输电系统有时用单极接线方式。但是单极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．例如加速地下各种金属管道的腐蚀。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，这就是双极接线。图4—1中的换流站由一个换流桥组成，为了提高直流线路的电压相减小换流器产生的谐波，常将多个换流桥串联而成为多桥换流器。多桥换流器的接线方式有双极和同极。团4—2(a)相(b)分别给出了双极和同极接线方式。同极接线方式中所有导线有相同的极性。单极接线方式也常常作为双极和同极接线方式的第一期工程。一个换流站通常称为直流输电系统的一端。所以图4－1和图4—2(a)、(b)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；多端直流系统用以联接三个及三个以上交流系统。图4－2(c)为一个单极三端直流系统的接线。
图4－l 直流输电的基本原理接线图
图4－2 直流输电的接线方式
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。把交流变为直流时称为整流器，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间管(Thyristor)。在目前的制造水平下，晶闸管的额定电压约为3—5kV，额定电流约为2.5—3kA。由于阀元件的耐压值和过流量有限，换流器可由一个或多个换流桥串并联组成。用于直流输电
的换流桥为三相桥式换流电路，如图4—3所示。一个换流桥有6个桥臂，桥臂由阀元件织成。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，下扰无线通讯，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自流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。
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通过直流输电线路向交流系统2输送电能时，C1为整流运行状态，C2为逆变运行状态。因而C1相当于电源，C 2为负载。设直流线路的电阻为R，可知线路电流
因此，c1送L1J的功率与c2收到的功率分别为
（4－1）
Pd1?Vd1Id （4－2）
Pd2?Vd2Id
二者之差为直流线路的电阻所消耗的功率。显然，直流线路输送的完全是有功功率。注意逆变器C2的直流电压Vd2与直流电流Id的方向相反，只要Vd1大于Vd2，就有满足式(4-1)的直流电流流过直流线路。因此通过调整直流电压的大小就可以调控输送功率的大小。必须指出，如果Vd2的极性不变，即使Vd2大于Vd1，C2也不能向C1输送功率。换句话说，式(4-1)中的电流不能为负，这是因为换流器只能单向导通。如果要调整输送功率的方向，则必须通过换流器的控制，使两端换流器的直流电压
的极性同时例反，也就是使c1运行在逆变状态，C2运行在整流状态。
由式(4-1)和式(4-2)可见，直流输电线路输送的电流和功率由线路两端的直流电压所决定，与两端的交流系统的频率和电压相位无关。直流电压的调节是通过调节换流桥的触发角来实现的，因而不直接受交流系统电压幅值的影响。直流电压在运行过程中允许的调节范围相对于交流电压的调节范围要大得多。这样，由于没有稳定向题的约束，直流输电方式可以长距离地输送大容量的电能；而交流输电方式在这种情况下则困难得名。在调节速度上，由于直流输电中的控制过程全部是由电子设备完成的，因而十分迅速。在电力系统暂态过程中，当快速地、大幅度地调节输送功率时，交流系统中的原动机并不立即承担全部的功率增量，只是系统的频率发生相应的变化。例如，增加输送功率．则交流系统1的频率将下降，交流系统2的频率将升高。这相当于把交流系统1中的所有旋转元件的转动动能的一部分转化为电能输送给交流系统2。最终由于交流系统1个的频率调节装置的动作，交流系统中的原动机出力增加，使频率恢复。在交流系统2需要紧急功率支援时，直流输电的这种快速调节持性是至关重要的。
以下我们介绍换流器的共作原理并推导一般换流器的基本方程。在推导中采用以下基本假定：
(1)不考虑谐波及中性点偏移的影响，即认为交流系统是三相对称、频率单一的正弦系统。
(2)不考虑直流电流的纹波，即认为直流电流是恒流。
(3)不计换流变压器的激磁阻抗和铜耗且不考虑换流变压器的饱和效应，即认为变压器是理想变压器。
(4)不考虑直流线路的分布参数特性。
如果读者只对交直流混联系统的潮流计算方法感兴趣而并不关心换流器的工作原理和其基本方程的导出过程，则可以直接阅读图4－15和换流器基本方程(4－37)～(4－39)。
4．2．2 不计Lc时换流器的基本方程
图4—3所尔为三相全波桥式换流器的等值电路及阀元件的符号。阀正常工作时只有导通和关断两种状态，阀从关断到导通必须同时具备两个条件：一是阳极电压高于阴极电压，或者说阀电压是正向的。二是在控制极上有触发所需的脉冲。当
阀电压为正，但控制极未加触发脉冲时，阀仍然是关断状态。阀的这种正向阻断能力是一般二极管所不具备的。阀既经触发导通后，即便触发脉冲消失，阀仍保持导通状态。须当阀电流减小到零．且阀电压保持—段时间(毫秒级即可)非正，阀才从导通转入关断状态。阀在导通状态下，阳极与阴极之间只有很小的正向压降，因此，近似认为阀在通态下的等值电阻为零。阀在关断状态下，阳极与阴极之间可以承受很高的正向或反向电压而不导通(仅仅有很小的泄漏电流)，因此，近似认为阀在断态下的等值电阻为无穷大。忽略阀的通态止向压降和断态泄漏电流时，阀即为理想阀。
图4－3 三相全波桥式换流器的等值电路及阀元件的符号
根据基本假定，交流系统(包括换流变压器)可用频率和电压恒定的理想电压源与电感Lc串联来等值。理想电压源的瞬时电压为
ea?Emcos(?t??/3) eb?Emcos(?t??/3) （4－2）
ea?Emcos(?t??)
则线间电压为
eac?ea?ec?3Emcos(?t??/6)
eba?eb?ea?3Emcos(?t??/2) （4－4）
ecb?ec?eb?3Emcos(?t?5?/6)
图4-4(a)给出了式(4-3)和式(4-4)的波形图。
首先分析触发延迟角?为零的情况。?为零意味着一旦阀的阳极电压高于阀的阴极电压便立即在阀的控制极上加触发脉冲，由于不计Lc阀便即刻导通。在图4－3中，注意上半桥的阀的编号为1、3、5，下半桥为4、6、2。由下面的分析可以看