高压直流三极输电技术

高压直流三极输电技术采用电流调制控制模式,同时利用三相导线,只需要对线路进行有限改造,就可有效提升原线路输送容量。因此高压直流三极输电技术是潜在的解决输电线路输送容量瓶颈效应的有效方案。为进一步推动高压直流三极输电技术的研究和应用,介绍了该技术的发展历程、系统结构、电流调制原理以及运行方式,详细分析了高压直流三极输电与常规高压直流输电相比的技术优势和经济特点,最后针对该技术的工程应用提出了需要重点研究的几个关键领域。     

高压三极直流输电系统电流调制特性仿真研究

为研究高压三极直流输电系统的电流调制运行特性,基于华东电网江苏—上海实际交流线路参数,利用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件建立了高压三极直流输电系统仿真模型,对利用交流线路改造后的三极直流输电系统电流调制运行过程中的稳态和暂态特性进行了仿真研究,并与常规直流输电运行特性进行了对比。仿真结果表明:将交流线路改造成高压三极直流输电系统,采用电流调制技术周期性切换导线上的电流定值,可以充分利用导线的发热极限容量,避免中性点流过电流,改造后的高压三极直流输电系统输送总功率从原来的1 200 MW提高到2 499 MW,增容效果显著;高压三极直流输电系统采用直流电流调制运行,各极直流电压、电流及功率特性与常规直流存在较大区别,可以通过改变电流调制比控制直流传输功率,改造后的高压三极直流输电系统谐波特性满足常规直流工程规范要求,高压三极直流系统暂态恢复特性与常规直流基本一致。     

三极直流输电技术原理及应用

对三极直流输电技术的发展进行回顾,详细分析了其电路结构、电流调制工作原理,介绍其性能和特点、应用领域,阐述了该技术在工程验证中需要关注的具体问题。三极直流输电技术可以应用于将交流线路改造成直流输电线路,能够充分发挥现有交流输电线路及设备的利用率。现今三极直流输电技术研究尚停留在理论和仿真层面,但是采用现有的技术、借鉴直流输电工程多年的运行经验,实现三极直流输电并不存在不可解决的障碍。     

高压直流三极输电特性分析

高压直流三极输电技术是一种适用于交流输电线路增容改造的新技术。介绍了它的主电路结构,对其中用于实现三极输电方式的关键部分——极3的2种接线方式(即换流阀直接反并联和换流阀中的晶闸管反并联)进行了比较,得出后者更适合应用于实际工程建设中的结论。并通过数学理论推导,分析了高压直流三极输电系统所采用的电流调制控制的原理。比较了将交流输电线路转换为高压直流双极和三极输电系统后的输电容量、冗余度、过载能力和经济性,得出后者优于前者的结论。最后,根据我国现有国情,将高压直流三极输电技术与其他的增容改造方法进行了比较,并对其在我国的应用前景进行了初步的探讨。     

三极直流输电技术特性及协调控制方式

为较大程度提升现有交流线路的输电容量,以缓解输电网输电能力欠缺,潮流拥塞等问题,引入一种交流线路改造成直流线路的技术方案—三极直流。三极直流能够提高线路的传输容量,具有较高的内在冗余度和过负荷能力,并可充分借鉴已有工程的经验,应用前景值得期待。该文介绍了三极直流输电的基本运行原理,总结了其技术和应用上的特点和优势,同时根据不对称电流调节策略,从时序控制、极控制和接地极电流平衡控制3方面提出了三极直流输电特有的协调控制策略。仿真结果表明,所提出的协调控制策略能够使得转换期间直流系统功率传输保持稳定,接地极电流波动控制在较小范围内,有利于交直流系统长期稳定运行。     

基于MMC的高压直流三极输电技术

在借鉴传统高压直流三极输电和模块化多电平换流器型直流输电(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)的基础上,提出基于MMC的高压直流三极输电技术。该技术采用五电平子模块来满足极3直流电压极性和直流电流方向周期性变化的要求。首先分析了五电平子模块的工作模式和闭锁后故障等值电路,而后分析了基于MMC的高压直流三极输电的电流调制策略,设计了MMC相应的控制策略。最后基于PSCAD/EMTDC搭建了基于MMC的高压直流三极输电系统,仿真算例结果验证了该系统的可行性。     

直流融冰技术的研究及应用

通过对目前常用的一些融冰方法介绍分析可知,直流融冰方法是最理想、有效的方法。分析了直流融冰技术的基本理论,计算出不同类型线路的融冰电流和所需电源容量。设计出容量不同的固定式和移动式融冰装置用于不同电压等级的交流线路融冰。根据计算的南方电网典型高压直流输电系统的线路融冰保线电流,提出了不改变主回路结构采用一极功率正送,另一极功率反送的运行方式对直流线路进行保线的方法。借助实时数字仿真系统解决了高肇直流输电工程线路保线运行方式的关键技术。研究成果成功应用于高肇直流输电工程中,保障了系统在冬季覆冰时的安全可靠运行。     

高压直流三极输电系统的建模与仿真

高压直流三极输电作为一种新的输电方式可以有效提高交流输出线路的容量。文中首先介绍了高压直流三极输电的工作原理,设计了功率平衡控制器使功率保持恒定。基于PSCAD/EMTDC软件平台,建立了高压直流三极输电系统仿真模型,针对系统的稳态运行特性进行了分析,详细阐述了由暂态故障引起的单个换流站紧急停运以及直流线路发生瞬时性和永久性接地故障时的控制保护策略,当发生故障时,将系统切换为双极直流输电,可以保证系统继续稳定运行。仿真结果验证了控制策略的正确性和有效性,表明高压直流三极输电是一种适用于交流线路增容改造的可行方案。     

直流融冰技术的研究及应用

通过对目前常用的一些融冰方法介绍分析可知,直流融冰方法是最理想、有效的方法.分析了直流融冰技术的基本理论,计算出不同类型线路的融冰电流和所需电源容量.设计出容量不同的固定式和移动式融冰装置用于不同电压等级的交流线路融冰.根据计算的南方电网典型高压直流输电系统的线路融冰保线电流,提出了不改变主回路结构采用一极功率正送,另一极功率反送的运行方式对直流线路进行保线的方法.借助实时数字仿真系统解决了高肇直流输电工程线路保线运行方式的关键技术.研究成果成功应用于高肇直流输电工程中,保障了系统在冬季覆冰时的安全可靠运行.     

基于双回路交直流同线输电方式的线路增容研究

针对高压远距离输电最大输送功率主要受制于静态稳定性的特点,通过分析交直流同线输电系统输送功率和功角之间的关系,得出利用直流输电系统的快速可控性来应对负荷的扰动,可提高系统的稳定裕度,间接增加线路的输送容量;并讨论了两侧交流系统有效短路比和稳定性之间的关系。同时分析出在电压电流满足一定的规则条件下,无需改变现有线路结构,在交流输电线路中注入直流实现交直流的同线传输,可大幅度地节省投资和运行成本。Matlab仿真实验验证了这一方案的可行性和有效性。     

直流输电接地极土壤模型建立及地下电流分布研究

针对高压直流输电地下电流问题,通过对大地土壤结构的分析,建立了三层土壤结构模型,并应用拟牛顿法对不等距温纳四极法测量的土壤结构参数进行了优化计算。在此基础上计算得到了直流输电接地极极址附近地下电流和电压,研究了接地极电流在四川向家坝水电站周围的大地土壤中的散流情况,并针对溪洛渡、向家坝水电站的直流输电线路接地极极址的选择给出了建议。     

ABB参与建造全球传输容量最大的输电线路

2013年4月10日,全球领先的电力和自动化技术集团ABB宣布将为国内溪洛渡–浙江金华±800kV特高压直流输电线路提供换流变压器、直流滤波电容器以及换流阀的核心元器件,该线路是目前世界上传输容量最大的直流输电线路。溪洛渡—浙江金华输电线路的传输容量高达800万kW,相当于8个大型电厂的发电容量总和,每年向浙江地区输送电量约400亿kW·h,可满足超过1100万人口的用电需求。这条线路每年输送的清洁水电相当于节省超过     

交流输电线路改造为直流输电线路的技术综述

在经济发达地区新建输电线路的矛盾甚为突出,如果将已有的交流架空输电线路改造为直流输电线路,可以提高线路的输电容量。综述了根据不同的交流线路情况采用单极直流输电、双极直流输电或者三极直流输电等的直流改造方案。     

±800kV直流特高压输电线路的设计

±800kV直流输电是国际上输电电压等级最高、技术最先进的直流输电方式。±800kV直流线路设计没有现成的经验可供参考。为满足工程建设需要,合理确定技术原则和建设标准,需要全面研究和分析与工程建设有关的主要设计原则。结合向家坝-上海直流输电工程,介绍了特高压直流线路设计的主要研究成果,包括气象条件、结构可靠度、导线选择、地线选择、绝缘子选型、绝缘子串及金具、绝缘配合、导线对地及交叉跨越距离、极导线排列方式和走廊宽度等。同时给出了大量±800kV特高压直流线路的基本设计条件、主要设计参数以及向家坝-上海直流线路的技术特点、单位km长度线路的杆塔质量、混凝土量等工程量指标。通过我国第1条输送功率达6400MW的特高压双极直流输电线路的设计实践,证明±800kV特高压直流线路技术上是可行的,经济上是合理的。     

直流断路器

自1954年瑞典首建96公里高压直流线路以来,高压直流输电,对长距离、大容量输电和联网工程已是一个极为重要的、可以供选择的优越方式。美国太平洋联线,长达1360公里,输送能力为1440兆瓦,电压为±400千伏,是当今世界上容量最大、线路最长的直流线路。目前苏联正在架设一条电压为1500千伏,长度为2400公里的超高压直流输电线路。它的输送能力预计为6000兆瓦,年输电量为420亿瓦小时。我国已经引进直流设备并建设葛洲坝至上海±500千伏直流输电工程。     

西门子（中国）有限公司

总部位于德国爱尔兰根的西门子输配电集团(PTD),已从广州中国南方电网有限责任公司接到一份订单,与国内企业联合建造另一条向中国东南部输送电力的高压直流输电线路,即“贵州—广东第2回±500kV直流输电工程”。在最终建成后将从中国西部的水电站和燃煤电厂向广东省工业中心输送低损耗电能,总容量达到300万kW,输电线路全长约1225km。该项目计划于2007年实现联网运行。西门子不仅为新建高压直流输电项目提供高压直流输电技术、换流变压器和其他关键部件,而且还为全部工程的设计和安装监督负责。该订单西门子所占份额超过1亿欧元。贵州—广…     

基于高压直流输电线路分布参数模型的模态电流差动保护算法

高压直流输电传输线分布电容电流会造成电流差动保护无法立即区分区内外故障,为避免保护误动作需要增加保护时间延迟和阈值,大大降低了电流差动保护的动作速度和灵敏性。为了使电流差动保护不受传输线分布电容电流影响,在基于传输线分布参数模型上考虑了正负极线路耦合特性,提出了适用于高压直流输电线路的模态电流差动保护算法。该算法以共模补偿电流作为故障识别依据,以差模补偿电流作为故障选极依据。该模态电流差动保护算法在故障期间可以进行故障选区和故障判极,且灵敏度高、动作速度快。最后通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该保护方法的可行性和有效性。     

基于电压和电流突变量方向的高压直流输电线路保护原理

对高压直流输电线路故障暂态特征的分析发现,直流线路两侧保护测量处电压突变量与电流突变量的方向特征在发生线路区内和区外故障时不同,由此构成高压直流输电线路保护原理。文中给出了电压、电流突变量方向判别判据和门槛值整定原则,并构造了相应的保护判据。对实际高压直流输电系统仿真的结果表明:提出的保护原理在双极直流输电系统的多种可能运行方式下、各种故障情况下都能正确识别区内、区外故障;在区内故障性雷击、高阻抗接地和极—极故障时能够准确动作。另外,该保护原理对通信通道、采样频率和数据计算速度要求不高。     

直流输电控制系统的组成及功能

介绍了高压直流输电控制系统的组成、基本控制功能及控制方式。直流极控制系统是换流站控制系统的核心,主要功能是通过对整流侧和逆变侧触发角的调节实现系统要求的输送功率或输送电流。直流输电和交流输电技术的显著不同在于输电过程对控制保护系统的依赖性。直流输电是建立在阀导通和截止控制上的一种电能传输方式。     

基于高频分量的高压直流输电线路单端保护方法

输电线路是高压直流输电系统中故障率最高的元件。针对现有输电线路行波保护耐过渡电阻能力差,存在难以识别区内高阻故障和远端区外金属性故障的问题,提出了一种高压直流输电线路单端保护方法。基于高压直流输电系统拓扑,分析了高压直流输电线路区内和区外故障电流的特征,从而利用小波变换提取高频分量电流构建保护方法。仿真结果表明,该方法不受过渡电阻、故障距离影响,保护可靠性高。