直流输电(整理版)

高压直流输电复习解答1.根据图1简述直流输电的基本原理，画出等值电路图.并写出直流电压、直流电流与交流电压的关系表达式。基本原理：图中包括两个换流站，CS1为整流站，CS2为逆变站，交流系统Ⅰ侧电压经CS1后产生的直流电压，而CS2将直流电压逆变为交流系统Ⅱ侧的电压，若，则可实现交流系统Ⅰ通过直流线路向交流系统Ⅱ输送功率，若，则可实现交流系统Ⅱ向交流系统Ⅰ输送功率，由此可见可以实现两个交流系统通过直流线路的功率交换。等值电路：2.简介“背靠背”换流方式。定义：将整流站和逆变站建在一起的直流输电系统优点：1)费用相对较低2)易于双向调节区域潮流3)需要时随时可通过旁路转换成交流联接目前应用较多，主要是互联电网时限制短路电流的增加，提高电网运行的稳定性，以及不同频率电网之间互联时起变频站作用。此外在系统增容时能够限制短路容量，以避免大量电气设备的更换。3.列举直流输电的优点与适用场合：优点：1)输送相同功率时，线路的造价低2)线路有功损耗小3)适合海下输电4)不受系统稳定极限的限制5)直流联网对电网间的干扰小6)直流输电的接入不会增加原有电力系统的短路电流容量7)输送功率的大小和方向可以快速控制和调节，运行可靠适用场合1)远距离大功率输电2)海底电缆输电3)不同频率或者同频率非同步运行的两个交流系统之间的联络4)用地下电缆向用电密度高的大城市供电5)交流系统互联或者配电网增容时作为限制短路电流的措施之一6)配合新能源的输电4.两端直流输电的运行接线方式.主要分为单极线路方式、双极线路方式两大类，具体如下：单极线路方式：1)单极一线式：用一根空导线或者电缆，以大地或者海水作为返回线路组成的直流输电系统2)单极两线式：导线数不少于两根，所有导线同极性。双极线路方式：1)双极线路中性点两端接地方式2)双极中性点单端接地方式3)双极中性线方式4)“背靠背”换流方式5.延迟角、换相角(重叠角)、超前角、熄弧角的概念。延迟角：从自然换相点到阀的控制极上加以控制脉冲这段时间，用电气角度来表示极为延迟角。换相角：整流侧换相过程中所经历的相位角超前角：为了使换流器由整流状态转变为逆变状态，增大延迟角ａ﹥90，此时以代替延迟角，其中称为超前角熄弧角：逆变侧换相结束时刻到最近一个自然换相点之间的角度。图36.依据图3单桥整流器在α0，μ0时的换相电路，画出其等值电路图，并简述V1向V3换相过程。换相等值电路如下图右所示：MV1V3V5V4V6V2ABCNIdVd~~~eaLCebLCecLCOikIdMV1V3V2ABCN~~~eaLCebLCecLCOIdik当导通的阀V1换相至阀V3的过程中，由于系统存在电感，换流变也有漏抗，所以回路中电流不会突变，而存在一个阀V1和V3共同导通的时间。当换相开始的瞬间，即电路由一组阀（如V1V2）导通变为另一组阀（V1V2V3）导通的瞬间，电感支路的电流不会突变。当经过一定相角μ之后，电流ik增大到Id，同时有i1=Id-ik=0所以阀V1就关断了，换流器变为两个阀（V2V3）导通的状态。由于阀V1关断后承受着反向电压，从而保证了阀V1的关断。7.延迟角为什么不能太大也不能太小?整流工况下，a太小，欲导通的阀在有触发脉冲时承受的正向压降太小可能导致导通失败或者延时，a太小则会使功率因素太低。逆变工况下，当直流电流一定，随着a的增加，换流器所需的无功功率将小。因此，从经济角度来说，提高换流器运行触发角会使得交流侧功率因素增大，因此输送相同直流功率时，所需的无功功率将减小。但a的增大，会导致换相角的增大，从而使熄弧角较小。为保证换流器的安全运行，a不能太大。8.为什么要求逆变器的熄弧角必须有一个最小值，但也不能太大？阀在关断之后还需要一个载流子负荷的过程，因此熄弧角必须足够大，如果熄弧角太小，将引起换相失败。另一方面如果一味增大熄弧角以减少换相失败，会使直流系统的传输功率减少，增大系统消耗的无功，降低直流输电系统运行的经济性。9.什么叫经济调节”，什么叫安全调节？安全调节若任一γγ0，则快速增大γ，一次调节即达到γγ0经济调节若min(γ)γ0，则缓慢减小γ，将最小的γ调整到γ0，其他各阀必然满足γ≥γ010.换相失败的原理是怎样的？换相失败的解决方法有哪些？换相失败的原理：当两个桥臂之间换相结束后，刚退出导通的阀在反向电压作用的一段时间内，如果未能恢复阻断能力，或者在反向电压期间换相过程一直未能进行完毕，这两种情况在阀电压变为正向时被换相的阀都将向原来预定退出导通的阀倒换相，称为换相失败。解决方法：1)利用无功补偿维持换相电压稳定2)采用较大的平波电抗器3)系统规划时选择短路电抗较小的换流变4)增大β或γ的整定值5)采用适当的控制方式6)人工换相（强迫换相）11.在图4上标出延迟角、重叠角、超前角、熄弧角、自然换相点等，并画出其相应的直流输出电压示意图。图4图512.指出图5换流站中各标号代表的设备名称，并介绍一些主要设备的功能。主要设备名称标注如下：主要设备的作用：换流桥：实现交流与直流的转换的核心部分换流变压器：实现交流系统与直流系统的电绝缘与隔离；电压变换；对交流电网入侵直流系统的过电压有一定的抑制作用。平波电抗器：抑制直流过电流的上升速度；滤波；缓冲过电压。无功补偿装置：提供无功功率、实现电压调节和提高电压稳定性。滤波器组：滤波，同时可以提供一部分的无功功率。13.HVDC对晶闸管元件的基本要求有哪些？1)耐压强度高2)载流能力大3)开通时间和电流上升率di/dt的限制4)关断时间和电压上升率dV/dt的限制14.换流变压器的作用是什么？1)实现交流系统与直流系统的电绝缘与隔离；2)电压变换；3)对交流电网入侵直流系统的过电压有一定的抑制作用。15.平波电抗器的作用是什么？1)抑制直流过电流的上升速度；2)滤波；3)缓冲过电压。16.高压直流输电线路按构成方式可分为哪几种？单极线路：只有1极导线，一般以大地或海水作为回路同极线路：具有两根同极性导线，同时也利用大地或海水作为回流回路双极线路：具有两根不同极性的导线，有些采取大地（海水）回流，也有一些采用金属回流。当两极导线中的电流相等时，回路电路中就没有电流。17.相对于交流电缆而言，直流电缆具有什么优点？1)绝缘的工作电场强度高，绝缘厚度薄，电缆外径小、重量轻、柔软性好和制造安装容易2)介质损耗和导体损耗低，载流量大。3)没有交流磁场，有环保方面的优势18.采用大地回路的优缺点是什么？优点：1)比金属回路损耗小2)便于分期建设3)双极的一极故障停运后，仍可利用另一极导线和大地回路输送一半或更多的电力缺点：1)设计技术要求比较高2)存在危及人、畜、鱼类的危险电位梯度3)对地下金属物体的电解腐蚀4)干扰其他电系统5)影响磁罗盘的读数6)影响水生物19.什么是阳极腐蚀?请画出三种典型的陆地接地极形状。阳极腐蚀当电流从埋设在土壤中的金属电极流出时（相当于作为阳极工作）电极会被严重腐蚀，这是因为电流离开金属阳极时，实质上是土壤内电解液中的负离子移动到阳极表面和金属结合并形成电化学生物，电化学反应式如下：阳极：2Fe(OH)OH2Fe2HH22e阴极：生成的氢氧化亚铁进一步变成氢氧化铁，阳极金属收到腐蚀。接地极形状如下：20.防止接地极地中电路对周围设施影响的措施有哪些?1)使接地电极的位置与有关设施保持足够的距离2)采用阴极保护3)加涂绝缘层4)增大金属埋设物周围媒质的导电率5)海水电极的周围要采取措施保护鱼类21.讲述高次谐波的概念、分类及危害。？？？概念：频率为基波的整数倍的周期性电气量波形称为高次谐波分类：危害：1)使系统的正弦波形畸变，电能质量下降2)可能引起电网局部谐振，损坏系统设备3)威胁电力系统的安全运行4)增加电力系统元件的附加功率损耗等，甚至造成过热损坏5)干扰邻近的通信系统，降低通信质量谐波源分类：1)铁磁饱和型2)电子开关型3)电弧型22.什么是谐波含有率和总谐波畸变率？谐波含有率（HR）：n次谐波分量的有效值与基波分量的有效值之比总谐波畸变率（THD）：谐波总量有效值与基波分量有效值之比23.什么是换流阀交流侧和直流侧的特征谐波和非特征谐波?特征谐波：一个脉波数为p的换流器，在其直流侧产生的谐波次数为n=kp，在其交流侧产生的谐波次数为n=kp±1为特征谐波。非特征谐波：除特征谐波以外的所有其他各次谐波24.简述滤波器的作用及分类。作用：1)滤除谐波；2)提供换流器所需的无功功率分类：按其用途分：–交流滤波器–直流滤波器按连接方式分：–串联滤波器–并联滤波器按滤波原理分：–无源滤波器–有源滤波器按阻抗特性分：–单调谐滤波器–双调谐滤波器–高通滤波器–C型滤波器–自调谐滤波器25.某双调谐滤波器的阻抗-频率特性如图6所示，如果它能够很好地滤除12次和24次谐波，则图中f1和f2分别等于多少？600Hz;1200Hz26.设计有源和无源混合型直流滤波器的目的是什么？利用PF来分担ADF的部分补偿任务。既可克服ADF容量大、成本高的缺点，充分发挥PF吸收大功率谐波电流的优越性及ADF抑制变化频率和多次谐波电流的高效性等优点，降低ADF的绝缘水平，减少ADF的容量，组成一种在技术和经济方面最优的混合滤波系统。27.分别画出单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器的典型结构及其阻抗-频率特性示意图。单调谐：双调谐：CLR0100020003000400050006000700017131925f/f1Z高通滤波器：CLR|Z|(Ω)Rf(Hz)28.直流输电系统的分层控制方式由哪些层次构成?四层控制方式包括：1)总控制2)站控制3)极控制4)桥控制29.直流输电系统控制系统的基本要求：1)限制电流的最大值，避免电流流过阀和其它载流元件出现危险的状况；图6C1L1R1L2R2C22)限制电流的最小值，避免电流间断而引起过电压；3)限制由于交流系统的波形而引起的直流电流波动;4)尽可能使功率因数保持较高的值；5)尽可能防止逆变器换相失败；6)保持线路送端电压恒定并且等于额定值；7)为控制所输送的功率，有时则要求控制某一端的频率。30.直流输电系统控制系统基本的调节手段有哪些?主要通过两种手段来实现：1)调节换流器的触发脉冲相位（α或β），响应时间1ms～10ms2)调节换流变压器分接头，响应时间5s～6s31.直流输电系统在稳态正常运行方式下的运行参数主要是：两端的直流电压、直流电流和输送功率。32.直流输电系统控制的基本方式有：1)定电流控制；2)定电压控制；3)定超前角β控制；4)定熄弧角γ控制；5)定延迟角a控制；6)定功率控制。33.试指出图7各线段的含义，并说明正常情况下整流站与逆变站采用的控制方式。什么是电流裕度控制特性?整流器各段特性MN:定触发角控制特性NC:定电流控制特性CJ：低电压控制的限流特性JI:低电压时最小电流限制逆变器各段特性：AR:定熄弧角控制特性QP:为防止控制方式的不稳定，采用的具有正斜率的控制特性QE：定电流控制特性EL:低电压控制的限流特性LG:低电压时最小电流限制GH:为防止逆变器进入整流工况而装设的相角限制器的控制特性正常情况下的控制方式：整流站运行在定电流控制特性，此时，整流器直流电压为了满足定电流控制而留有一定的调节裕度；逆变站则运行在定熄弧角控制特性，从而确定直流线路的额定电压，其对应的工作点为A.电流裕度控制特性：为防止整流器电压大幅度下降而导致系统停运，逆变器也装设电流调节器，其整定值比整流器的低一些。逆变器特性也由两段组成：一段时定熄弧角控制，一段是定电流控制，由此实现整流器与逆变器控制特性的组合的联合控制。34.直流系统的一个独特优点是：输送功率的大小不受各端交流系统电压的相位变化以及频率变化的影响，而且还图7R能方便加以控制，其响应速度要比交流发电机组快得多。因此，可以利用附加的直流功率控制来承担或参与交流系统的频率调节，以改善交流系统的运行性能和供电质量。在正常运行时，定功率调节器的工作是为满足额定功率传输。而当交流系统频率偏差超过整定值时，