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1、换流站的基本原理和控制摘要：20 世纪中期，随着电力电子元件的发明以及现代科技的发展，高压直流 输电技术越来越应用到我们生活中，而换流站作为高压直流输电系统的核心装置 就显得尤为重要。所以，掌握换流站的工作原理是很必要的。本文对换流站的组 成、作用和工作原理进行了全面的阐述，并且，经过大量研究实验和仿真，对换 流站的控制方面进行了总结和改进。此外，论文还列举了我国直流输电工程的换 流站工程建设的案例，分析其成功和失败的经验，这对于科研工作者们以后的研 究具有重要意义。关键词：高压直流输电；换流站；组成；作用；工作原理；控制；案例1 绪论高压直流输电系统发挥着越来越重要的角色，特别是在能源传输方
2、面。建设以特高压电 网为骨干网架的坚强智能电网，是深入贯彻我国“五位一体”总体布局，全面完成我国“四个全 面”战略布局，实现全体中华民族伟大复兴的重要途径。高压直流输电系统包括一个整流站和一个逆变站，它与交流输电系统有两个连接端口。 高压直流输电的核心是换流站，目前发展的高压直流输电系统的发电端和电力输送端之间与 电力接受端和负载用户之间都建有电力换流站，而并非简单的电力变压器。在直流输电系统 的发电端与电能输送端之间安装的换流站为整流装置，主要作用是将交流电转化为有很小波 动的直流电，以实现直流电能的传输。1本文将针对换流站的结构，作用以及工作原理对换流站进行详细的介绍，并结合相关案 例和经
3、验，详细阐述换流站的控制装置和方式，对于以后我国关于高压直流输电系统中换流 站的建设具有深远的意义。2 换流站装置2.1 组成换流站的建设中包括的主要设备或装置有：换流器、换流阀、换流变压器、平波电抗器 交直流谐波滤波器、无功功率补偿装置、交直流开关设备、直流输电线、控制与保护装置、 电力线载波以及站外接地电极等。这些装置各处于不同的位置，各发挥自己的作用，才使得 换流站的功能发挥的恰到好处，下面我们详细介绍各个装置。2.1.1 换流器换流器的主要作用为将直流电转变为交流电并且将交流电转变为直流电，是换流站的核 心装置。换流器在直流侧并联大容量电容器，目的是为了维持直流母线电压的稳定；交流侧
4、串联电抗器，目的是为了滤除电流谐波。由于应用场合的不同，换流器有不同的电路拓扑。 按高低电平来分，换流器可分为两电平换流器、三电平换流器和多电平换流器。22.1.2 换流阀换流阀是高压直流输电工程中必不可缺的装置，它的主要用途是用作完成直流交流换流 所用到的三相桥式换流器的桥臂，是换流器的核心装置之一。换流阀是进行换流的关键器件， 高压直流输电中，它不仅有逆变和整流的功能，在换流站中，它还有开关的功能，由于换流阀的快速可控制的性质，因此可对直流输电系统的停止工作和开始运行起到快速控制的作用。 32.1.3 换流变压器高压直流输电系统中所用到的变压器即为换流变压器，换流变压器也是换流站的核心装
5、置之一。在整流换流器中，换流变压器将交变电流转化为直流电流，并通过直流输电线路进 行传输；在逆变换流器中，换流变压器将线路输送来的直流电流逆变为交流电流，以便于向 负载提供电能。换流变压器在正常工作过程中会产生高强度的噪声，噪声的主要来源是铁心、 线圈、油箱及冷却装置的振动，如何让减小换流变压器是现代学者们一直在研究的课题，这 里就不再详细介绍。2.1.4 无功功率补偿装置在整流桥和逆变桥固有特性的基础上，运行时要消耗大量的无功功率。在高稳态条件下 高压直流输电系统中换流站所消耗的无功功率是输电线路传输功率的一半，而在瞬态条件下， 换流站所消耗的无功功率更大，所以，必须在整流桥和逆变桥的交流测
6、设置电容性负载无功 功率补偿装置。无功功率补偿装置不仅可以提高负载的功率因数，还能降低变压器的功率损 耗和线路损耗。42.2 工作原理从上文我们知道，换流站由很多部分组成，它的基本工作原理如下：换流站分为整流站 和逆变站，其实两个工作原理类似，一个为另一个的逆过程。下面我们重点分析整流站：交 流输电线路输送来的交变电流经过换流器和换流变压器转化为有很小波动的直流电能，再经 过平波电抗器转化为几乎没有波动的直流电嫩黄瓜，然后通过高压直流输电线路实现电能的 传输和使用，而整流桥和逆变桥消耗的无功功率由无功功率补偿装置来补偿，其中出现的谐 波经过直流和交流滤波器滤除，保证电网输送电流的整体质量。换流
7、站将整流站和逆变站整合到一个换流站内，分别实现由直流变为交流和由交流变为 直流的过程。其整流和逆变的结构和交流侧的设施与高压直流输电系统完全一样，可实现异 步联网，较好地实现不同交流电压的电网互联，并可将2 个交流同步电网隔离，可以有效地 阻断各互联的交流同步网间的相互影响，调度管理方便。53 换流站的控制高压直流输电的控制主要是是换流站的控制，而换流站的控制实则是换流器的控制，而 换流器的基本控制方式有整流侧定电流控制和逆变侧定电压控制。因为换流阀具有单向导电 性，所以流过换流器的电流只能按一个方向流入。所以，换流器可在直流输电线路的一端按 整流器运行，而在另一端按逆变器运行。因此，可控制从
8、一个交流输电系统发送端到另一个 交流输电系统的接收端的功率。随着科学技术的不断发展，换流站的控制越来越安全便捷，一种柔性直流混合配电网互 联换流站的控制方式越来越应用到换流站的控制当中。互联换流站(Interlingking Converter, ILC)是实现交直流系统互联的关键元件。ILC除了参与直流侧功率平衡和直流电压协调控制 外，为提高配电网可靠性，必须要使其参与交流测电压幅值和频率控制。如图3 所示，当一 侧的交流电网失去电源成为无源电网后，另一侧的电源将由ILC实现无源网络交流电压和频 率的控制。整个?交直流混合系统分别与两个来自不同输电网的变?电站相联，交流系统与直 流系统通过1
9、个或多个？电压源换流器(Voltage?Source?Converter, VSC)相?联。直流网络将 原有的交流网络分割为两个独立的子系统，使交流系统实现了解耦互联。 6上内容包括换流站的组成、作用、基本工作原理和控制，所有内容都是在已有的知识基 础上进行的创新。最后，我希望，国家在高压直流输电方面的发展和建设越来越好，走在新 时代的最前沿。参考文献：1 戴卫力，费俊涛，电力电子技术在电力系统中的应用 M. 北京：机械工业出版社， 2015.22 同向前，伍文俊，任碧莹，等.电压源换流器在电力系统中的应用M.北京：机械工 业出版社， 20123 Hongtai Liu， Rui Lin ，
10、Ganqing Zuo. Analysis of steady-state operation of Baoan converter stations Y/Y converter transformer substitute Zhaoqing converter stations converter transformerJ. IEEE. 2011.张玉梅，无功功率自动补偿装置的分析和应用J.华北科技学院学报，2009, 6（3）: 50-52.王欣竹，韩民晓，马秀达等柔性交直流混合配电网互联换流站的控制策略J.电器与 能效管理技术学报， 2018，（20）： 1-7.6C.-W.Hsu， T.-H.Kuo. 6-bit 500MHz flash A/D converter with new design techniquesJ. IEEE. 2003， 150（ 5）： 460.
