直流输电（整理版）

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： Fe?2OH?Fe(OH)2??2e?2H?H2

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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