高压直流输电系统中整流阀功率因数的提高的仿真研究开题报告

1. 研究目的与意义

高压直流输电具有很多优点，其一，低耗材。直流输电线路不像交流输电需要三根导线，它只需正、负两极导线，其杆塔的结构简单。其二，传输效率大。直流输电不会因为交流输电功角稳定问题产生的暂态稳定性能变差而降低输送容量。第三点，控制性能好。高压直流输电是目前解决高电压大容量长距离输电和异步联网的重要手段。而将高压交流转换成高压直流输电中，整流阀的使用将会消耗大量的无功，如此不利于提高整个运行成本的效益。此时，迫切需要提高经济效益，到达经济最大化。稳态情况下，换流器消耗的无功功率占传输功率的40%-60%左右，而暂态情况下无功功率消耗更大。研究高压直流输电整流阀功率因数的提高，减小无功功率的损耗，减少无功设备的使用，具有较大的经济效益。

2. 课题关键问题和重难点

针对谐波和无功大部分是整流装置的作用所在，设计高功率因数、低谐波的整流器以消除谐波源，是防患于未然的积极有效的措施。三相整流器由于功率大，输入端对电网的影响也大，所以大功率的电源装置在输入侧都广泛采用三相三线（或三相四线）的整流器。一方面做到功率因数校正，另一方面防止对电网而言的负载不平衡。

实验研究发现，多重整流能够明显有效地消除谐波，获得更高的功率因数。但仍有诸多不足，主要有：随着重数的增加，元器件增多，电路结构比较复杂，系统的可靠性降低，损耗上升，另外重数也不能无限增加；多重化技术虽然提高了基波因数，但功率类数仍受触发角的影响，在整流器轻载时，功率因数仍然很低；其它还有体积、重量、成本等等不利因素。

3. 国内外研究现状（文献综述）

直流输电工程是以直流电的方式实现电能传输的工程。直流输电与交流输电相互配合构成现代电力传输系统。目前电力系统中的发电和用电的绝大部分均为交流电，要采用直流输电必须进行换流。也就是说，在送端需要将交流变换为直流电(称为整流)，经过直流输电线路将电能送注受端；而在受端又必须将直流电变换为交流电(称为逆变)，然后才能送到受端的交流系统中去，供用户使用。送端进行整流变换的地方叫整流站，而受端进行逆变变换的地方叫逆变站。整流站和逆变站可统称为换流站。实现整流和逆变变换的装置分别称为整流器和逆变器，它们统称为换流器^[1][2]。

治理电力污染有无源补偿和有源补偿等手段，但无论是无源补偿还是有源补偿都属于事后补偿的被动方法。从另一个思路出发，针对电力系统中绝大部分谐波是由整流器产生的特点，研究高功率因数，低谐波的整流器以消除谐波源则是防患于未燃的积极有效手段。传统整流器指的是二极管不控整流或晶闸管相控整流器。谐波的危害十分严重。在过去很长的一时间里，尽管人们早就认识到静止变流器带来的谐波问题，但早期静止变流器相对而言对电网容量较小，影响也没有那么明显^[3]。

随着静止变流器大范围、大容量的普遍应用，在电网容量中的比重日益增大，影响也越来越突出，引起了人们的广泛关注。过去几十年里很多学者和科技工作者对无功补偿和谐波抑制做了大量研究和尝试，概括来说解决电网和用电设备谐波污染的主要途径有两种：一是采用滤波技术，包括无源滤波和有源滤波（实际上就是无功或谐波补偿技术）；二是对用电设备的整流器进行改进，提高整流器的功率因数，本文主要研究功率因数的提高。针对谐波和无功大部分是整流装置产生的特点，设计高功率因数、低谐波的整流器以消除谐波源，则是防患于未然的积极有效的措施。高功率因数整流器主要分为传统整流器的改造和新型整流器的研究^[4][5]。

4. 研究方案

本课题主要讨论通过人工补偿提高功率因数，最常用的是并联电容器补偿。但就经济运行角度而言，补偿后的功率因数过高或过低均会使总功率损耗增加。因为补偿装置消耗有功发出无功，随着补偿容量的增加，其有功损耗也增加。本论文要通过数学模型建立后的仿真研究来寻求最合适的功率因数以达到经济最大化。

5. 工作计划

第一周 查阅和研读了大量相关中文资料，《高压直流输电工程技术》、《高压直流输电技术现状及发展前景》、《高压直流输电系统的运行和控制》等文献，并完成英文资料的翻译；

第二周 完成开题报告并上传；

第三周 准备开始学习了解高压直流输电系统的组成和工作原理；