《高壓直流輸電原理與運行》復習提綱及答案

1、高壓直流輸電原理與運行復習提綱第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，三級直流輸電方式。（2）直流系統(tǒng)的構成直流單級輸電：大地或海水回流方式，導體回流方式。直流雙極輸電：中性點兩端接地方式，中性點單端接地方式，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 優(yōu)點：經濟性：高壓直流輸電的合理性和適用性體現(xiàn)在遠距離、大容量輸電中?；ミB性：可實現(xiàn)電網的非同步互連，可實現(xiàn)不同頻率交流電網的互連。 控制性：具有潮流快速可控的特點缺點：直流輸電換流站的設備多、結構復雜、造價高、損耗大、運行費用高、可靠性 也較差。換流器工作時會產生大量的諧波，處理不當會對電網運行造成影響，必須通過 設置大量、成組的濾波器消除這些諧波。電網換相方式的常規(guī)直流輸電在傳送有功功率的同時，會吸收大量無功功率， 可達有功功率的 5

3、060 ，需要大量的無功功率補償裝置及相應的控制策略。直流輸電的接地極和直流斷路器問題都存在一些沒有很好解決的技術難點 。（4）目前已投運20個直流輸電工程（詳見 p14）2010年，我國已建成世界上第一條800KV的最高直流電壓等級的特高壓直 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：電壓源換流器為無源逆變，對受端系統(tǒng)沒有要求，故可用于向小容量系統(tǒng) 或不含旋轉電機的負荷供電。電壓源換流器產生的諧波大為削弱，對無功功率的需要也大大減少，同時只

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準要求；無須安裝直流 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）。模塊化設計使 VSC 直流輸電工程縮短工期。可實現(xiàn)無人值班或少人值守運行?？刂破骺筛鶕?jù)交流系統(tǒng)的需要實現(xiàn)自動調節(jié)，所以兩側電壓源型換流器不 需要通信聯(lián)絡，從而減少通信的投資及運行維護費用?？刹谎b設換流變壓器，同時可簡化開關，從而進一步降低造價，提高 VSC 直流輸電的競爭力。第 2章 高壓直流輸電系統(tǒng)的主要設備（1）高壓直流輸電系統(tǒng)的組成（主要設備） 換流裝置、換流變壓器、平波電抗器、無功補償裝置、濾波器、直流接地極、 直流輸電線路、交直流開關設備、以及控制與保護裝置

5、、遠程通信系統(tǒng)。（2）高壓直流輸電系統(tǒng)的基本工作原理 通過換流裝置，將交流電轉變?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)的主要設備的功能換流裝置：將交流電轉變?yōu)橹绷麟娀蛑绷麟娹D變?yōu)榻涣麟?。（常識：現(xiàn)代高 壓直流輸電工程全部用 12脈波換流單元，因為諧波少）換流變壓器：參與實現(xiàn)交流電與直流電之間的相互變換。實現(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)的過電壓。減少換流器注入交流系統(tǒng)的諧波。實現(xiàn)交、直流系統(tǒng)的電氣隔離。平波電抗器：作用在第（4）題無功補償裝置：補償換流器消耗的無功功率濾波器：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：抑制換流器產生的注入交流系統(tǒng)的諧波電流，同時部分補償 換流器吸收的無功功率。直流濾波器：抑制換流器產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成換流站直流諧波濾波電路。防止直流線路或直流開關站產生的陡波沖擊波進入閥廳，從而使換流閥免

7、 遭過電壓應力過大而損壞。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，可實現(xiàn)交流電向直流電或直流電向交流電的轉換。T 為換流變壓器，它向換流器提供適當?shù)燃壍牟唤拥厝嚯妷涸?。（長距 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，其作用是防止輕負荷時直流電流斷續(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。交流濾波器還有無功補償?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

8、系統(tǒng)（圖 3-1 中未標出）。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：單橋整流器共有 3種運行方式，1）正常運行方式工況 2-3：指在 60的重復周期中，2個閥臂和 3個閥臂 輪流導通的運行方式。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 時換相角uv 600。正常運行時，單橋整流器的觸發(fā)延遲角a為10 20，換相 角 u=15 25。特點：1）在每個工頻周期中，由6個持續(xù)60且形狀完全相同的波形組成， 習慣 上稱這樣的 60周期為重復周期，單橋整流器又稱為 6 脈波整流器。2）每一個重復周期中，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，對應兩個閥臂同時導通的狀態(tài)。另部分為小齒部分， 對應三個閥臂同時導通的狀態(tài)。2）非正常運行方式工況 3：指在60的重復周期中，始終只有 3個閥臂輪 流導通的運行方式。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,同時換 相角 u=60。如果直流輸送功率過大，致使直流電流增加較多時，滿足工況 3 的要求則過 渡到工況 3.特點： 1）出現(xiàn)強制延遲現(xiàn)象。觸發(fā)延遲角越小，則強迫觸發(fā)延遲角越大。 2）始終只有3 個閥臂同時導通。3）故障運行方式工況 3-4：指在 60的重復周期中，3個閥臂和 4個閥臂 輪流導通的運行方式。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，同時換相角 60vuv=120。如果直流電流增加很多，比如直流線路短路時，換相角 將會從正常運行時的 1 5 25 增加到大于60 ，則從工況2-3過渡到工況3-4.（3）12脈波整流器的結構、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）逆變器成功實現(xiàn)逆變需要同時滿足的三個條件外接直流電源，其極性必須與晶閘管的導通方向一致。外接交流系統(tǒng)，其在直流側產生的整流電壓平均值應小于直流電源電壓。3晶閘管的觸發(fā)延遲角a應在90。180。的范圍內連續(xù)可調。（6）12脈波逆變器可能發(fā)生換相失敗當關斷角過小時，

11、12 脈波逆變器會發(fā)生換相失敗，導致逆變器直流側短時 間的短路，直流電壓偏高。如果發(fā)生連續(xù)換相失敗，則直流電流增加過多，直流 控制保護系統(tǒng)將動作，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，整流側定直 流電流控制動作，很快就能將直流電流調回到預定值。第 4 章 高壓直流輸電的諧波抑制與無功補償（1）諧波的污染與危害（作業(yè)題）主要表現(xiàn)在對電力與信號的干擾影響方面。對電力的危害：.旋轉電動機 （換流變壓器過負荷）等的附加諧波損耗與發(fā)熱，縮短使用壽命；.諧波諧振 過電壓，造成電氣元器件及設備的故障與損壞；.電能計量錯誤。在對信號干

12、擾方面有：.對通信系統(tǒng)產生電磁干擾，使電信質量下降；.使重要的和敏感 的自動控制、保護裝置誤動作；危害到功率處理器自身的正常運行。2）諧波的分類（3）換流器交流側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 脈波換流器交流側的特 征諧波， i 的表達式為：asin19 wt H)1 TOC o 1-5 h z =Ld (sin wt - 1sin5wt -匕說7 wt + 丄 sinllwt + 丄 sin13wt -丄 sinl7 wt -丄 in19 wt H)1電網側的總電流只含有 12k 1次的諧波稱為12脈波換流器交流側的特征諧 波

13、。電網側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）換流器直流側的特征諧波（5）換流器交流側的非特征諧波（不考）（6）換流器直流側的非特征諧波 產生直流側非特性諧波的因素： 1）交流母線電壓中含有諧波電壓，直流側將產生非特性諧波電壓。2）對于構成12脈波換流器的兩個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，可以通過計算其運行工況，然后代入6脈波換流器直流側特 征諧波公式，求得的6 （2k）次諧波可忽略不計，兩個6脈波換流器6 （2k+ 1） 次

14、諧波的差值作為非特征諧波。3）對于構成一個換流站兩極換流器的任何運行參數(shù)不相等，要根據(jù)實際情 況進行計算，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生非特征諧波。7）諧波抑制設備（填空或選擇）濾波器、平波電抗器、中性點沖擊電容器8）無功補償裝置分組容量的確定原則（不考）（9）無功補償設備（填空或選擇） 主要有機械投切的電容器和電抗器、同步調相機和靜止無功補償裝置 3 類。 前兩類是傳統(tǒng)的無功補償裝置，最后一類是新型的。(10) FC-TCR 型 SVCFC-TCR型SVC的基本結構 如圖423所示。一個三相三角 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 功也能輸感性無功:實際應用 中，常用一個濾波網絡（LC或 LCR）來取代單純的電容支路， 濾波網絡在基頻下等值為容性阻 抗，產生需要的容性無功，而在特定頻段內表現(xiàn)為低阻抗，從而能對TCR產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）靜止無功補償裝置與直流系統(tǒng)的協(xié)調控制策略制定時需要考慮的因素1、直流啟動時交直流系統(tǒng)無功功率交換控制2、直流啟動過程中濾波器投切引起的換流母線暫態(tài)過電壓及穩(wěn)態(tài)過電壓控制3、功補償裝置U-I特性斜率與分接頭的協(xié)調控制，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)故障時的協(xié)調控制，避免因靜止無功補償裝置的不 當控制引起系統(tǒng)不穩(wěn)定及直流功率的延遲恢復5、靜止無功補償裝置控制系統(tǒng)參數(shù)及直流控制系統(tǒng)參數(shù)的協(xié)調整定6、考慮弱受端系統(tǒng)負荷特性對直流控制器級靜止無功補償協(xié)調控制策略的影響（12）換流器如何無功電壓控制低負荷下增加無功消耗幫助進行不平衡無功的精密控制降低無功補償設備投切時的暫態(tài)電壓方式第 5 章 電網換相直流輸電的控制與保護（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、即可快速實現(xiàn)從最小值到額定值的輸送功率。變壓器分接頭只在補償交流系統(tǒng)電壓變動時使用，沒有必要補償直流電流變動造成的直流電壓變化，較小的分接頭調整范圍即可滿足要求。輕負荷時的熄弧角變大，減少出現(xiàn)換相失敗的情況。（4）整流器、逆變器的協(xié)調控制5）協(xié)調控制的典型示例框圖圖 5-10（6）故障種類換流站內故障類型：橋臂短路、換相失敗、逆變器觸角信號閉鎖、全壓起動作業(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備多少結構復雜簡單造價高低運行費用高低諧波大小對無功功率 的需求大小向小容量交 流系統(tǒng)及不 含旋轉電動 機的負荷供 電不能能實現(xiàn)無人值 班或少人值

18、 守運行不能能適用范圍局限在220KV及以上電壓等 級的遠距離大容量輸電、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)在對電力與信號的干擾影響方面。對電力的危害：.旋轉電 動機（換流變壓器過負荷）等的附加諧波損耗與發(fā)熱，縮短使用壽命；.諧波 諧振過電壓，造成電氣元器件及設備的故障與損壞；.電能計量錯誤。在對信 號干擾方面有：.對通信系統(tǒng)產生電磁干擾，使電信質量下降；.使重要的和 敏感的自動控制、保護裝置誤動作；危害到功率處理器自身的正常運行。三、對于換流站在運行過程中所需無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)來提供？答：因為當換流站從交流系統(tǒng)吸取或輸出大量無功功率時，將會導致無功損 耗，同時換流站的交流電壓將會大幅度變化。所以在換流站中根據(jù)換流器