高壓直流輸電復(fù)習(xí)解答

高壓直流輸電復(fù)習(xí)解答根據(jù)圖1簡(jiǎn)述直流輸電的基本原理，畫出等值電路圖.并寫出直流電壓、直流電流與交流電壓的關(guān)系表達(dá)式。基本原理：圖中包括兩個(gè)換流站，CS1為整流站，CS2為逆變站，交流系統(tǒng)Ⅰ側(cè)電壓經(jīng)CS1后產(chǎn)生的直流電壓Vd1，而CS2將直流電壓Vd2逆變?yōu)榻涣飨到y(tǒng)Ⅱ側(cè)的電壓，若Vd1>Vd2，則可實(shí)現(xiàn)交流系統(tǒng)Ⅰ通過直流線路向交流系統(tǒng)Ⅱ輸送功率，若等值電路：VVI簡(jiǎn)介“背靠背”換流方式。定義：將整流站和逆變站建在一起的直流輸電系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：費(fèi)用相對(duì)較低易于雙向調(diào)節(jié)區(qū)域潮流需要時(shí)隨時(shí)可通過旁路轉(zhuǎn)換成交流聯(lián)接目前應(yīng)用較多，主要是互聯(lián)電網(wǎng)時(shí)限制短路電流的增加，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，以及不同頻率電網(wǎng)之間互聯(lián)時(shí)起變頻站作用。此外在系統(tǒng)增容時(shí)能夠限制短路容量，以避免大量電氣設(shè)備的更換。列舉直流輸電的優(yōu)點(diǎn)與適用場(chǎng)合：優(yōu)點(diǎn)：輸送相同功率時(shí)，線路的造價(jià)低線路有功損耗小適合海下輸電不受系統(tǒng)穩(wěn)定極限的限制直流聯(lián)網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)間的干擾小直流輸電的接入不會(huì)增加原有電力系統(tǒng)的短路電流容量輸送功率的大小和方向可以快速控制和調(diào)節(jié)，運(yùn)行可靠適用場(chǎng)合遠(yuǎn)距離大功率輸電海底電纜輸電不同頻率或者同頻率非同步運(yùn)行的兩個(gè)交流系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)用地下電纜向用電密度高的大城市供電交流系統(tǒng)互聯(lián)或者配電網(wǎng)增容時(shí)作為限制短路電流的措施之一配合新能源的輸電兩端直流輸電的運(yùn)行接線方式.主要分為單極線路方式、雙極線路方式兩大類，具體如下：?jiǎn)螛O線路方式：?jiǎn)螛O一線式：用一根空導(dǎo)線或者電纜，以大地或者海水作為返回線路組成的直流輸電系統(tǒng)單極兩線式：導(dǎo)線數(shù)不少于兩根，所有導(dǎo)線同極性。雙極線路方式：雙極線路中性點(diǎn)兩端接地方式雙極中性點(diǎn)單端接地方式雙極中性線方式“背靠背”換流方式延遲角、換相角(重疊角)、超前角、熄弧角的概念。延遲角：從自然換相點(diǎn)到閥的控制極上加以控制脈沖這段時(shí)間，用電氣角度來(lái)表示極為延遲角。換相角：整流側(cè)換相過程中所經(jīng)歷的相位角超前角：為了使換流器由整流狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟孀儬顟B(tài)，增大延遲角ａ﹥90，此時(shí)以β=180o熄弧角：逆變側(cè)換相結(jié)束時(shí)刻到最近一個(gè)自然換相點(diǎn)之間的角度。圖3依據(jù)圖3單橋整流器在α>0，μ>0時(shí)的換相電路，畫出其等值電路圖，并簡(jiǎn)述V1向V3換相過程。換相等值電路如下圖右所示：當(dāng)導(dǎo)通的閥V1換相至閥V3的過程中，由于系統(tǒng)存在電感，換流變也有漏抗，所以回路中電流不會(huì)突變，而存在一個(gè)閥V1和V3共同導(dǎo)通的時(shí)間。當(dāng)換相開始的瞬間，即電路由一組閥（如V1V2）導(dǎo)通變?yōu)榱硪唤M閥（V1V2V3）導(dǎo)通的瞬間，電感支路的電流不會(huì)突變。當(dāng)經(jīng)過一定相角μ之后，電流ik增大到Id，同時(shí)有i1=Id-ik=0所以閥V1就關(guān)斷了，換流器變?yōu)閮蓚€(gè)閥（V2V3）導(dǎo)通的狀態(tài)。由于閥V1關(guān)斷后承受著反向電壓，從而保證了閥V1的關(guān)斷。延遲角為什么不能太大也不能太小?整流工況下，a太小，欲導(dǎo)通的閥在有觸發(fā)脈沖時(shí)承受的正向壓降太小可能導(dǎo)致導(dǎo)通失敗或者延時(shí)，a太小則會(huì)使功率因素太低。逆變工況下，當(dāng)直流電流一定，隨著a的增加，換流器所需的無(wú)功功率將小。因此，從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)說，提高換流器運(yùn)行觸發(fā)角會(huì)使得交流側(cè)功率因素增大，因此輸送相同直流功率時(shí)，所需的無(wú)功功率將減小。但a的增大，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相角的增大，從而使熄弧角較小。為保證換流器的安全運(yùn)行，a不能太大。為什么要求逆變器的熄弧角必須有一個(gè)最小值，但也不能太大？閥在關(guān)斷之后還需要一個(gè)載流子負(fù)荷的過程，因此熄弧角必須足夠大，如果熄弧角太小，將引起換相失敗。另一方面如果一味增大熄弧角以減少換相失敗，會(huì)使直流系統(tǒng)的傳輸功率減少，增大系統(tǒng)消耗的無(wú)功，降低直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。什么叫經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)”，什么叫安全調(diào)節(jié)？安全調(diào)節(jié) 若任一γ<γ0，則快速增大γ，一次調(diào)節(jié)即達(dá)到γ>γ0經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié) 若min(γ)>γ0，則緩慢減小γ，將最小的γ調(diào)整到γ0，其他各閥必然滿足γ≥γ0換相失敗的原理是怎樣的？換相失敗的解決方法有哪些？換相失敗的原理：當(dāng)兩個(gè)橋臂之間換相結(jié)束后，剛退出導(dǎo)通的閥在反向電壓作用的一段時(shí)間內(nèi)，如果未能恢復(fù)阻斷能力，或者在反向電壓期間換相過程一直未能進(jìn)行完畢，這兩種情況在閥電壓變?yōu)檎驎r(shí)被換相的閥都將向原來(lái)預(yù)定退出導(dǎo)通的閥倒換相，稱為換相失敗。解決方法：利用無(wú)功補(bǔ)償維持換相電壓穩(wěn)定采用較大的平波電抗器系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)選擇短路電抗較小的換流變?cè)龃螃禄颚玫恼ㄖ挡捎眠m當(dāng)?shù)目刂品绞饺斯Q相（強(qiáng)迫換相）在圖4上標(biāo)出延遲角、重疊角、超前角、熄弧角、自然換相點(diǎn)等，并畫出其相應(yīng)的直流輸出電壓示意圖。圖4 圖5指出圖5換流站中各標(biāo)號(hào)代表的設(shè)備名稱，并介紹一些主要設(shè)備的功能。主要設(shè)備名稱標(biāo)注如下：主要設(shè)備的作用：換流橋：實(shí)現(xiàn)交流與直流的轉(zhuǎn)換的核心部分換流變壓器：實(shí)現(xiàn)交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)的電絕緣與隔離；電壓變換；對(duì)交流電網(wǎng)入侵直流系統(tǒng)的過電壓有一定的抑制作用。平波電抗器：抑制直流過電流的上升速度；濾波；緩沖過電壓。無(wú)功補(bǔ)償裝置：提供無(wú)功功率、實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)和提高電壓穩(wěn)定性。濾波器組：濾波，同時(shí)可以提供一部分的無(wú)功功率。HVDC對(duì)晶閘管元件的基本要求有哪些？耐壓強(qiáng)度高載流能力大開通時(shí)間和電流上升率di/dt的限制關(guān)斷時(shí)間和電壓上升率dV/dt的限制換流變壓器的作用是什么？實(shí)現(xiàn)交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)的電絕緣與隔離；電壓變換；對(duì)交流電網(wǎng)入侵直流系統(tǒng)的過電壓有一定的抑制作用。平波電抗器的作用是什么？抑制直流過電流的上升速度；濾波；緩沖過電壓。高壓直流輸電線路按構(gòu)成方式可分為哪幾種？單極線路：只有1極導(dǎo)線，一般以大地或海水作為回路同極線路：具有兩根同極性導(dǎo)線，同時(shí)也利用大地或海水作為回流回路雙極線路：具有兩根不同極性的導(dǎo)線，有些采取大地（海水）回流，也有一些采用金屬回流。當(dāng)兩極導(dǎo)線中的電流相等時(shí)，回路電路中就沒有電流。相對(duì)于交流電纜而言，直流電纜具有什么優(yōu)點(diǎn)？絕緣的工作電場(chǎng)強(qiáng)度高，絕緣厚度薄，電纜外徑小、重量輕、柔軟性好和制造安裝容易介質(zhì)損耗和導(dǎo)體損耗低，載流量大。沒有交流磁場(chǎng)，有環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)采用大地回路的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？?jī)?yōu)點(diǎn)：比金屬回路損耗小便于分期建設(shè)雙極的一極故障停運(yùn)后，仍可利用另一極導(dǎo)線和大地回路輸送一半或更多的電力缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)技術(shù)要求比較高存在危及人、畜、魚類的危險(xiǎn)電位梯度對(duì)地下金屬物體的電解腐蝕干擾其他電系統(tǒng)影響磁羅盤的讀數(shù)影響水生物什么是陽(yáng)極腐蝕?請(qǐng)畫出三種典型的陸地接地極形狀。陽(yáng)極腐蝕當(dāng)電流從埋設(shè)在土壤中的金屬電極流出時(shí)（相當(dāng)于作為陽(yáng)極工作）電極會(huì)被嚴(yán)重腐蝕，這是因?yàn)殡娏麟x開金屬陽(yáng)極時(shí)，實(shí)質(zhì)上是土壤內(nèi)電解液中的負(fù)離子移動(dòng)到陽(yáng)極表面和金屬結(jié)合并形成電化學(xué)生物，電化學(xué)反應(yīng)式如下：陽(yáng)極：陰極：生成的氫氧化亞鐵進(jìn)一步變成氫氧化鐵，陽(yáng)極金屬收到腐蝕。接地極形狀如下：防止接地極地中電路對(duì)周圍設(shè)施影響的措施有哪些?使接地電極的位置與有關(guān)設(shè)施保持足夠的距離采用陰極保護(hù)加涂絕緣層增大金屬埋設(shè)物周圍媒質(zhì)的導(dǎo)電率海水電極的周圍要采取措施保護(hù)魚類講述高次諧波的概念、分類及危害。？？？概念：頻率為基波的整數(shù)倍的周期性電氣量波形稱為高次諧波分類：危害：使系統(tǒng)的正弦波形畸變，電能質(zhì)量下降可能引起電網(wǎng)局部諧振，損壞系統(tǒng)設(shè)備威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行增加電力系統(tǒng)元件的附加功率損耗等，甚至造成過熱損壞干擾鄰近的通信系統(tǒng)，降低通信質(zhì)量諧波源分類：鐵磁飽和型電子開關(guān)型電弧型什么是諧波含有率和總諧波畸變率？諧波含有率（HR）：n次諧波分量的有效值與基波分量的有效值之比總諧波畸變率（THD）：諧波總量有效值與基波分量有效值之比什么是換流閥交流側(cè)和直流側(cè)的特征諧波和非特征諧波?特征諧波：一個(gè)脈波數(shù)為p的換流器，在其直流側(cè)產(chǎn)生的諧波次數(shù)為n=kp，在其交流側(cè)產(chǎn)生的諧波次數(shù)為n=kp±1為特征諧波。非特征諧波：除特征諧波以外的所有其他各次諧波簡(jiǎn)述濾波器的作用及分類。作用：濾除諧波；提供換流器所需的無(wú)功功率分類：按其用途分：交流濾波器直流濾波器按連接方式分：串聯(lián)濾波器并聯(lián)濾波器按濾波原理分：圖6無(wú)源濾波器圖6有源濾波器按阻抗特性分：?jiǎn)握{(diào)諧濾波器雙調(diào)諧濾波器高通濾波器C型濾波器自調(diào)諧濾波器某雙調(diào)諧濾波器的阻抗-頻率特性如圖6所示，如果它能夠很好地濾除12次和24次諧波，則圖中f1和f2分別等于多少？600Hz;1200Hz設(shè)計(jì)有源和無(wú)源混合型直流濾波器的目的是什么？利用PF來(lái)分擔(dān)ADF的部分補(bǔ)償任務(wù)。既可克服ADF容量大、成本高的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮PF吸收大功率諧波電流的優(yōu)越性及ADF抑制變化頻率和多次諧波電流的高效性等優(yōu)點(diǎn)，降低ADF的絕緣水平，減少ADF的容量，組成一種在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面最優(yōu)的混合濾波系統(tǒng)。分別畫出單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、高通濾波器的典型結(jié)構(gòu)及其阻抗-頻率特性示意圖。單調(diào)諧：雙調(diào)諧：高通濾波器：

直流輸電系統(tǒng)的分層控制方式由哪些層次構(gòu)成?四層控制方式包括：總控制站控制極控制橋控制直流輸電系統(tǒng)控制系統(tǒng)的基本要求：限制電流的最大值，避免電流流過閥和其它載流元件出現(xiàn)危險(xiǎn)的狀況；限制電流的最小值，避免電流間斷而引起過電壓；限制由于交流系統(tǒng)的波形而引起的直流電流波動(dòng);盡可能使功率因數(shù)保持較高的值；盡可能防止逆變器換相失??；保持線路送端電壓恒定并且等于額定值；為控制所輸送的功率，有時(shí)則要求控制某一端的頻率。直流輸電系統(tǒng)控制系統(tǒng)基本的調(diào)節(jié)手段有哪些?主要通過兩種手段來(lái)實(shí)現(xiàn)：調(diào)節(jié)換流器的觸發(fā)脈沖相位（α或β），響應(yīng)時(shí)間1ms～10ms調(diào)節(jié)換流變壓器分接頭，響應(yīng)時(shí)間5s～6s直流輸電系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)正常運(yùn)行方式下的運(yùn)行參數(shù)主要是：兩端的直流電壓、直流電流和輸送功率。圖7圖7直流輸電系統(tǒng)控制的基本方式有：R定電流控制；R定電壓控制；定超前角β控制；定熄弧角γ控制；定延遲角a控制；定功率控制。試指出圖7各線段的含義，并說明正常情況下整流站與逆變站采用的控制方式。什么是電流裕度控制特性?整流器各段特性MN:定觸發(fā)角控制特性NC:定電流控制特性CJ：低電壓控制的限流特性JI:低電壓時(shí)最小電流限制逆變器各段特性：AR:定熄弧角控制特性QP:為防止控制方式的不穩(wěn)定，采用的具有正斜率的控制特性QE：定電流控制特性EL:低電壓控制的限流特性LG:低電壓時(shí)最小電流限制GH:為防止逆變器進(jìn)入整流工況而裝設(shè)的相角限制器的控制特性正常情況下的控制方式：整流站運(yùn)行在定電流控制特性，此時(shí)，整流器直流電壓為了滿足定電流控制而留有一定的調(diào)節(jié)裕度；逆變站則運(yùn)行在定熄弧角控制特性，從而確定直流線路的額定電壓，其對(duì)應(yīng)的工作點(diǎn)為A.電流裕度控制特性：為防止整流器電壓大幅度下降而導(dǎo)致系統(tǒng)停運(yùn)，逆變器也裝設(shè)電流調(diào)節(jié)器，其整定值比整流器的低一些。逆變器特性也由兩段組成：一段時(shí)定熄弧角控制，一段是定電流控制，由此實(shí)現(xiàn)整流器與逆變器控制特性的組合的聯(lián)合控制。直流系統(tǒng)的一個(gè)獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是：輸送功率的大小不受各端交流系統(tǒng)電壓的相位變化以及頻率變化的影響，而且還能方便加以控制，其響應(yīng)速度要比交流發(fā)電機(jī)組快得多。因此，可以利用附加的直流功率控制來(lái)承擔(dān)或參與交流系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)，以改善交流系統(tǒng)的運(yùn)行性能和供電質(zhì)量。在正常運(yùn)行時(shí)，定功率調(diào)節(jié)器的工作是為滿足額定功率傳輸。而當(dāng)交流系統(tǒng)頻率偏差超過整定值時(shí)，頻率控制則參與作用，改變傳輸功率的大小，以援助故障的交流系統(tǒng)。試分析圖示直流系統(tǒng)正常運(yùn)行及整流側(cè)電壓下降時(shí)的控制特性正常運(yùn)行時(shí)，整流站運(yùn)行在定電流控制特性，此時(shí)，整流器直流電壓為了滿足定電流控制而留有一定的調(diào)節(jié)裕度；逆變站則運(yùn)行在定熄弧角控制特性，從而確定直流線路的額定電壓，其對(duì)應(yīng)的工作點(diǎn)為E當(dāng)整流側(cè)電壓下降而使直流電流低于某一數(shù)值時(shí)，逆變站就自動(dòng)轉(zhuǎn)入定電流控制。此時(shí)整流站轉(zhuǎn)入運(yùn)行在在αmin控制特性上，以控制直流線路電壓，則運(yùn)行點(diǎn)將轉(zhuǎn)移到E潮流翻轉(zhuǎn)的意義、實(shí)現(xiàn)方法，并畫圖說明控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性。意義：不僅在正常運(yùn)行時(shí)可以按照經(jīng)濟(jì)的原則調(diào)節(jié)輸送功率的大小和方向，而且還可以在事故情況下很方便地實(shí)現(xiàn)事故緊急支援。實(shí)現(xiàn)方法：由于換流閥單向?qū)щ姷奶匦?，所以直流電流的方向是不能改變的。要?shí)現(xiàn)潮流（功率）的翻轉(zhuǎn)，只有使線路的直流電壓改變極性。這可通過調(diào)節(jié)整流器的觸發(fā)相位，使延遲角大于90o，變?yōu)槟孀儬顟B(tài)運(yùn)行，而同時(shí)把原來(lái)的逆變器觸發(fā)相位提前，變?yōu)檎鳡顟B(tài)運(yùn)行，翻轉(zhuǎn)過程是自動(dòng)進(jìn)行的調(diào)節(jié)特性說明：功率翻轉(zhuǎn)前，整流器和逆變器的正常運(yùn)行點(diǎn)為A，功率由Ⅰ側(cè)輸送至Ⅱ側(cè)。當(dāng)需要進(jìn)行潮流翻轉(zhuǎn)時(shí)，可將電流差值?Id0（電流裕度指令）傳送給整流側(cè)，使Ⅰ側(cè)的電流整定值由Id0變?yōu)?Id0-?Id0)，而Ⅱ側(cè)的電流整定值由(Id0-?Id0)變?yōu)镮d0。此時(shí)在送端的換流器檢測(cè)出的直流電流Id0大于整定值(直流系統(tǒng)正常起動(dòng)控制的基本方法是怎樣的？通過控制兩端換流器的觸發(fā)相位，使直流電流和電壓從零開始按指數(shù)曲線或直線平穩(wěn)地上升來(lái)實(shí)現(xiàn)。換流變的分接頭控制的目的是什么？控制策略有哪兩大類？目的：分接頭切換控制與觸發(fā)角控制相配合，能保持直流系統(tǒng)處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)交流電壓和直流電壓發(fā)生偏移或運(yùn)行人員改變直流輸送功率以后，如果僅靠電流調(diào)節(jié)器的作用，整流器α角將發(fā)生很大的變化?？刂撇呗裕航嵌瓤刂疲浑妷嚎刂?；脈沖觸發(fā)控制方式有哪兩種？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？分相控制優(yōu)點(diǎn)：在交流系統(tǒng)電壓嚴(yán)重不平衡時(shí)，仍然可以各自產(chǎn)生控制脈沖，以維持直流系統(tǒng)的運(yùn)行。缺點(diǎn)：交流電源三相不對(duì)稱時(shí)，各相觸發(fā)信號(hào)之間不是等間隔的。隨著直流容量的增大，極易出現(xiàn)諧波不穩(wěn)定問題。等距離脈沖相位控制相位控制部分不受交流同步電源波形的影響，獨(dú)立地產(chǎn)生等相位間隔觸發(fā)信號(hào)，因此，所有閥的觸發(fā)延遲量或提前量都是相等的，它只與系統(tǒng)電壓間接同步。高壓直流輸電系統(tǒng)保護(hù)配置的原則可靠性、靈敏性、選擇性、快速性、可控性、安全性、嚴(yán)密性為什么高壓直流輸電系統(tǒng)保護(hù)與控制系統(tǒng)有著密切的關(guān)系？直流系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作的策略有哪些？原因，不同于交流系統(tǒng)的保護(hù)，由于直流系統(tǒng)的控制是通過改變換流器的觸發(fā)角來(lái)實(shí)現(xiàn)的，直流保護(hù)動(dòng)作的主要措施也是通過觸發(fā)角變化和閉鎖觸發(fā)角脈沖來(lái)完成，因此直流輸電系統(tǒng)的保護(hù)與其控制系統(tǒng)策略和性能有著極密切的關(guān)系。動(dòng)作策略：告警和啟動(dòng)錄波；控制系統(tǒng)切換緊急移相；投旁通隊(duì)；閉鎖觸發(fā)脈沖極隔離；眺交流側(cè)斷路器；直流系統(tǒng)再起動(dòng)；43設(shè)某遠(yuǎn)距離大容量直流輸電系統(tǒng)額定電壓為±600kv，額定功率為3500mw，采用12脈波換流器，系統(tǒng)雙極接線。額定運(yùn)行狀態(tài)下逆變側(cè)的直流電壓為±550kv；直流電流為2.917KA；逆變站交流母線電壓為505KV。對(duì)應(yīng)6脈波單橋，換流變壓器的額定容量為S＝1009MVA，額定電壓比為525/245KV，短路阻抗為u％＝15%。求額定運(yùn)行狀態(tài)下?lián)Q流器的內(nèi)部狀態(tài)量觸發(fā)超前角，換相角，關(guān)斷角，以及注入交流系統(tǒng)的功率。（38.218.719.53221.4MW－j1843.1Mvar）解：由題可得：：V其中Vd0=1.