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高压直流电是否可以代替电力系统中的交流
2020-12-08

武汉华天电力专业生产直流高压发生器,下面为大家介绍高压直流电是否可以代替电力系统中的交流。


三相交流输电系统的局限性


三相交流输电系统的发展正在接近其可能性的极限。


此类限制可能包括:


不可避免的无功功率传输导致的传输功率损耗


由于集肤效应而增加的功率损耗


标称频率(50-60 Hz)不同或频率调整方法不同的互连分叉式三相传输系统的不可能


增加短路电流值(断路器难以断开有故障的电流;对电气设备的机械应力很大)


由于具有较高的横向容量值,因此无法使用更长的电缆线(例如海底电缆)


由于这些交流输电系统的局限性,可以在基于使用电力电子设备的技术(称为高压直流输电系统)中找到能量输电系统的未来,该系统的工作原理包括将交流电转换为直流电(通过使用整流器),长距离直流电传输线以及将直流电转换为交流电(通过使用逆变器)。功率转换在换流站中进行。


直流高压发生器


高压直流输电系统配置


本质上,高压直流系统有两个主要元素:


传输系统端点处的换流站


传输线(架空线,电缆)


换流站能够在两种情况下作为逆变器或整流器运行,此功能可实现双向能量传输。


换流站是一种创新的解决方案,基本上可以实现高压直流系统的应用。换流站最重要的部分是桥式换流器单元和换流变压器,半导体阀是桥式转换器单元的主要组件,不可控的半导体阀由二极管制成,而可控的阀则由串联连接的晶闸管制成。


嵌入在现代高压直流系统中的高性能晶闸管的圆盘直径最大为5英寸(125毫米),最大电流为4 kA,阻断电压能力超过8 kV,可将晶闸管串联连接,以在电压高于100 kV时获得更高的阻断能力。


现代的高压直流系统大多使用十二脉冲桥式转换器,它们被设计为两个完全可控的六脉冲桥式转换器,以串联方式连接,如下图1(a)所示。


图片.png


脉宽调制介绍


诸如IGBT之类的高频组件的发展导致了采用脉冲宽度调制技术的HV转换器设计。通过使用脉冲宽度调制 HV转换器,可以通过更改脉冲宽度调制信号来调节任何频率和幅度。


脉冲宽度调制 HV转换器的主要部分是IGBT桥式转换器。现代IGBT具有6.5 kV的阻断电压能力(尽管最新研究已使电压超过8 kV),最大电流值为3.6 kA,开关频率范围可能在几十kHz,这些IGBT转换器具有高于100 kV / µs的dv / dt临界值,如图1(b)所示。


高压直流变压器


高压直流变压器是高压直流系统的重要组成部分。它们用于将电压从交流系统转换为用于桥式转换器输入的相应交流电压值,十二脉冲桥式转换器需要由两个相差30°的三相电压系统设计的电源,这可以通过使用两个具有不同绕组配置的三相变压器(或如图1所示具有两个次级侧的变压器)来实现:一个在YY中连接,另一个在Y-Δ变压器矢量组中。


该解决方案有助于消除交流侧的第五和第七谐波以及直流侧的第六谐波,从而大大节省了谐波滤波器。



换流站还包含其他重要设备,例如交流滤波器,直流滤波器,电涌放电器,隔离开关等。


高压直流输电系统


高压直流输电系统的优势包括:


降低的功率损耗(线路寄生电感的影响微不足道)


用于有功功率传输的几乎全部传输容量


传输相同量能量的线数更少


较低的线横截面值(微不足道的集肤效果)


由于线路数量较少,因此塔架和传输路线的价格较便宜(如下图2所示)


由于横向容量值低,海底长距离能量传输


图片.png


另一方面,高压直流输电系统确实面临一些缺点,例如:


逆变器运行会在网络中产生大量的高次谐波,并带来电能质量问题


同样,电力电子设备会在电信信号中产生噪声。可以通过开发有助于减少此类不利影响的过滤器来缓解这种情况。


换流站由大量晶闸管组成,这些晶闸管是昂贵的电力电子组件。


晶闸管工作期间还会有很大的功率损耗。


另外,不应忘记,几乎所有的电气基础设施和能源消耗者都需要交流电,因此需要进行转换。

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