基于电力系统简单模型的高压直流传输功率通量的研究.pdf
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1、基于电力系统简单模型的高压直流传输功率通量的研究黄锦 基于电力系统 简单模型的高压直流传输功率通量的研究 黄锦 ( 河西学院机 电工程 系 甘肃张掖 , 7 3 4 0 0 0 ) 摘 要: 高压直流传输( V D C ) 在特殊 清 况下比交流传输具有一定的优势,具有经济性 、稳定性 、 快速性等特点。随 着晶闸管换流阀的出现,高压直流传输( H V D C ) 更加具有吸引力。本文参考国外研究成果,对高压直流传输 ( H V D C ) 的控制 及其操作原理进行了系统的介绍,并描述了它有关功率通量的研究模型。 关键词: 高压直流传输( H V D C ) ; 控制; 功率通量 ; 模型 A
2、bs t r a c t : Hi g h v o l t a g e d c t r a n s mi s s i o n h a s c e r t a i n a d v a n t a g e t h a n a l t e r n a t i n g - c u r r e n t t r a n s mi s s i o n u n d e r s p e c i a l c i r c u ms t a n c e s , i t h a s t h e e ffic i e n c y , s t a b i l i t y a n d r a p i d i t y e t
3、c Wi t h t h y r i s t o r c o n v e r t e r v a l v e a p p e a r e d , Hi g h v o l mg e d c t r a n s mi s s i o n i s mo r e a t t r a c t i v e T h i s p a p e r r e f e r s t o f o r e i g n r e s e a r c h r e s u l t s , s y s t e ma t i c a l l y i n tro d u c e d h i g h - v o l t a g e d
4、i r e c t c u r r e n t t r a n s mi s s i o n S c o n tro l an d o p e r a t i n g p r i n c i p l e I t a l s o d e s c r i b e d HVDC S r e l e v a n t p o we r fl u x r e s e a r c h mo d e 1 Ke y wo r d s : H i g h v o l t a g e d c tr a n s mi s s i o n ; c o n t r o l ( HV DC ) ; p o w e r fl
5、 o w; mo d e l 中图分类号: 7 4 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 1 - 9 2 2 7 ( 2 0 1 2 ) - 0 6 - 0 0 1 4 - 0 3 0 弓 I 言 高压直流输电 自1 9 5 4 年被应用于商业以来,随着转换设 备的不断改进,直流输电得到了更为广泛的应用。高压直流 输电主要应用于以下三种类型: 第一,水下电缆长度超过3 o 公 里。由于这种距离的电缆的高 电容要求中间补偿站,这对于 交流输电来说是不切实际的; 第二,由于系统的稳定性以及理 论上两个系统间频率不同的问题,两个交流系统之间的异步 线路连接是不可行的; 第三传输大功率长距离的架空
6、线路。从 比交流输电距离超过6 0 0 公里这方面来说,高压直流输电极具 竞争力。 本文参考国外研究成果,对高压直流传输 ( H V D C ) 的控制及 其操作原理进行了系统的介绍,并对它有关功率通量的研究模 型进行了描述。 1 高压直流输电系统连接方式的分类 高压直流输电系统的连接方式可大致可分为下列三类: 单 极连接、双极连接和同极连接。 单极连接的基本配置如 图1 所示 。它使用一个导体,通 常是阴极 。回路是由地面或水提供。出于成本的考虑,人们 往往使用这种系统,特别是在电缆传输方面。这种类型的配 置也可以是双极连接的第一阶段 。当金属回路而不是地面 回 路在电阻率太高或可能干扰地下
7、 水下金属结构的情况下可使 用时,这种连接方式是不适宜的。导体是在低电压下形成金 属回路的。 双极连接的配置如图2 所示。它有两个导体,一个阳极的 收稿 日期: 2 0 1 2 - 0 9 - 1 1 作者简介: 黄锦 ( 1 9 7 6 一) ,甘肃张掖,本科、讲师,河西 学院机电工程系从事电力系统方面教学和科研。 1 4 和一个阴极。每个终端有两个同等额定电压的转换器,串联在 直流侧。交流之间的转换是接地的。通常情况下,电流的两极 都是相等的,没有接地电流。两极可以独立运作。如果一极由 于导体出现故障而孤立,另一极可与地面合作,通过使用的转 换器和线路来完成一半的额定负载。 交海幕域 交流
8、系统 图1 单极连接 图2 双极连接 碱 交搋器绒 从闪电性能的观点,双极直流输电线路可被等效为双回 路交流输电线路。正常运作下,它干扰附近设施的谐波比单极 体系要少。逆转功率通量方向是通过改变两极的极性来控制的 ( 必须无机械自动接线) 。 在接地电流不能承受或接地电极不可行的情况下,如高地 电阻率,第三导体被用作金属中性导体。当一极不工作,或两 极运作不平衡时,它作为回路。第三导体要求低绝缘,也可做 架空线的屏蔽线。如果它完全绝缘,它可以作为备用。 同极连接的配置如图3 所示,它拥有两个或两个以上具有 相同极性的导体。通常是负极,因为它可以减少由于 日晕而产 生的无线电干扰。该系统的回路是
9、通过地面。当有一个导体发 生故障,整个转换器可继续给其他的可超负荷运转的导体供 电。相比之下,将双极连接的线路转换为单极连接会更复杂且 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 自动化与仪器仪表2 0 1 2 年第6 期 ( 总第1 6 4 期) 不可取。而同极连接在这一方面却具有优势,它可以接受连续 的接地电流。 接地 电流对几英里范围的系统电极内有的天然气或石油 管道有负面作用。接地电流中作为导体的管线会腐蚀金属。因 此,使用地面回路的配置是不可行的。 变耩 系统 图3 同极连接 受溅繁统 上述高压直流输电系统的配置通常都有几个转换器组成的 级联组,每个都有一个变压器
10、行和一组阀。该转换器是并联在 交流侧( 变压器) 及在一系列的直流侧 ( 阀) , 从而得到从电极到 地面的理想电压。反馈高压直流输电系统 ( 用于异步连接) 可能 是专为每柱具有不同数量的阀门组的单极连接或双极连接设计 的,取决于互连的目的和所期望的可靠性。 当单极连接只在紧急情况下操作与使用时,最佳的点对 点 ( 双端) 直流输 电线路的连接方式就是双极连接。它们通常 在独立的两极之间提供最大程度的独立性,以避免两极同时 停止运作。 当直流系统是被连接到两个以上节点的交流网络时,就构 成了多端高压直流输电系统。 2 高压直流输电系统的控制L z 高压直流输电系统具有高度的可控性。它的效率取
11、决于恰 当的利用这种可控性,以确保达到动力系统理想性能。为了提 供高效率和稳定运行,并最大限度地在不损害安全的设备下提 高功率控制的灵活性,各种级别控制都使用分层的方式进行。 下面,我们将系统介绍其控制原理。 2 1 基本控制原理 柚精 蝴 厂 : : ( a ) 结构 图 Je x | d ( b ) 等效电路 ( c ) 电压分布 图4 基本控制原理 如图4 ( a ) 所示的直流连接。它代表了单极连接或双极连接 中的极。 相应的等效电路和电压分别如图4 ( b ) 和( C ) 。 从整流器到变流器产生 的直流为 , :V d o , C OS O t - Vd o c os y r 1
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