缆要求的采取限流的措施；被联电网可以频率不同，可以保持自己的电能质量独立运行，有利于运行和管理。 （5）在直流电的作用下，只有电阻起作用，电感和电容均不起作用，直流输电采用大地为回路，直流电流则向电阻率很低的大地深层流去，可以很好地利用大地这个良导体。 （6）直流输电输送的有功功率和换流器消耗的无功功率均可由控制系统进行控制，可利用这种快速可控性来改善交流系统的运行性毕业设计（论文）报告纸共 37 页 第 4 页装订线能。 （7）直流输电可以方便地分期建设和增容扩建，有利于发挥投资效益。高压直流输电的缺点：（1）直流输电换流站比交流变电所的设备多、结构复杂、造价高损耗大、运
19、行费用高、可靠性也差。 （2）换流器对交流侧来说，除了是一个负荷或电源以外，它还是一个谐波电流源。 （3）晶闸管换流器在进行换流时需要消耗大量的无功功率，每个换流站均需要装设无功补偿装置。 （4）直流输电利用大地或海水为回路，会带来一些技术问题。 （5）直流短路器由于没有电流过零点可以利用，灭弧问题难以解决，给制造带来困难。1.4 高压直流输电的历史和国内外现状电力技术的发展是从直流电开始的，早期的直流输电是不需要经过换流，直接从直流电源送往直流负荷，即发电、输电和用电均为直流电，如 1882 年在德国建立的 2KV、1.5KW、57KM 向慕尼黑展览会的送电工程；1889 年在法国用直流发电
20、机串联而得到高电压，从毛梯埃斯到里昂的 125KV、20MW、230KM 的直流输电工程等。随着三相交流发电机、感应电动机和变压器的迅速发展，发电和用电领域很快被交流电所取代。同时变压器又可方便地改变交流电压，从而使交流输电和交流电网得到迅速的发展，并很快占据了统治地位。但在输电领域，直流还有交流所不能取代之处，如远距离电缆送电、不同频率电网之间的联网等。我国的高压直流输电工程相比于国外发达国家而言总体上可以说是发展较晚的，但发展迅速。由于国内能源资源与用电负荷分布极不平衡的特殊性，造成我国“西电东送、南北互联、全国联网”的远距离输电的必然性，形成了目前以三峡输电系统为主体，向东西南北方向辐射
21、的北、中、南三通道为主的南北电网多点互联、纵向通道联系紧密的全国互联网格局，成为实现我国能源资源合理开发、优化配置、高效利用的必然选择。发展超、特高压交、直流输电势在必行。过去几年，500KV直流输电在我国得到了长足发展，成为“西电东送”的重要方式。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 4060；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
22、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、电毕业设计（论文）报告纸共 37 页 第 5 页装订线气体发电、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
23、；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。第二章 高压直流输电系统的主要组成2.1 直流输电的换流技术2.1.1 直流输电与换流技术要实现直流输电必须将送端的交流电变换为直流电，称为整流，而到受端又必须将直流电变换为交流电，称为逆变，它们统称为换流。实现这种电力变换的技术就是我们所说的直流输电换流技术。直流输电换流技术包括实现换流的高压大功率换流阀和控制保护装置以及进行换流的理论和方法，而前者往往起决定性作用。因此，换流技术是实现直流输电的基本条件，换流技术水平的高低是决定直流输电各种运行性能和经济性能的重要因素。2.1.2 换流站的基本换流单元直
24、流输电换流站由基本换流单元组成，基本换流单元是在换流站内允许独立运行，进行换流的换流系统，主要包括换流变压器、换流器、相应的交流滤波器和直流滤波器以及控制保护装置。目前工程上所采用的基本换流单元有 6 脉动换流单元和 12脉动换流单元两种。它们的主要区别在于所采用的换流器不同，前者采用 6 脉动换流器（三相桥式换流回路） ，而后者则采用 12 脉动换流器（由两个交流侧电压相位差 30的 6 脉动换流器所组成） 。6 脉动换流器在交流侧和直流侧分别产生 6K+1 次和 6K 次特征谐波；12 脉动换流器在交流侧和直流侧分别产生 12K+1 次和 12K 次特征谐波。绝大多数直流输电工程均采用 1
25、2 脉动换流器作为基本换流单元，此时交流滤波器和直流滤波器只需按 12 脉动换流器的要求来配备，这样可以大大地简化滤波装置，减小换流站占地面积，降低换流站造价。毕业设计（论文）报告纸共 37 页 第 6 页装订线三相桥式全控整流(阻感性负载)原理：三相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载供电（即用于直流电动机传动） ，下面主要分析阻感负载时的情况，对于带反电动势阻感负载的情况，只需在阻感负载的基础上掌握其特点，即可把握其工作情况。如图所示为三相桥式全控整流电路（阻感性负载） ，习惯上将其中阴极连接在一起的三个晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的三个晶闸管（VT4、VT6、VT2）常委共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从 1 至 6 的顺序导通。为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与 a、b、三相电源相接的三个晶闸管分别为 VT1、VT3、VT5，共阳极组中与 a、b、c 三相电源相接的三个晶闸管分别为 VT4、VT6、VT2。按此编号，晶闸管的导通顺序为 VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。以下分析三相桥式带电阻负载在不同的 角下的波形。
