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1、本科毕业论文设计论文题目 高压直流输电的整流控制 高压直流输电的整流控制摘要直流输电是电力系统中近年来迅速发展的一项新技术。直流输电克服了上述电感的损耗.只有导线电阻的损耗.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。随着电力系统技术经济需求的不断增长和 提高,直流输电受到广泛的注意并得到不断的发展。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
2、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,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、谐波与无功问题、直流输电的控制与保护并在MATLAB上搭建并仿真了一些直流线路的运行。通过对仿真出波形的一些不足的分析,联系到在实际工程可能存在的问题。关键词：高压直流输电；谐波；滤波器；晶闸管；PI控制；12脉波直流单级输电整流；MATLAB目录第1章绪论31.1 高压直流输电控制部分的课题背景31.2
3、 本课题研究的主要容及选题的意义41.3 高压直流输电的构成41.4 高压直流输电的点优缺点及适用场合51.5 高压直流输电的历史与国外的现状8第2章高压直流输电系统的主要设备112.1 换流装置112.2 换流变压器162.3 无功补偿装置172.4 谐波以及滤波器182.5 平波电抗器192.6 滤波器类型192.7 直流输电线路22第3章电网换相直流输电的控制253.1 基本控制方式253.2 PI控制26第4章仿真及仿真结果分析304.1 高压直流输电搭建的模型及其各个部分介绍304.2 系统模型各个部分参数的设定324.3 仿真及仿真结果334.4 不挂交流滤波器时高压直流输电输出波
4、形及分析46第5章总结和展望515.1 总结515.2 高压直流输电技术的简单展望51第1章 绪论1.1 高压直流输电控制部分的课题背景随着电力电子技术的发展,高压直流输电变得可行,且得以充分的发挥其各方面的优点。目前世界上已近有80项高压直流输电工程投入运行,我国也有10项高压直流输电工程在国家电力网架中应用,在优化能源配置,保障国家能源安全和促进国民经济发展中起着重要的作用。随着国家西电东送、南北互供、全国联网战略方针的实施,加快建设以百万伏级交流和660kV、800kV、1000kV级直流系统特高压电网为核心的坚强的电力网架已成为趋势。中国将建设世界上输送容量最大、输送距离最远的高压直流
5、输电工程。 在高压直流输电中系统控制尤为重要,它决定着整流与逆变能否正常进行。1.2 本课题研究的主要容及选题的意义本课题对500kV高压串联12脉波直流单级输电整流部分的PI控制器参数进行研究,通过不同参数下整流效果的不同来找到最适合的PI控制器的参数。选题的意义：高压直流输电要想得到稳定的直流电压控制部分必须要做好,通过本课题的研究可以找出定电流控制PI控制得到合适的触发角,进而得到很好整流直流电压。1.3 高压直流输电的构成1.3.1 高压直流输电的概念高压直流输电的概念是将发电厂发出的交流电,经整流器变换成直流电输送至受电端,再用逆变器将直流电变换成交流电送到受端交流的一种输电方式。主
6、要应用于远距离大功率输电和非同步交流系统的联网,具有线路投资少、不存在系统稳定问题、调节快速、运行可靠等优点。直流输电系统：主要由换流站整流站和逆变站、直流线路、交流侧和直流侧的电力滤波器、无功补偿装置、换流变压器、直流电抗器以及保护、控制装置等构成见图直流输电系统的基本构成。其中换流站是直流输电系统的核心,它完成交流和直流之间的变换,前换流器多数采用晶闸管可控硅整流管组成三相桥式整流作为基本单元,称为换流桥。一般由两个或多个换流桥组成换流系统,实现交流变直流直流变交流的功能。到目前为止工程上绝大部分直流输电的由半控型的晶闸管器件构成。1.3.2 高压直流输电的分类直流输电按输电的极数可分为单
7、极直流输电、双极直流输电、直流多回线输电和多端直流输电。现在运行的直流输电工程中只有很少的运用了多端直流输电,但也只限于放射式。直流输电一般采用双极线路,当换流器有一极退出运行时,直流系统可按单极两线运行,但输送功率要减少一半。单极高压直流输电又分为一线一地和单极两线的方式,即单极回线方式和单极金属回线方式。图1 单极回线方式和单极金属回线方式直流双极输电分为中性点两端接地方式,中性点单端接地方式和中性线方式。图2 双极输电中型点接地方式 直流多回输电分为线路多回输电方式和换流器并联方式的多回线输电。线路并联多回输电方式每极线都采用多回输电线路,可提高输电的容量、输电的可靠性及可用率。多端直流
8、输电分为并联多端直流输电方式和串联多端直流输电方式。1.4 高压直流输电的点优缺点及适用场合 高压直流输电由于自身的结构和性能,具有一系列的特点。1. 优点高压直流输电用于远距离或超远距离输电,因为它相对传统的交流输电更经济。直流输电线造价低于交流输电线路但换流站造价却比交流变电站高得多。一般认为架空线路超过600-700km,电缆线路超过20-40km直流输电较交流输电经济。随着高电压大容量可控硅及控制保护技术的发展,换流设备造价逐渐降低直流输电近年来发展较快。我国洲坝一1100km、500kV,输送容量的直流输电工程,已经建成并投入运行。图4-2交流输电和直流输电线路走廊a交流输电线路走廊
9、；b直流输电线路走廊、功率传输特性。随着输送容量不断增长,稳定问题越来越成为交流输电的制约因素。为了满足稳定的要求,常需要采用串补、静补、调相机、开关站等措施,有时甚至不得不提高输电电压。但是这将增加很多电器设备,代价昂贵。直流输电没有相位和功角的问题,当然也就不存在稳定问题,只要电压降、网损等技术指标符合要求,就可以达到传输的目的,无须考虑稳定的问题,这是直流输电的重要特点,也是它的一大优势。输送功率：架空线路 交流对地有效值：=三相交流: Pd =导体允许通过的交流电有效值：= 直流对地电压：双极直流： Pd = 2 导体允许通过的电流：当=0.943时 Pa = Pd功率损耗：三相交流:
10、 Pa = =双极直流： Pd =Pd = =当Pd = Pa 、=0.943时,= =输送功率相同时,直流功率损耗为交流输电功率损耗的倍。2、对线路故障的自防护能力好。交流线路单相接地后,其消除过程一般约0.4-0.8s,加上重合闸时间,约0.61s恢复。直流线路单极接地,整流、逆变两侧晶闸管阀立即闭锁,电压降到零,迫使直流电流降到零,故障电弧熄灭不存在电流无法过零的困难,直流线路单极故障的恢复时间一般在0.2-0.35s。若线路上发生的故障重合过程中重燃,交流线路就三相跳闸了。直流输电系统则可以用延长留待去游离时间及降压方式来进行第二、第三次再启动,创造线路消除故障、恢复正常运行的条件。对
11、于单片绝缘子损坏,交流系统必然三相切除,直流系统则可降压运行,而且大多能取得成功。3、潮流和功率控制可实现自动化。交流输电的潮流取决于网络参数、发电机与负荷的运行方式,控制难度较大,需由值班人员调度。直流输电系统的功率传输可全部自动控制。4、对短路容量无影响。两个电网以交流互联时,将增加两侧系统的短路容量,有时会造成部分原有断路器不能满足遮断容量要求而需要更换。如果两电网以直流系统互联,无论哪里发生故障在直流线路上增加的电流都是不大的,因此不会影响交流系统的断路容量。5、调度管理简便。由于通过直流系统互联的两端交流系统可以有不同的频率,输送功率也可保持恒定。对于送端而言,整流站相当于交流系统的
12、一个负荷。对于受端而言,逆变站则相当于交流系统的一个电源。两个电网相互之间的干扰和影响小,运行管理简单方便,对我国当前发展的跨大区互联、合同售电、合资办电等形成的联合电力系统非常适用。2相对于直流输电的好处1当输送相同功率时,直流线路造价低,架空线路杆塔结构较简单,线路走廊窄,同绝缘水平的电缆可以运行于较高的电压；2直流输电的功率和能量损耗小； 3对通信干扰小； 4线路稳态运行时没有电容电流,没有电抗压降,沿线电压分布较平稳,线路本身无需无功补偿； 5直流输电线联系的两端交流系统不需要同步运行,因此可用以实现不同频率或相同频率交流系统之间的非同步联系； 6直流输电线本身不存在交流输电固有的稳定
13、问题,输送距离和功率也不受电力系统同步运行稳定性的限制； 7由直流输电线互相联系的交流系统各自的短路容量不会因互联而显著增大； 8直流输电线的功率和电流的调节控制比较容易并且迅速,可以实现各种调节、控制。如果交、直流并列运行,有助于提高交流系统的稳定性和改善整个系统的运行特性。3. 高压直流输电的缺点直流输电也存在一系列的缺点。直流换流站的设备多、结构复杂、造价高、损耗大、运行费用高、可靠性也较差。换流器在工作过程中会产生大量的谐波,处理不当而流入交流系统的谐波就会对交流电网的运行造成一系列问题。因此必须通过设置大量、成组的滤波器消除这些谐波。其次传统的电网换相直流输电在传送相同的功率时,会吸
14、收大量的无功功率,可以达到有功功率的50-60。需要大量的无功功率补偿设备及其相应的控制策略。另外,直流输电的接地极问题、直流断路器问题,都还存在着一些技术难点。当受端交流系统的短路容量与直流输送容量之比小于2时,称为弱受端系统,这时为了控制受端电压的稳定性,保证直流输送的可靠运行,通常要增设调相机、静止无功功率补偿器SVC或静止无功发生器SVG,且应实现HVDC与这些补偿设备的协调控制。 1.5 高压直流输电的历史与国外的现状自1954 年瑞典哥特兰的世界上第一项高压直流输电工程投运以来,高压直流输电技术已随着电力电子技术的突飞猛进而飞速发展, 直流输电具有输电容量大、稳定性好、控制调节灵活
15、等优点,对于远距离输电、海底电缆输电及不同频率系统的联网,高压直流输电拥有独特的优势。已作为高压交流输电技术的有力补充而在全世界广泛应用。我国幅员辽阔,西电东送、南北互供的电网发展战略使高压直流输电技术大有用武之地,预计将出现一系列高压直流输电工程。目前全世界直流输电工程约80个,其中具有代表性的工程有：巴西伊泰普直流输电工程 Itaipu HVDC transmission project,世界上已建成投运的输电电压最高750kV、输送功率最大6000MW的直流输电工程。魁北克新英格兰直流输电工程QuebecNew England HVDC transmission project,世界上最大的多端5个换流站直流输电工程。我国直流输电现状1早在50年代初,中国就已关注直流输电,当时政府派人去学习联的高压汞弧阀设计制造。1978年投运一条31kV、150A、送电电缆长9km的直流输电试验线,累计运行230
