高压直流输电系统的基本架构设计

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：该断路器不是用来排除HVDC系统直流侧故障的，而是排除变压器故障和使直流输电系统停运。

一个双极HVDC系统的基本架构如图4-4所示，它主要包括换流器（即整流桥和逆变桥）、平波电抗器、谐波滤波器、无功功率补偿装置、接地电极、直流输电线、交流断路器等。

图4-4 双极HVDC基本架构

1.换流器

换流器是完成交—直变换与直—交变换的最重要部件，是直流输电中的核心。它主要由阀桥和配有有载调压分接头的变压器组成。现代的HVDC系统阀桥一般包含6脉冲和12脉冲的高压阀。换流变压器向整流桥提供适当电压等级的不接地三相电压源，而逆变桥向换流变压器提供与整流桥侧电压等级一致的三相交流电源。由于变压器阀桥侧不接地，直流系统能建立自身的对地参考点，通常将阀桥的正端或负端接地^[106-107]。

2.直流平波电抗器

为了保证阀桥的成功换相及限制直流侧的短路电流，直流平波电抗器应具有较大的电感值，因此，在传输功率达数百万瓦的HVDC系统中，一般采用油浸式铁心电抗器。直流平波电抗器在每个换流站的每极串联时起到以下作用：降低直流线路中的谐波电压和电流；防止逆变桥换相失败；保证轻负载电流的连续与稳定性；限制直流线路短路期间整流桥中的峰值电流。

3.交、直流滤波器

换流桥在交流和直流两侧均会产生谐波电压和谐波电流，这些谐波电流可能导致电容器和负载过热，并且干扰移动通信系统。因此，在HVDC系统的交、直流侧均需装有滤波器，滤波器有无源滤波器和有源滤波器两类^[108]。(https://www.chuimin.cn)

4.无功功率补偿装置

由于整流桥和逆变桥的固有特性，在运行时要消耗大量的无功功率。在稳态条件下，HVDC系统消耗的无功功率约为其额定传输功率的50%，而且在暂态情况下，HVDC系统消耗的无功功率更大，因此，必须在整流桥和逆变桥的交流侧设置容性无功功率补偿装置。对于强交流系统，通常用并联电容补偿的形式，根据直流联络线和交流系统的要求，部分无功功率可采用静止无功补偿器或同步调相机。交流滤波器中的电容也可以提供部分无功功率。

5.接地电极

大多数HVDC系统的设计采用大地作为系统的中性导线。大的回路与同样长度的输电线路相比较，具有较低的电阻和相应低的功率损耗，还可以节省线路走廊。与大地相连的接地电极导体需要较大的表面积，以便使电流密度和表面电压梯度在允许的范围内。如果HVDC系统受环境条件的限制，不能将流经大地的电流密度和电压梯度限制在允许的范围内，则可以用金属性导体作为中性导线。

6.直流输电线

直流输电线可以是架空线，也可以是电缆。除了架空线的等效直径和间距（或电缆的绝缘介质尺寸）的要求有差异外，直流线路与交流线路十分相似。

7.交流断路器

为了切除发生故障时的换流变压器，在交流母线与变压器之间设置交流断路器。该断路器不是用来排除HVDC系统直流侧故障的，而是排除变压器故障和使直流输电系统停运。

高压直流输电系统的基本架构设计

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