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直流输电系统的工作过程：由交流系统1（送电端）送出交流功率给整流站的交流母线，经换流变压器送到整流器，整流器将交流功率变换成直流功率，然后由直流线路把直流功率输送给逆变站内的逆变器，逆变器将直流功率变换成交流功率，在经换流变压器，把交流功率送入受电端的交流系统2[3-4]。
直流输电的基本原理接线图如下所示。这是一个简单的直流输电系统，包括两个换流站C1及C2和直流线路。根据直流导线的正负极性，直流输电系统分为单级系统、双极系统和同级系统。
图2.1 直流输电的基本原理接线图
图2.1所示的直流系统只有一根直流导线，通常为负极，另一根用大地代替，因此是单级系统。为了节省线路建设的投资，直流输电系统有时用单级接线方式。但单级系统中的地电流受地质的影响，有时可能对其附近的地下设施产生不良影响。为避免这种情况，可采用两根直流导线，一根为正极，另一根为负极，构成双极接线。上图中的换流站由一个换流桥组成，为了提高直流线路的电压和减小换流器产生的谐波，常将多个换流桥串联成为多桥换流器。多桥换流器的接线方式有双极和同级。
图2.2 直流输电的接线方式
同极接线方式中所有的导线有相同的极性。单极接线方式也常常作为双极和同极接线的第一期工程。一个换流站通常称为直流输电系统的一端。所以图2.2所示的直流输电系统分别为单极两端系统、双极两端系统和同极两端系统。实际的直流输电系统可以是多端系统，多端直流系统用以连接三个及三个以上交流系统。图2.2中（c）即为一个单极三段直流系统的接线。
换流站中的主要设备有：换流器、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、无功补偿设备和断路器。换流器的功能是实现交流电与直流电之间的变换。把交流变成直流时称为整流器，反之称为逆变器。组成换流器的最基本元件是阀元件。现代高压直流输电系统所用的阀元件为普通晶闸管（Thyristor）。换流器是直流输电的核心设备，其基本单元是由6个换流阀组成的三相6脉波整流桥，现代直流输电换流器的典型结构是由2个6脉波整流桥串联组成的12脉波换流器。换流桥的直流端与直流线路相连，交流端与换流变压器的二次绕组相连。换流变压器的一次绕组与交流电力系统相连。换流变压器与普通的电力变压器相同，但通常须带有有载调压分接头，从而可以通过调节换流变压器的变比方便地控制系统的运行状态。换流变压器的直流侧通常为三角形或星形中性点不接地接线，这样直流线路可以有独立于交流系统的电压参考点。换流器运行时，在其交流侧和直流侧都产生谐波电压和谐波电流，这些谐波分量影响电能质量，干扰无线通讯，因而必须安装参数合适的滤波器抑制这些谐波。平波电抗器的电感值很大，有时可达1H。其主要作用是减小直流线路中的谐波电压和谐波电流；避免逆变器的换相失败；保证直流电流在轻负荷时的连续；当直流线路发生短路时限制整流器中的短路电流峰值。另外，换流器在运行时需从交流系统吸收大量无功功率。稳态时吸收的无功功率约为直线线路输送的有功功率的50%,暂态过程中更多。因此，在换流站附近应有无功补偿装置为换流器提供无功电源。
2.3 直流输电的基本方程
直流输电是将电能由交流整流成直流输送，然后再逆变成交流接入交流系统。当交流系统1通过直流输电线路想交流系统2输送电能时，C1为整流运行状态，C2为逆变运行状态。因此，C1相当于电源，C2为负载。设直流线路的电阻为R，可知线路电流