直流输电换流站基本计算.docx

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额定直流功率PdN是指在规定的系统条件和环境条件下,不投入备用设备时,直流输电工程连续输送的有功功率。直流输电工程是以一个“极”为一个独立的运行单位。每个极的额定直流功率为极的额定直流电压UdN和额定直流电流IdN的乘积。直流输电主回路系统通常包括整流站(RectificationPlant)、逆变站(InverterPlant)和直流输电线路(Line)三部分,由于每一部分都有损耗,因此额定直流功率的测量点需作出规定。通常规定额定直流功率的测量点在整流站的直流母线处。
本文设计背景资料中确定,哈密南—郑州换流站额定直流功率PdN为双极8000MW。

额定直流电压udN是在额定直流电流下输送额定直流功率所要求的直流电压的平均值。它的定义是换流站处于额定交流电压uaN、换流变压器额定抽头以及换流器额定触发角aN的条件下,运行在额定直流电流IdN下的直流电压。对于远距离的直流输电工程,由于两端换流站的额定直流电压不同
(逆变站的低于整流站),通常规定送端整流站的额定直流电压为工程的额定直流电压。
已运行工程的额定直流电压有:17、25、50、70、80、85、100、125、140、150、160、180、200、250、270、350、400、500、533、600、660kV和800kV等。未来随着直流输电技术的发展、成熟以及工程数量的增多,直流输电的额定直流电压也会像交流输电一样形成一定的电压等级系列,以便于设备制造和降低工程费用。
在哈郑直流输电工程中确定的额定直流电压 UdN为
800kV

当额定直流功率确定后,额定直流电流通常是由额定直流电压的选择来确定。额定直流电流IdN是直流输电系统中直流电流的平均值,它应能在规定的所有系统条件和环境条件范围内长期连续运行,无时间的限制。额定直流电流对设备选型、参数及换流站冷却系统的设计具有重要意义。
本工程额定直流功率为双极8000MW,额定直流电压为
800kV。由卩p可得,额定直流电流为5kAo
I—N-
NU
N

由直流输电稳态工况计算可知,工程中直流侧和交流侧电压、电流、有功和无功功率以及各种角度的关系,对后续设计中设备选型及参数计算有非常重要的意义。本节中列出
了在进行直流工程设计中进行稳态计算分析时,经常用到的计算公式。
(1)直流输电极对地电压UdN整流站极对地额定直流电压UdNR
U二800kV
dNR
逆变站极对地额定直流电压UdNI在该工程双极额定工况下,由下文 (2)、式(2-3)知
R=,/=5kA,
式(2-2)
dN
U=U-AU=
dNI dNR
式中:AU——Au=RI整流站和逆变站之间直流回
d d2d
路电压降,kV;
⑵直流电流Id及直流电阻R
式(2-3)
(2U-U)
I= dRdi=5000kA
d R
两式中,R为直流回路电阻,主要包括有直流线路电阻、平波电抗器电阻、接地极引线电阻和接地极电阻等。
本文主要讨论换流站双极额定状态下初步设计,故R取线路电阻。
该特高压工程直流输电线路约为2210km,查阅资料得
此工程采用6*JL/G3A-1000/45和6*JL/G2A-1000/80型号的大截面导线。
1
r=。
2
由R二2R,R 「2x6)L得双极直流线路电阻Rd为额
LL 1 2
。
(3)直流功率Pd整流站双极直流功率
P=8000MWdNR
逆变站双极直流功率
dNIdN
⑷直流回路电压降AUd
AU二U-U二800- dNR dNI
直流线路损耗APd
AP二P-P二8000- dNRdNI
换流站消耗的无功Qc
c
Q=Ptan申
cd
tan申=
-sm口cos +口)
sm口sin+口)
式(2-5)
式(2-6)
式(2-7)
式(2-7)
式(2-8)
式中,Pd为直流功率,MW;炉为整流站逆变站的功率
因数角,°;
整流站消耗的无功QcR
G/180-sin口cos(2a+p)tan申R= t)
R sinlsin\2a+1)
=Q/180)。-sin25.?680°cos(2x15。+。)= (2x15o+)
=
Q=Ptan屮==4522・3221MvarcR dR R
逆变站消耗的无功QcI为
式(2-9)
n‘180U-sinYcosGy+u)
tan申I= ( )
I sinUsin®+U)
_n^180)°-sin24・21°cos(2x17°+°)sin24,21°sin(2x17°+°)

Q=Ptan申== dI I
(7)换流站与交流系统交换无功功率
Qsys_Qtotal-Qdc
systotaldc
式中:Q表示交流系统与换流站之间交换的无功。Q
sys
式(2-11)
为total换流站无功补偿装置所提供的无功总量。Q为换流站所消耗dc
的无功总量。
(8)换流器换向角口
整流站的换向角Ur
cosG+u)=cosa-2d I&-U山0nr
R xNRIU
dN di0R
式(2-12)
逆变站的换向角
cosY+U)_cosY-2d LU山0ni
I xNIIU
dNdi0I
式中:dxNR、dxNI为两端换流站的相对感性压降;
式(2-13)
Udi0R和Udi0I,分别为整流器和逆变器的理想空载直流电
压;Id为直流电流。在双极平衡额定运行工况下,两式中的
比列部分都为1,根据后文:
整流侧:
cos(a+u)=cosa-2d U山0nr=cos15°-=
R xNRIU
dN di0R
卩=arccos(a+卩)-a二arccos()-15°=°
RR
式(2-14)
逆变侧:
cosG+u)=cosY-2d d di0N^=cosl7°-=
I xNIIU
dN di0I
u=arccos(丫+卩)-丫=arccos()-17°=°II
式(2-15)
(9)换流站功率因数COS®
整流站的功率因数COSQr
cos屮
R
=—Losa+cos(a+u)]=—Los15°+〕=
2 R2
式(2-16)
逆变站的功率因数COS®I
cos申=—LosY+cos(Y+u)]=—Los17°+〕=
I2I2
式(2-17)
(10)换流器交流侧电流Iv
整流器、逆变器交流侧电流与直流电流的关系可近似表示为
I沁-1=,-x5= 式(2-18)
v3d3
(11)换流变视在功率S
s=nuI 式(2-19)
3di0d
整流站一个极的换流变压器视在总功率SR
S=nUI== 式(2-20)
R3di0Rd3
逆变站一个极的换流变压器视在总功率SI
S=nUI== 式(2-21)
I3di0Id3
(12)直流输电最小输送功率Pmin
Pmin主要取决于工程的最小直流电流,而最小直流电流是由直流断续电流来决定的。通常取工程的最小直流电流限值等于或大于连续电流临界值(即不产生断续的电流临界值)的两倍⑹,即I>21
dmindd12
12脉动换流器的连续电流临界值可分别用以下近似公式进行计算。
I二2Udion() 式(2-22)
dd123L
d
通常直流输电工程的最小直流电流选择为其额定直流
电流的5%~10%。直流输电工程大多都具有降压运行的功能,其降压运行方式的直流电压通常为额定直流电压的70%~80%。
根据工程经验,本设计中最降压运行幅值按70%进行考虑,即