高壓直流輸電復習解答

高壓直流輸電復習解答根據圖1簡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系表達式。基本原理：圖中包括兩個換流站，CS1為整流站，CS2為逆變站，交流系統(tǒng)Ⅰ側電壓經CS1后產生的直流電壓Vd1，而CS2將直流電壓Vd2逆變?yōu)榻涣飨到y(tǒng)Ⅱ側的電壓，若Vd1>Vd2，則可實現交流系統(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：費用相對較低易于雙向調節(jié)區(qū)域潮流需要時隨時可通過旁路轉換成交流聯(lián)接目前應用較多，主要是互聯(lián)電網時限制短路電流的增加，提高電網運行的穩(wěn)定性，以及不同頻率電網之間互聯(lián)時起變頻站作用。此外在系統(tǒng)增容時能夠限制短路容量，以避免大量電氣設備的更換。列舉直流輸電的優(yōu)點與適用場合：優(yōu)點：輸送相同功率時，線路的造價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)網對電網間的干擾小直流輸電的接入不會增加原有電力系統(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節(jié)，運行可靠適用場合遠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行的兩個交流系統(tǒng)之間的聯(lián)絡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)或者配電網增容時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：單極線路方式：單極一線式：用一根空導線或者電纜，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：導線數不少于兩根，所有導線同極性。雙極線路方式：雙極線路中性點兩端接地方式雙極中性點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：從自然換相點到閥的控制極上加以控制脈沖這段時間，用電氣角度來表示極為延遲角。換相角：整流側換相過程中所經歷的相位角超前角：為了使換流器由整流狀態(tài)轉變?yōu)槟孀儬顟B(tài)，增大延遲角ａ﹥90，此時以β=180o熄弧角：逆變側換相結束時刻到最近一個自然換相點之間的角度。圖3依據圖3單橋整流器在α>0，μ>0時的換相電路，畫出其等值電路圖，并簡述V1向V3換相過程。換相等值電路如下圖右所示：當導通的閥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突變，而存在一個閥V1和V3共同導通的時間。當換相開始的瞬間，即電路由一組閥（如V1V2）導通變?yōu)榱硪唤M閥（V1V2V3）導通的瞬間，電感支路的電流不會突變。當經過一定相角μ之后，電流ik增大到Id，同時有i1=Id-ik=0所以閥V1就關斷了，換流器變?yōu)閮蓚€閥（V2V3）導通的狀態(tài)。由于閥V1關斷后承受著反向電壓，從而保證了閥V1的關斷。延遲角為什么不能太大也不能太小?整流工況下，a太小，欲導通的閥在有觸發(fā)脈沖時承受的正向壓降太小可能導致導通失敗或者延時，a太小則會使功率因素太低。逆變工況下，當直流電流一定，隨著a的增加，換流器所需的無功功率將小。因此，從經濟角度來說，提高換流器運行觸發(fā)角會使得交流側功率因素增大，因此輸送相同直流功率時，所需的無功功率將減小。但a的增大，會導致?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行，a不能太大。為什么要求逆變器的熄弧角必須有一個最小值，但也不能太大？閥在關斷之后還需要一個載流子負荷的過程，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，會使直流系統(tǒng)的傳輸功率減少，增大系統(tǒng)消耗的無功，降低直流輸電系統(tǒng)運行的經濟性。什么叫經濟調節(jié)”，什么叫安全調節(jié)？安全調節(jié) 若任一γ<γ0，則快速增大γ，一次調節(jié)即達到γ>γ0經濟調節(jié) 若min(γ)>γ0，則緩慢減小γ，將最小的γ調整到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：當兩個橋臂之間換相結束后，剛退出導通的閥在反向電壓作用的一段時間內，如果未能恢復阻斷能力，或者在反向電壓期間換相過程一直未能進行完畢，這兩種情況在閥電壓變?yōu)檎驎r被換相的閥都將向原來預定退出導通的閥倒換相，稱為換相失敗。解決方法：利用無功補償維持換相電壓穩(wěn)定采用較大的平波電抗器系統(tǒng)規(guī)劃時選擇短路電抗較小的換流變增大β或γ的整定值采用適當的控制方式人工換相（強迫換相）在圖4上標出延遲角、重疊角、超前角、熄弧角、自然換相點等，并畫出其相應的直流輸出電壓示意圖。圖4 圖5指出圖5換流站中各標號代表的設備名稱，并介紹一些主要設備的功能。主要設備名稱標注如下：主要設備的作用：換流橋：實現交流與直流的轉換的核心部分換流變壓器：實現交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)的電絕緣與隔離；電壓變換；對交流電網入侵直流系統(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。無功補償裝置：提供無功功率、實現電壓調節(jié)和提高電壓穩(wěn)定性。濾波器組：濾波，同時可以提供一部分的無功功率。HVDC對晶閘管元件的基本要求有哪些？耐壓強度高載流能力大開通時間和電流上升率di/dt的限制關斷時間和電壓上升率dV/dt的限制換流變壓器的作用是什么？實現交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)的電絕緣與隔離；電壓變換；對交流電網入侵直流系統(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成方式可分為哪幾種？單極線路：只有1極導線，一般以大地或海水作為回路同極線路：具有兩根同極性導線，同時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線，有些采取大地（海水）回流，也有一些采用金屬回流。當兩極導線中的電流相等時，回路電路中就沒有電流。相對于交流電纜而言，直流電纜具有什么優(yōu)點？絕緣的工作電場強度高，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損耗和導體損耗低，載流量大。沒有交流磁場，有環(huán)保方面的優(yōu)勢采用大地回路的優(yōu)缺點是什么？優(yōu)點：比金屬回路損耗小便于分期建設雙極的一極故障停運后，仍可利用另一極導線和大地回路輸送一半或更多的電力缺點：設計技術要求比較高存在危及人、畜、魚類的危險電位梯度對地下金屬物體的電解腐蝕干擾其他電系統(tǒng)影響磁羅盤的讀數影響水生物什么是陽極腐蝕?請畫出三種典型的陸地接地極形狀。陽極腐蝕當電流從埋設在土壤中的金屬電極流出時（相當于作為陽極工作）電極會被嚴重腐蝕，這是因為電流離開金屬陽極時，實質上是土壤內電解液中的負離子移動到陽極表面和金屬結合并形成電化學生物，電化學反應式如下：陽極：陰極：生成的氫氧化亞鐵進一步變成氫氧化鐵，陽極金屬收到腐蝕。接地極形狀如下：防止接地極地中電路對周圍設施影響的措施有哪些?使接地電極的位置與有關設施保持足夠的距離采用陰極保護加涂絕緣層增大金屬埋設物周圍媒質的導電率海水電極的周圍要采取措施保護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，電能質量下降可能引起電網局部諧振，損壞系統(tǒng)設備威脅電力系統(tǒng)的安全運行增加電力系統(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)，降低通信質量諧波源分類：鐵磁飽和型電子開關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和直流側的特征諧波和非特征諧波?特征諧波：一個脈波數為p的換流器，在其直流側產生的諧波次數為n=kp，在其交流側產生的諧波次數為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無源濾波器圖6有源濾波器按阻抗特性分：單調諧濾波器雙調諧濾波器高通濾波器C型濾波器自調諧濾波器某雙調諧濾波器的阻抗-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設計有源和無源混合型直流濾波器的目的是什么？利用PF來分擔ADF的部分補償任務。既可克服ADF容量大、成本高的缺點，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，降低ADF的絕緣水平，減少ADF的容量，組成一種在技術和經濟方面最優(yōu)的混合濾波系統(tǒng)。分別畫出單調諧濾波器、雙調諧濾波器、高通濾波器的典型結構及其阻抗-頻率特性示意圖。單調諧：雙調諧：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危險的狀況；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;盡可能使功率因數保持較高的值；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)基本的調節(jié)手段有哪些?主要通過兩種手段來實現：調節(jié)換流器的觸發(fā)脈沖相位（α或β），響應時間1ms～10ms調節(jié)換流變壓器分接頭，響應時間5s～6s直流輸電系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)正常運行方式下的運行參數主要是：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:低電壓時最小電流限制GH:為防止逆變器進入整流工況而裝設的相角限制器的控制特性正常情況下的控制方式：整流站運行在定電流控制特性，此時，整流器直流電壓為了滿足定電流控制而留有一定的調節(jié)裕度；逆變站則運行在定熄弧角控制特性，從而確定直流線路的額定電壓，其對應的工作點為A.電流裕度控制特性：為防止整流器電壓大幅度下降而導致系統(tǒng)停運，逆變器也裝設電流調節(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：一段時定熄弧角控制，一段是定電流控制，由此實現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)的一個獨特優(yōu)點是：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，其響應速度要比交流發(fā)電機組快得多。因此，可以利用附加的直流功率控制來承擔或參與交流系統(tǒng)的頻率調節(jié)，以改善交流系統(tǒng)的運行性能和供電質量。在正常運行時，定功率調節(jié)器的工作是為滿足額定功率傳輸。而當交流系統(tǒng)頻率偏差超過整定值時，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)正常運行及整流側電壓下降時的控制特性正常運行時，整流站運行在定電流控制特性，此時，整流器直流電壓為了滿足定電流控制而留有一定的調節(jié)裕度；逆變站則運行在定熄弧角控制特性，從而確定直流線路的額定電壓，其對應的工作點為E當整流側電壓下降而使直流電流低于某一數值時，逆變站就自動轉入定電流控制。此時整流站轉入運行在在αmin控制特性上，以控制直流線路電壓，則運行點將轉移到E潮流翻轉的意義、實現方法，并畫圖說明控制系統(tǒng)的調節(jié)特性。意義：不僅在正常運行時可以按照經濟的原則調節(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現事故緊急支援。實現方法：由于換流閥單向導電的特性，所以直流電流的方向是不能改變的。要實現潮流（功率）的翻轉，只有使線路的直流電壓改變極性。這可通過調節(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)運行，而同時把原來的逆變器觸發(fā)相位提前，變?yōu)檎鳡顟B(tài)運行，翻轉過程是自動進行的調節(jié)特性說明：功率翻轉前，整流器和逆變器的正常運行點為A，功率由Ⅰ側輸送至Ⅱ側。當需要進行潮流翻轉時，可將電流差值?Id0（電流裕度指令）傳送給整流側，使Ⅰ側的電流整定值由Id0變?yōu)?Id0-?Id0)，而Ⅱ側的電流整定值由(Id0-?Id0)變?yōu)镮d0。此時在送端的換流器檢測出的直流電流Id0大于整定值(直流系統(tǒng)正常起動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曲線或直線平穩(wěn)地上升來實現。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)處于最佳的運行狀態(tài)。當交流電壓和直流電壓發(fā)生偏移或運行人員改變直流輸送功率以后，如果僅靠電流調節(jié)器的作用，整流器α角將發(fā)生很大的變化。控制策略：角度控制；電壓控制；脈沖觸發(fā)控制方式有哪兩種？各有什么優(yōu)缺點？分相控制優(yōu)點：在交流系統(tǒng)電壓嚴重不平衡時，仍然可以各自產生控制脈沖，以維持直流系統(tǒng)的運行。缺點：交流電源三相不對稱時，各相觸發(fā)信號之間不是等間隔的。隨著直流容量的增大，極易出現諧波不穩(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，獨立地產生等相位間隔觸發(fā)信號，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)保護配置的原則可靠性、靈敏性、選擇性、快速性、可控性、安全性、嚴密性為什么高壓直流輸電系統(tǒng)保護與控制系統(tǒng)有著密切的關系？直流系統(tǒng)保護動作的策略有哪些？原因，不同于交流系統(tǒng)的保護，由于直流系統(tǒng)的控制是通過改變換流器的觸發(fā)角來實現的，直流保護動作的主要措施也是通過觸發(fā)角變化和閉鎖觸發(fā)角脈沖來完成，因此直流輸電系統(tǒng)的保護與其控制系統(tǒng)策略和性能有著極密切的關系。動作策略：告警和啟動錄波；控制系統(tǒng)切換緊急移相；投旁通隊；閉鎖觸發(fā)脈沖極隔離；眺交流側斷路器；直流系統(tǒng)再起動；43設某遠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。額定運行狀態(tài)下逆變側的直流電壓為±550kv；直流電流為2.917KA；逆變站交流母線電壓為505KV。對應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%。求額定運行狀態(tài)下?lián)Q流器的內部狀態(tài)量觸發(fā)超前角，換相角，關斷角，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.