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3
6. 依据图3单桥整流器在α>0，μ>0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：
M V1 A V3 V5 Id V1 A B C M Id ea LC O eb LC ec LC ~ ~ ~ ik ea LC B C V2 N Vd O eb LC ec LC ~ ~ ~ ik V3 V2 Id N V4 V6 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γ < γ 0，则快速增大γ，一次调节即达到γ> γ 0 经济调节
若min(γ)> γ 0，则缓慢减小γ ，将最小的γ调整到γ 0 ，其他各阀必然满足γ ≥ γ 0
10. 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5
12. 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： Fe2OHFe(OH)22e2HH2
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
图6
– 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;1200Hz
26. 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：
C L R Z7000600050004000300020001000017131925 C1 L1 R1 L2 R2 C2
高通滤波器：
|Z| (Ω) f/f1
C L R R f (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；
2) 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～10ms 2) 调节换流变压器分接头，响应时间5s～6s
31. 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； R 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。 图7
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
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，V频率控制则参与作用，改变传输功率的整流器(CIA）FA大小，以援助故障的交流系统。 逆变器(CEA）CG EDF'A'E'35. 试分析图示直流系统正常运行及整整流器(CC）逆变器流侧电压下降时的控制特性 (CC）I正常运行时，整流站运行在定电流控制IHB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E 当整流侧电压下降而使直流电流低于某一数值时，逆变站就自动转入定电流控制。此时整流站转入运行在在控制特性上，以控制直流线路电压，则运行点将转移到。逆变器接管了电流控制，而整流器则确定直流电压。 36. 潮流翻转的意义、实现方法，并画图说明控制系统的调节特性。 VdVdα0α0 γminAγmin II IdId00Id0Id0 γminBγmin α0α0 潮流翻转的控制特性 意义： 不仅在正常运行时可以按照经济的原则调节输送功率的大小和方向，而且还可以在事故情况下很方便地实现事故紧急支援。 实现方法： 由于换流阀单向导电的特性，所以直流电流的方向是不能改变的。要实现潮流（功率）的翻转，只有使线路的直流电压改变极性。这可通过调节整流器的触发相位，使延迟角大于90º，变为逆变状态运行，而同时把原来的逆变器触发相位提前，变为整流状态运行，翻转过程是自动进行的 调节特性说明：
功率翻转前，整流器和逆变器的正常运行点为A，功率由Ⅰ侧输送至Ⅱ侧。当需要进行潮流翻转时，可将电流差值（电流裕度指令）传送给整流侧，使Ⅰ侧的电流整定值由变为，而Ⅱ侧的电流整定值由变为。此时在送端的换流器检测出的直流电流大于整定值时，直流调节器便不断加大a，力图降低运行电流。同时，受端逆变器检测出电流小于整定值，则选择由定角控制转换到定电流控制，并不断增大角，企图使电流维持在新的整定值。当时，则转入整流状态。同时送端也调到，由整流状态变为逆变状态，这一过程直到当送端换流器，转入定控制，并重
dmd
新稳定在新的运行点B，完成潮流翻转过程。 37. 直流系统正常起动控制的基本方法是怎样的？ 通过控制两端换流器的触发相位，使直流电流和电压从零开始按指数曲线或直线平稳地上升来实现。
38. 换流变的分接头控制的目的是什么？控制策略有哪两大类？ 目的：
分接头切换控制与触发角控制相配合，能保持直流系统处于最佳的运行状态。 当交流电压和直流电压发生偏移或运行人员改变直流输送功率以后，如果仅靠电流调节器的作用，整流器α角将发生很大的变化。 控制策略： 1) 角度控制； 2) 电压控制；
39. 脉冲触发控制方式有哪两种？各有什么优缺点？ 分相控制
优点：在交流系统电压严重不平衡时，仍然可以各自产生控制脉冲，以维持直流系统的运行。 缺点：
交流电源三相不对称时，各相触发信号之间不是等间隔的。随着直流容量的增大，极易出现谐波不稳定问题。 等距离脉冲相位控制
相位控制部分不受交流同步电源波形的影响，独立地产生等相位间隔触发信号，因此，所有阀的触发延迟量或提前量都是相等的，它只与系统电压间接同步。
40. 高压直流输电系统保护配置的原则
可靠性、灵敏性、选择性、快速性、可控性、安全性、严密性
41. 为什么高压直流输电系统保护与控制系统有着密切的关系？直流系统保护动作的策略有哪些？ 原因，不同于交流系统的保护，由于直流系统的控制是通过改变换流器的触发角来实现的，直流保护动作的主要措施也是通过触发角变化和闭锁触发角脉冲来完成，因此直流输电系统的保护与其控制系统策略和性能有着极密切的关系。 动作策略：
1) 告警和启动录波； 2) 控制系统切换 3) 紧急移相； 4) 投旁通队； 5) 闭锁触发脉冲 6) 极隔离；
7) 眺交流侧断路器； 8) 直流系统再起动；
43设某远距离大容量直流输电系统额定电压为±600kv，额定功率为3500mw，采用12脉波换流器，系统双极接线。额定运行状态下逆变侧的直流电压为±550kv；直流电流为2.917KA；逆变站交流母线电压为505KV。对应6脉波单桥，换流变压器的额定容量为S＝1009MVA，额定电压比为525/245KV，短路阻抗为u％＝15%。求额定运行状态下换流器的内部状态量触发超前角，换相角，关断
角，以及注入交流系统的功率。（38.2 18.7 19.5 3221.4MW－j1843.1Mvar） 解： 由题可得：：
其中
……………………….1
KV
代入题中数据可得：
忽略阳极电抗
得 代入1式可得
由于是双极运行，则
44已知：12脉换流器，直流额定电压UdN＝±500kV ，直流额定电流IdN＝3.0kA; 交流网侧额定电压UIN＝525kV；交流网侧最高运行电压UImax＝550kV；整流侧正常触发角α＝15（最大值为38）；直流架空输电线路每极正常直流电阻RLN＝8.0欧姆；降压运行要求的直流电压Udr＝350kV；降压运行时的最低直流功率要求Pdmin＝150MW；换流器直流感性压降标幺值dxR＝8.2％；换流器直流阻性压降标幺值drR＝3％，换流阀正向导通压降UT＝0.3kV。试根据上述基本数据选择整流侧换流变压器的正分接头范围（取变压器级差为1.25%）。
解：
由题意整理出如下参数： 额定电压运行方式下：
降压运行方式下：
具体计算如下： 额定电压运行：
（
解之：
理想直流侧额定电压）
由：
所以：降压运行：
解之：
其中：
代入上式中可得：
同理可得：
所以：
降压运行时分接头调到最大值
45.一个三相12脉波整流器由一组额定电压为220/110KV的变压器供电
如果一次侧电压为230KV，有效匝数比为0.48，当触发角a为20，换相角u为18时，求直流输出电压
如果整流器给出的直流电流为2000A，求有效换相电抗，交流电流基波分量有效值，功率因素解： 由题可得：
，变压器一次侧无功。
其中
分别代入可得：…………….1
………………….....................2
E=230*0.48代入1式： =257.49KV
由2式可得：
代入可得
=596.04MV.A=
=300MVar
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