《高壓直流輸電原理與運(yùn)行》復(fù)習(xí)提綱及答案

1、高壓直流輸電原理與運(yùn)行復(fù)習(xí)提綱第1章（1）高壓直流輸電的概念和分類 概念：高壓直流輸電由將交流電變換為直流電的整流器、高壓直流輸電線路 以及將直流電變換為交流電的逆變器三部分組成。高壓直流輸電是交流-直流-交流形式的電力電子換流電路。 常規(guī)高壓直流輸電：半控型的晶閘管，采取電網(wǎng)換相。 VSC 高壓直流輸電：全控型電力電子器件，采用器件換相。分類：長(zhǎng)距離直流輸電（兩端直流輸電），背靠背（BTB）直流輸電方式，交、 直流并聯(lián)輸電方式，交、直流疊加輸電方式，三級(jí)直流輸電方式。（2）直流系統(tǒng)的構(gòu)成直流單級(jí)輸電：大地或海水回流方式，導(dǎo)體回流方式。直流雙極輸電：中性點(diǎn)兩端接地方式，中性點(diǎn)單端接地方式，中性

2、線方式。直流多回線輸電：線路并聯(lián)多回輸電方式，換流器并聯(lián)的多回線輸電方式。多端直流輸電：并聯(lián)多端直流輸電方式，串聯(lián)多端直流輸電方式。（3）高壓直流輸電的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)性：高壓直流輸電的合理性和適用性體現(xiàn)在遠(yuǎn)距離、大容量輸電中?；ミB性：可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的非同步互連，可實(shí)現(xiàn)不同頻率交流電網(wǎng)的互連。 控制性：具有潮流快速可控的特點(diǎn)缺點(diǎn)：直流輸電換流站的設(shè)備多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、損耗大、運(yùn)行費(fèi)用高、可靠性 也較差。換流器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，處理不當(dāng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行造成影響，必須通過(guò) 設(shè)置大量、成組的濾波器消除這些諧波。電網(wǎng)換相方式的常規(guī)直流輸電在傳送有功功率的同時(shí)，會(huì)吸收大量無(wú)功功率， 可達(dá)有功功率的 5

3、060 ，需要大量的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置及相應(yīng)的控制策略。直流輸電的接地極和直流斷路器問(wèn)題都存在一些沒(méi)有很好解決的技術(shù)難點(diǎn) 。（4）目前已投運(yùn)20個(gè)直流輸電工程（詳見(jiàn) p14）2010年，我國(guó)已建成世界上第一條800KV的最高直流電壓等級(jí)的特高壓直 流輸電工程。五直：天-廣工程（500, 2000年），三-廣工程（2004年），貴-廣I回工程（2004 年），貴-廣II回工程（2008年），云廣特高壓工程（800KV）（5）輕型直流輸電特點(diǎn)：電壓源換流器為無(wú)源逆變，對(duì)受端系統(tǒng)沒(méi)有要求，故可用于向小容量系統(tǒng) 或不含旋轉(zhuǎn)電機(jī)的負(fù)荷供電。電壓源換流器產(chǎn)生的諧波大為削弱，對(duì)無(wú)功功率的需要也大大減少，同時(shí)只

4、需要在交流母線上安裝一組高通濾波器即可滿足諧波標(biāo)準(zhǔn)要求；無(wú)須安裝直流 濾波器和平波電抗器。不用出現(xiàn)換相失敗故障（低電壓大電流）。模塊化設(shè)計(jì)使 VSC 直流輸電工程縮短工期?？蓪?shí)現(xiàn)無(wú)人值班或少人值守運(yùn)行?？刂破骺筛鶕?jù)交流系統(tǒng)的需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，所以兩側(cè)電壓源型換流器不 需要通信聯(lián)絡(luò)，從而減少通信的投資及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用?？刹谎b設(shè)換流變壓器，同時(shí)可簡(jiǎn)化開(kāi)關(guān)，從而進(jìn)一步降低造價(jià)，提高 VSC 直流輸電的競(jìng)爭(zhēng)力。第 2章 高壓直流輸電系統(tǒng)的主要設(shè)備（1）高壓直流輸電系統(tǒng)的組成（主要設(shè)備） 換流裝置、換流變壓器、平波電抗器、無(wú)功補(bǔ)償裝置、濾波器、直流接地極、 直流輸電線路、交直流開(kāi)關(guān)設(shè)備、以及控制與保護(hù)裝置

5、、遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)。（2）高壓直流輸電系統(tǒng)的基本工作原理 通過(guò)換流裝置，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，將直流電傳送到受端換流裝置，再 由該換流裝置將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娝腿胧芏私涣飨到y(tǒng)。（3）高壓直流輸電系統(tǒng)的主要設(shè)備的功能換流裝置：將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娀蛑绷麟娹D(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?。（常識(shí)：現(xiàn)代高 壓直流輸電工程全部用 12脈波換流單元，因?yàn)橹C波少）換流變壓器：參與實(shí)現(xiàn)交流電與直流電之間的相互變換。實(shí)現(xiàn)電壓變換。抑制直流故障電流。削弱交流系統(tǒng)入侵直流系統(tǒng)的過(guò)電壓。減少換流器注入交流系統(tǒng)的諧波。實(shí)現(xiàn)交、直流系統(tǒng)的電氣隔離。平波電抗器：作用在第（4）題無(wú)功補(bǔ)償裝置：補(bǔ)償換流器消耗的無(wú)功功率濾波器：按連接方式分類：串聯(lián)濾

6、波器和并聯(lián)濾波器，用做換流器諧波抑制用途的 濾波器一定為并聯(lián)連接方式。按用途分：交流和直流濾波器。交流濾波器：抑制換流器產(chǎn)生的注入交流系統(tǒng)的諧波電流，同時(shí)部分補(bǔ)償 換流器吸收的無(wú)功功率。直流濾波器：抑制換流器產(chǎn)生的注入直流線路的諧波電流。直流輸電線路：為整流站向逆變站傳送直流電流或直流功率提供通路。接地極：鉗制中性點(diǎn)電位和為直流電流提供返回通路。（4）直流平波電抗器（大電感）的主要作用防止輕載時(shí)直流電流斷續(xù)。抑制直流故障電流的快速增加，減少逆變器繼發(fā)換相失敗的幾率。減少直流電流紋波，與直流濾波器一起共同構(gòu)成換流站直流諧波濾波電路。防止直流線路或直流開(kāi)關(guān)站產(chǎn)生的陡波沖擊波進(jìn)入閥廳，從而使換流閥免

7、 遭過(guò)電壓應(yīng)力過(guò)大而損壞。第 3 章 換流器工作原理（1）圖 3-1 高壓直流輸電系統(tǒng)接線圖系統(tǒng)1系統(tǒng)2系統(tǒng)1系統(tǒng)2圖中：UR和UI為換流器，可實(shí)現(xiàn)交流電向直流電或直流電向交流電的轉(zhuǎn)換。T 為換流變壓器，它向換流器提供適當(dāng)?shù)燃?jí)的不接地三相電壓源。（長(zhǎng)距 離、大容量高壓直流輸電系統(tǒng)中，換流變壓器全部采用單相雙繞組型式。） 。La 為平波電抗器，其作用是防止輕負(fù)荷時(shí)直流電流斷續(xù)，抑制直流故障 電流的快速增加，以及減小直流電流紋波等。ACF和DCF分別是交流濾波器和直流濾波器，其作用分別是抑制換流器 注入交、直流系統(tǒng)的諧波。交流濾波器還有無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓δ堋?此外，高壓直流輸電系統(tǒng)還有直流線路和控制保護(hù)

8、系統(tǒng)（圖 3-1 中未標(biāo)出）。2）6脈波整流器工作原理及各種工況2）6脈波整流器工作原理及各種工況N各種工況：?jiǎn)螛蛘髌鞴灿?3種運(yùn)行方式，1）正常運(yùn)行方式工況 2-3：指在 60的重復(fù)周期中，2個(gè)閥臂和 3個(gè)閥臂 輪流導(dǎo)通的運(yùn)行方式。單橋整流器工作在工況2-3狀態(tài)的前提條件：觸發(fā)延遲角0a90-u/2，同 時(shí)換相角uv 600。正常運(yùn)行時(shí)，單橋整流器的觸發(fā)延遲角a為10 20，換相 角 u=15 25。特點(diǎn)：1）在每個(gè)工頻周期中，由6個(gè)持續(xù)60且形狀完全相同的波形組成， 習(xí)慣 上稱這樣的 60周期為重復(fù)周期，單橋整流器又稱為 6 脈波整流器。2）每一個(gè)重復(fù)周期中，整流電壓由兩部分組成，一部分

9、為交流系統(tǒng)等值電 源線電壓值，即大齒部分，對(duì)應(yīng)兩個(gè)閥臂同時(shí)導(dǎo)通的狀態(tài)。另部分為小齒部分， 對(duì)應(yīng)三個(gè)閥臂同時(shí)導(dǎo)通的狀態(tài)。2）非正常運(yùn)行方式工況 3：指在60的重復(fù)周期中，始終只有 3個(gè)閥臂輪 流導(dǎo)通的運(yùn)行方式。單橋整流器工作在工況3狀態(tài)的前提條件是:觸發(fā)延遲角a=030,同時(shí)換 相角 u=60。如果直流輸送功率過(guò)大，致使直流電流增加較多時(shí)，滿足工況 3 的要求則過(guò) 渡到工況 3.特點(diǎn)： 1）出現(xiàn)強(qiáng)制延遲現(xiàn)象。觸發(fā)延遲角越小，則強(qiáng)迫觸發(fā)延遲角越大。 2）始終只有3 個(gè)閥臂同時(shí)導(dǎo)通。3）故障運(yùn)行方式工況 3-4：指在 60的重復(fù)周期中，3個(gè)閥臂和 4個(gè)閥臂 輪流導(dǎo)通的運(yùn)行方式。單橋整流器工作在工況

10、3-4 狀態(tài)的前提條件是 :觸發(fā)延遲角為 30v a v= 90-u/2，同時(shí)換相角 60vuv=120。如果直流電流增加很多，比如直流線路短路時(shí)，換相角 將會(huì)從正常運(yùn)行時(shí)的 1 5 25 增加到大于60 ，則從工況2-3過(guò)渡到工況3-4.（3）12脈波整流器的結(jié)構(gòu)、雙橋 12脈波整流器的工作原理（4）6脈波逆變器工作原理及工況（5）逆變器成功實(shí)現(xiàn)逆變需要同時(shí)滿足的三個(gè)條件外接直流電源，其極性必須與晶閘管的導(dǎo)通方向一致。外接交流系統(tǒng)，其在直流側(cè)產(chǎn)生的整流電壓平均值應(yīng)小于直流電源電壓。3晶閘管的觸發(fā)延遲角a應(yīng)在90。180。的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。（6）12脈波逆變器可能發(fā)生換相失敗當(dāng)關(guān)斷角過(guò)小時(shí)，

11、12 脈波逆變器會(huì)發(fā)生換相失敗，導(dǎo)致逆變器直流側(cè)短時(shí) 間的短路，直流電壓偏高。如果發(fā)生連續(xù)換相失敗，則直流電流增加過(guò)多，直流 控制保護(hù)系統(tǒng)將動(dòng)作，采取故障緊急移相的控制措施，使高壓直流輸電系統(tǒng)單極 或雙極停止運(yùn)行。如果只有發(fā)生一次換相失敗，直流電流增高較小，整流側(cè)定直 流電流控制動(dòng)作，很快就能將直流電流調(diào)回到預(yù)定值。第 4 章 高壓直流輸電的諧波抑制與無(wú)功補(bǔ)償（1）諧波的污染與危害（作業(yè)題）主要表現(xiàn)在對(duì)電力與信號(hào)的干擾影響方面。對(duì)電力的危害：.旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī) （換流變壓器過(guò)負(fù)荷）等的附加諧波損耗與發(fā)熱，縮短使用壽命；.諧波諧振 過(guò)電壓，造成電氣元器件及設(shè)備的故障與損壞；.電能計(jì)量錯(cuò)誤。在對(duì)信號(hào)干

12、擾方面有：.對(duì)通信系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾，使電信質(zhì)量下降；.使重要的和敏感 的自動(dòng)控制、保護(hù)裝置誤動(dòng)作；危害到功率處理器自身的正常運(yùn)行。2）諧波的分類（3）換流器交流側(cè)的特征諧波電流中只含有 6k 1 次的諧波， 6k 1 次諧波稱為 6 脈波換流器交流側(cè)的特 征諧波， i 的表達(dá)式為：asin19 wt H)1 TOC o 1-5 h z =Ld (sin wt - 1sin5wt -匕說(shuō)7 wt + 丄 sinllwt + 丄 sin13wt -丄 sinl7 wt -丄 in19 wt H)1電網(wǎng)側(cè)的總電流只含有 12k 1次的諧波稱為12脈波換流器交流側(cè)的特征諧 波

13、。電網(wǎng)側(cè)A相電流為：2 3I1111=2 x d (sin wt +sin 11w t +sin13wt + sin 23w t +sin 25 w t H)兀1111131231251（4）換流器直流側(cè)的特征諧波（5）換流器交流側(cè)的非特征諧波（不考）（6）換流器直流側(cè)的非特征諧波 產(chǎn)生直流側(cè)非特性諧波的因素： 1）交流母線電壓中含有諧波電壓，直流側(cè)將產(chǎn)生非特性諧波電壓。2）對(duì)于構(gòu)成12脈波換流器的兩個(gè)6脈波換流器的換流變壓器的漏抗不相 等和電壓比不相等，可以通過(guò)計(jì)算其運(yùn)行工況，然后代入6脈波換流器直流側(cè)特 征諧波公式，求得的6 （2k）次諧波可忽略不計(jì)，兩個(gè)6脈波換流器6 （2k+ 1） 次

14、諧波的差值作為非特征諧波。3）對(duì)于構(gòu)成一個(gè)換流站兩極換流器的任何運(yùn)行參數(shù)不相等，要根據(jù)實(shí)際情 況進(jìn)行計(jì)算，充分考慮各次諧波幅值和相位的差異。4）換流變壓器三相漏抗不平衡也將使直流電壓中產(chǎn)生非特征諧波。7）諧波抑制設(shè)備（填空或選擇）濾波器、平波電抗器、中性點(diǎn)沖擊電容器8）無(wú)功補(bǔ)償裝置分組容量的確定原則（不考）（9）無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備（填空或選擇） 主要有機(jī)械投切的電容器和電抗器、同步調(diào)相機(jī)和靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置 3 類。 前兩類是傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償裝置，最后一類是新型的。(10) FC-TCR 型 SVCFC-TCR型SVC的基本結(jié)構(gòu) 如圖423所示。一個(gè)三相三角 形接法的TCR與濾波器相并聯(lián) 使用通常TCR

15、的容量大于FC 的容量以保證既能輸岀容性無(wú) 功也能輸感性無(wú)功:實(shí)際應(yīng)用 中，常用一個(gè)濾波網(wǎng)絡(luò)（LC或 LCR）來(lái)取代單純的電容支路， 濾波網(wǎng)絡(luò)在基頻下等值為容性阻 抗，產(chǎn)生需要的容性無(wú)功，而在特定頻段內(nèi)表現(xiàn)為低阻抗，從而能對(duì)TCR產(chǎn)生的諧波分量起著濾波作用。FC- TCR型SVC之所以能夠平滑地輸出或吸收無(wú)功功率，是由于TCR部分能平滑地 改變其觸發(fā)角而改變其等值電納。（11）靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置與直流系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略制定時(shí)需要考慮的因素1、直流啟動(dòng)時(shí)交直流系統(tǒng)無(wú)功功率交換控制2、直流啟動(dòng)過(guò)程中濾波器投切引起的換流母線暫態(tài)過(guò)電壓及穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制3、功補(bǔ)償裝置U-I特性斜率與分接頭的協(xié)調(diào)控制，避免

16、分接頭的頻繁振蕩投切4、直流系統(tǒng)故障及交流系統(tǒng)故障時(shí)的協(xié)調(diào)控制，避免因靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置的不 當(dāng)控制引起系統(tǒng)不穩(wěn)定及直流功率的延遲恢復(fù)5、靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置控制系統(tǒng)參數(shù)及直流控制系統(tǒng)參數(shù)的協(xié)調(diào)整定6、考慮弱受端系統(tǒng)負(fù)荷特性對(duì)直流控制器級(jí)靜止無(wú)功補(bǔ)償協(xié)調(diào)控制策略的影響（12）換流器如何無(wú)功電壓控制低負(fù)荷下增加無(wú)功消耗幫助進(jìn)行不平衡無(wú)功的精密控制降低無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投切時(shí)的暫態(tài)電壓方式第 5 章 電網(wǎng)換相直流輸電的控制與保護(hù)（1）基本控制方式（換流器的相位控制） 基本控制方式：定電流控制、定電壓控制、定功率控制。另外，在逆變器還有定 熄弧角控制。（3）換流變壓器閥側(cè)電壓恒定的控制方式的特征不用切換分接頭，

17、即可快速實(shí)現(xiàn)從最小值到額定值的輸送功率。變壓器分接頭只在補(bǔ)償交流系統(tǒng)電壓變動(dòng)時(shí)使用，沒(méi)有必要補(bǔ)償直流電流變動(dòng)造成的直流電壓變化，較小的分接頭調(diào)整范圍即可滿足要求。輕負(fù)荷時(shí)的熄弧角變大，減少出現(xiàn)換相失敗的情況。（4）整流器、逆變器的協(xié)調(diào)控制5）協(xié)調(diào)控制的典型示例框圖圖 5-10（6）故障種類換流站內(nèi)故障類型：橋臂短路、換相失敗、逆變器觸角信號(hào)閉鎖、全壓起動(dòng)作業(yè)題：、試比較常規(guī)高壓直流輸電與輕型直流輸電優(yōu)劣及適用范圍？常規(guī)咼壓直流輸電輕型直流輸電換流站設(shè)備多少結(jié)構(gòu)復(fù)雜簡(jiǎn)單造價(jià)高低運(yùn)行費(fèi)用高低諧波大小對(duì)無(wú)功功率 的需求大小向小容量交 流系統(tǒng)及不 含旋轉(zhuǎn)電動(dòng) 機(jī)的負(fù)荷供 電不能能實(shí)現(xiàn)無(wú)人值 班或少人值

18、 守運(yùn)行不能能適用范圍局限在220KV及以上電壓等 級(jí)的遠(yuǎn)距離大容量輸電、海底電 纜輸電及不同額定頻率或相同額適用于電壓低于土 150KV、容量 不超過(guò)200MW的輸電定頻率父流系統(tǒng)間的非同步互聯(lián) 等方面二、諧波對(duì)電力系統(tǒng)危害主要表現(xiàn)在以下幾方面？答：主要表現(xiàn)在對(duì)電力與信號(hào)的干擾影響方面。對(duì)電力的危害：.旋轉(zhuǎn)電 動(dòng)機(jī)（換流變壓器過(guò)負(fù)荷）等的附加諧波損耗與發(fā)熱，縮短使用壽命；.諧波 諧振過(guò)電壓，造成電氣元器件及設(shè)備的故障與損壞；.電能計(jì)量錯(cuò)誤。在對(duì)信 號(hào)干擾方面有：.對(duì)通信系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾，使電信質(zhì)量下降；.使重要的和 敏感的自動(dòng)控制、保護(hù)裝置誤動(dòng)作；危害到功率處理器自身的正常運(yùn)行。三、對(duì)于換流站在運(yùn)行過(guò)程中所需無(wú)功功率為什么不能依靠或不能主要依靠所 接入交流系統(tǒng)來(lái)提供？答：因?yàn)楫?dāng)換流站從交流系統(tǒng)吸取或輸出大量無(wú)功功率時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致無(wú)功損 耗，同時(shí)換流站的交流電壓將會(huì)大幅度變化。所以在換流站中根據(jù)換流器