高压直流输电系统基本原理及应用
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摘 要 目前我国发电和用电绝大部分均采用交流电。在这种情况下，要采用直流输电就必需换流。将发电厂交流电转换为直流电，称为整流过程;在负荷侧将直流电转换为交流电，叫做逆变过程。整流与逆变成功实现了交直流之间的相互转换，二者缺一不可，它们统称为换流过程。本文将对换流过程的基本原理进行深入分析。
关键词 直流;整流;逆变;换流
中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）21-0093-01
1 发展直流输电必要性
我国的地域辽阔，动力资源极为丰富。其中，水电资源主要分布在西南、西北地区;煤炭资源集中在我国北部地区。而我国的负荷中心却集中在东部沿海地区。因此，西电东送的格局已成为必然的发展趋势。发展直流输电可以大大减少输送过程中的电能损耗，提高输送电能质量。
2 换流站换流装置
直流输电过程中的换流站由基本换流单元组成，换流单元是在换流站内进行换流的换流装置，主要由换流变压器、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等组成。目前我国换流站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。它们的工作原理大同小异，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相差30°的6脉动换流器所组成）。目前我国绝大多数换流站选用12脉动换流器作为基本换流装置。
3 换流器的基本工作原理
1）6脉动整流装置工作原理。
目前，我国换流站广泛采用的晶闸管换流阀具有单相导电性。换流阀只能在阳极对阴极为正电压时，才能单方向导通，不可能有反向电流，所以直流电流不可能有负值。6脉动整流装置原理图如图1所示。
图1 6脉动整流装置原理图
整流端换流站交流系统ABC三相交流电通过换流变压器在二次侧感应出abc三相交流电，二者相位相差30°。abc三相交流电通过环流阀整流形成6脉动电压Ud。
整流后Ud波形分析过程如图2所示。
从波形图中可以很直观的看出相电压Ua、Ub、Uc线电压Uab、Ubc、Uca和整流输出电压Ud的波形以及它们之间的相位关系。线电压超前对应相电压30°，线电压通过整流桥形成图中所示Ud波形。Ud波形为6脉动波形，它们是由Uab、Uac、Ubc、Uba、Uca、Ucb按顺序组合而成。我们可以看出此时Ud波形和我们理想的直流电波形很有一定差别，但通过平波电抗器和直流滤波器等滤波装置之后就可以形成较为理想的直流
波形。
图2 6脉动波形分析图
2）6脉动逆变装置工作原理。
逆变过程是将直流电转换为交流电的过程。直流输电所用的逆变装置，目前大部分均为有源逆变装置，它要求逆变装置所接的交流系统提供换相电压和电流，及受端换流站交流系统必需要有交流电源。
换流器作为逆变站运行时，逆变器的6个阀按同整流过程一样的顺序，借助于换流变压器阀侧绕组的两相短路电流进行换相。6个阀有规律性通断，在一个工频周期内，分别在共阳极组和共阴极组的三个阀中，将流入逆变器的直流电流，交替的分成三段，分别送入换流变压器的三相绕组，完成将直流电转变为交流电的过程。
3）12脉动换流装置工作原理。
12脉动换流装置工作原理相同，是由两个6脉动换流装置在直流侧串联而成，其交流侧通过换流变压器的网侧绕组而并联。换流变压器的阀侧绕组一个为星形连接，而另一个为三角形连接，从而使得两个6脉动换流器的交流侧，得到两个相位相差30°的换向电压。其整流和逆变原理和6脉动分析方法
一样。
相对于6脉动换流器，12脉动换流器的优点是其直流电压波形质量好，所含的谐波成分少。其直流电压为两个换相电压相差30°的6脉动换流装置的直流电压之和，在每个工频周期内有12个脉动数，波形更为平滑。
4 直流输电技术的应用
直流输电的应用范围取决于我国目前直流输电技术的发展水平和我国能源需求分布。目前我国实际采用的输电方式有交流输电和直流输电两种。目前我国直流输电的发展水平，直流输电还仅只是交流输电的补充。随着直流输电技术的发展，直流输电的应用范围将会变大。目前，直流输电技术的应用场合可分为以下两大类型。
1）采用交流输电在技术上有困难或者是不可能，而且只能采用直流输电的场合，如不同频率电网之间的联网或向不同频率的电网之间送电;因稳定性问题采用交流输电难以实现要求;长距离电缆送电，采用交流电缆因为电容电流太大而无法实
现等。
2）在技术上采用两种输电发送等能实现，但采用直流输电技术比交流输电的技术经济性能好。对于这种情况就需要对输电的方案进行比较和论证，最后根据比较的结果选择技术经济性能优越的输电方案。
目前我国直流输电的应用主要在远距离的大容量输电、大型电力系统联网、直流电缆送电、交流输电线路的增容改造为轻型直流输电等。
参考文献