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直流输电原理

直流输电原理直流输电原理

直流输电原理

直流输电（HVDC）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

电网的一种输电方式。

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。直流输电所用的换流器

通常采用12个（或6个）换流阀组成的

12脉动换流器（或6脉动换流器）。早期的直流输电工程曾采用汞弧

阀换流，20世纪70年代以后均采用晶闸管换流阀。目前，新型半导

体器件绝缘栅双极晶体管（IGBT）得到广泛应用。

换流变压器可实现交、直流侧的电压匹配和电隔离，还可以限制

短路电流。换流变压器阀侧绕组所承受的电压为直流电压叠加交流电

压，而且两侧绕组中均有一系列的谐波电流。因此，换流变压器的设

计、制造和运行均和普通电力变压器有所不同。

平波电抗器与直流滤波器共同承担直流侧滤波的任务，同时它还

具有防止线路上的陡波进入换流站，防止直流电流断续，降低逆变器

换相失败率等功能。运行时换流器的交流侧和直流侧都会产生谐波，所以在两侧需要

装设交流滤波器和直流滤波器。由晶闸管换流阀组成的电网换相换流

器，运行中还吸收大量的无功功率。因此，在换流站要利用交流滤波

器提供的无功，有时还需要另外装设无功补偿装置。

保护装置是实现直流输电正常起停、正常运行、自动调节、故障

处理与保护等功能的设备，它保证直流输电运行的可靠性。

直流输电主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。直流输电的发展也受到一些因素的限制。首先，直流输电的换

流站比交流系统的变电所复杂、造价高、运行管理要求高；其次，换

流装置（整流和逆变）运行中需要大量的无功补偿，正常运行时可达

直流输送功率的40～60%；换流装置在运行中在交流侧和直流侧均会

产生谐波，要装设滤波器；直流输电以大地或海水作回路时，会引起

沿途金属构件的腐蚀，需要防护措施。要发展多端直流输电，需研制

高压直流断路器。

随着电力电子技术的发展，大功率可控硅制造技术的进步、价格

下降、可靠性提高，换流站可用率的提高，直流输电技术的日益成熟，

直流输电在电力系统中必然得到更多的应用。

柔性直流输电原理

与传统直流输电不同，柔性直流输电（VSC-HVDC）是一种以电压

源换流器、可控关断器件和脉宽调制(PWM技术)为基础的新型直流输

电技术。这种输电技术能够瞬时实现有功和无功的独立解耦控制、能

向无源网络供电、换流站间无需通讯、且易于构成多端直流系统。另

外，该输电技术能同时向系统提供有功功率和无功功率的紧急支援，

在提高系统的稳定性和输电能力等方面具有优势。

下图为柔性直流输电系统单线原理图，两端的换流站均采用VSC结构，它由换流站、换流变

压器、换流电抗器、直流电容器和交流滤

波器等部分组成。

柔性直流输电单线原理图变压器T：变压器可以采用常规的单相或三相变压器。通常，为

了使换流站能够达到最大的有功功功率和无功功率，变压器的二次侧

绕组带有分接头开关。通过调节分接头来调节二次侧的基准电压，进

而获得最大的有功和无功输送能力。另外，变压器连接交流系统侧的

绕组（一次侧）一般采用星形接法，而靠近换流器侧的绕组（二次侧）

则采用三角形接法。变压器绕组中基本不含谐波电流分量和直流电流

分量；而且这种变压器接法能够防止由调制模式引起的零序分量向交

流系统传递。此外，为了向换流站提供辅助交流电源，变压器还可以

采用三绕组变压器。除了上述特点外，换流变压器的另一个重要作用

是将系统交流电压变换到与换流器直流侧电压相匹配的二次侧电压，

以确保开关调制度不至于过小，以减小输出电压和电流的谐波量，进

而可以减小交流滤波装置的容量。

换流电抗器

L：在电压源换流站中，对应每一相分别安装一个换

流电抗器。换流电抗器是电压源换流站的一个关键部分，它是VSC与

交流系统之间传输功率的纽带，它决定换流器的功率输送能力、有功

功率与无功功率的控制；同时，换流电抗器能抑制换流器输出的电流和电压中的开关频率谐

波量，以获得期望的基波电流和基波电压。另

外，换流电抗器还能抑制短路电流。因此，对换流电抗器的参数必须

进行优化设计。

直流侧电容器C：直流侧电容是VSC的直流侧储能元件，它可以缓

冲桥臂开断的冲击电流、减小直流侧的电压谐波，并为受端站