蒲洲
（广州电力设计院有限公司 广东广州 510610）
摘要：对于高压直流输电工程而言，除了需要对其它主要电气设备和系统的投资进行评价外，还必须准确地确定换流站中各种设备的功率损耗。在高压直流输电（HVDC）工程中存在一些常规交流系统中所没有的、但却对系统总体损耗具有很大影响的设备，主要包括：电压控制装置；交流和直流谐波滤波器；换流变压器；换流阀及平波电抗器等。
关键词：直流输电；损耗；计算
1 HVDC系统损耗预测
在大多数交流变电站中，总损耗实际上是指变压器损耗，这是因为其它损耗与变压器损耗相比而言都很小，除非变电站中包括大的电容器组或其它电压控制装置。标准电力变压器的效率很高，其损耗约为变压器满负荷输出容量的0.3%。变压器损耗一般都在工厂中进行计算和测量，并分别在空载、满负荷、或者在某一过负荷保证值下进行评价。一个标准变压器中的空载或励磁损耗可达到满负荷损耗的15%，因而在对变压器效率进行评价时，应同时考虑有载损耗及空载损耗。
2 HVDC站损耗的计算方法
导致HVDC站损耗的两个最主要的因素是换流变压器和换流阀。在进行任何用以预测HVDC终端损耗的计算之前，必须具备一些关于运行特性、系统特性以及相应的环境温度及海拔高度等方面的数据。
2.1换流阀损耗
换流阀及其控制和保护是HVDC换流站中最为复杂的设备，其中包含的许多元件均具有明显的运行损耗，通常，在进行损耗比较时将这些运行损耗单独处理，而将这些损耗相加，就可得到换流阀的总损耗。根据统计，可将换流阀的损耗分为以下8个部分：可控硅导热损耗（WTH）；换流阀导通损耗（WON）；其它阀导热损耗（与WTH组合）；与直流电压有关的损耗（WDC）；阻尼电阻器损耗（与“低频”相关的损耗，WLF）；阻尼电容器能量损耗（与“低频”相关的损耗，WHF）；关断损耗（WOF）；饱和电抗器磁滞损耗（WSR）。上述损耗是以每一个阀为基础、利用乘法算子从可控硅级至整个阀进行计算得到的。在这些损耗中，大多数损耗的数值都比较小，因此，可以与较大的损耗合并计算，如损耗分量1和3均为阀导热损失，则可通过将几个阀电阻的损耗量进行合并，而将上述1和3合并为一个量WTH。损耗分量4至6可被视为阻尼和均压电路损耗WDG，因而在进行损耗估算时可合并为一个量。综上所述，可以利用下列公式来计算满负荷下的换流阀损耗：
WT＝WTH＋WON＋WDG＋WOF＋WSR
2.2换流变压器损耗
换流变压器与交流电力变压器非常相似，它具有两个可测损耗分量，即铁损和有载损耗。一般而言，换流变压器的总损耗为铁损（空载损耗）和有载损耗的简单加和，但是，换流器本身还存在一个产生损耗的因素，即谐波电流，它将会使变压器的有载损耗增加，增加幅度将随换流站的运行工况和换流变压器的实际设计而改变，但谐波的存在不会对铁损造成任何影响。
2.3交流滤波器损耗
交流滤波器通常具有2个或3个臂，这些臂将在不同频率下发生谐振。每个臂包括电容器、电阻器以及电抗器，其中的每一元件均会产生损耗。
2.1电容器损耗
对于仅用作无功补偿的交流滤波器中并联电容器的损耗以及各并联电容器组的损耗，其计算方法与利用功率耗散值进行计算的方法相同。
通常电容器损耗的计算公式如下：
PC＝P1S
其中：
S=电容器组在额定电压及规定温度下的三相无功功率额定值；
P1=每一元件的损耗平均值，由同一运行过程中的所有元件产生的损耗计算而来，单位为W/kvar。
2.4滤波电抗器
其损耗是由于在工频及谐波频率下测量电感及品质因数产生的，计算公式如下：
其中：
n＝谐波次数（n＝1至49）；
ILn＝电抗器在n次谐波下的计算电流；
XLn＝在n次谐波下的电抗；
Qn＝在n次谐波下的平均品质因数。
2.5滤波器电阻器损耗
该损耗将在工频及谐波频率下、利用额定有效电流下的工厂测量电阻值并利用下列公式进行计算：
PR＝RIR2
2.6并联电容器组损耗
对于交流母线中作为电压支持的电容器组，其损耗的计算步骤同交流滤波电容器。
2.7并联电抗器损耗
对于交流母线中作为无功补偿的并联电抗器，由于其用途与交流并联电抗器相同，因此，其损耗可采用任意交流并联电抗器所采用的标准方法进行计算。
2.8直流平波电抗器损耗
直流平波电抗器损耗是在换流站处于运行状态下、由于带有叠加谐波的直流电流流过电抗器而引起的。如果采用箱式平波电抗器，则需将其铁损和涡流损耗加至电抗器绕组损耗中。利用工厂试验测量值，可对上述损耗计算如下：
2.9直流滤波器损耗
（下转第211页）
谐波电流流过直流滤波器中与交流滤波器相同的元件时，将会产生直流滤波器损耗。因此，电阻器和电抗器损耗的计算方法同交流滤波器损耗计算所采用的方法。直流滤波器中的电容器组损耗在正常直流电压下将随电容器电阻和直流泄漏电流的变化而改变，该损耗可采用下述公式进行计算：
其中：
Vdc＝电容器组额定电压；
Rc＝电容器组总电阻，单位为Ω。
2.10电力线路载波（PLC）干扰滤波器损耗
PLC滤波器通常包括一个或多个由空芯电抗器、并联电容器和调谐单元组成的π形滤波器，首先要计算在工频下电容器中的损耗（其计算方式通常同并联电容器）以及在工频及谐波频率下串联电抗器的损耗（其计算方式同滤波器电抗器）。另外，可能还需要在上述加和的基础上再加上一些较大的调谐元件损耗。
2.11辅助设备损耗及站用设备损耗
换流站中主要设备的功率损耗和使主要设备运行的设备所消耗的功率是有区别的。在计算总效率时，必须将二者相加以确定总损耗。此类负荷/损耗包括控制系统、站用变压器、电池充电器、逆变器、阀冷却系统风机和泵以及站用照明和暖通空调等设备所消耗的功率。
3 典型换流站设备损耗
利用上述损耗计算方法，可以得出一个传统2000MW双极换流站的损耗预测数据，如表3.2所示。
表3.2 典型的2000MW双极HVDC换流站的损耗（kW/极）
4结语
直流输电工程中损耗计算不仅能反应出设备运行状况，也可以帮助确立合适的运行模式，本文介绍了高压直流输电工程中各种换流站设备损耗的统计方法，提出了各种典型换流站设备损耗计算公式和组合计算方法，给出了典型直流输电工程的损耗统计。
参考文献：
[1]浙江大学发电教研室直流输电科研组．直流输电[M]．北京：电力工业出版社，1982．
[2]Peter Lips，HVDC换流阀的损耗计算（Loss Calculations of HVDC Thyristor Valve），IEEE Transactions on Power Delivery，Vol.3，No.1，1988.01，pp.358-362。
作者简介：
蒲洲（1988.06-）；男；汉；大学本科；工程师；电力系统二次设计；广州电力设计院有限公司。
论文作者:蒲洲
论文发表刊物:《河南电力》2018年15期
论文发表时间:2019/1/18
标签：电容器论文; 谐波论文; 滤波器论文; 电抗器论文; 设备论文; 变压器论文; 电流论文; 《河南电力》2018年15期论文;