07-08年冬學(xué)期《直流輸電》期末試卷(含答案)

PAGEPAGE4浙江大學(xué)2007-2008年冬學(xué)期《直流輸電》課程試卷開課學(xué)院：電氣工程 考試形式：閉卷； 允許帶筆、計(jì)算器和直尺入場考試日期：08年1月14日考試時(shí)間：10:00-12:00考試地點(diǎn)：教九考生姓名：學(xué)號：專業(yè)：題序一二總分評卷人簽名1234567得分一、填空題(共30分，每個(gè)空格1分)：直流輸電一次系統(tǒng)主要由換流器，換流變壓器，平波電抗器，直流線路和交流濾波器等部分組成。兩端直流輸電系統(tǒng)的接線方式主要有：單極一線地制，兩線制；雙極兩線制，兩線地制和三線制等五種?？煽毓栝y開通的條件是：陽－陰極間加正向電壓和控制極加有足夠能量的觸發(fā)脈沖；其關(guān)斷條件是閥電流小于維持電流（或下降到零），且在陽－陰極間加有足夠長時(shí)間的反向電壓，以達(dá)到去游離（復(fù)合載流子）目的，保證閥阻斷能力的恢復(fù)。由兩個(gè)基本換流單元（三相換流橋）構(gòu)成的雙橋12脈動換流器的連接方法是：交流側(cè)并聯(lián)，直流側(cè)串聯(lián)；其所產(chǎn)生的特征諧波是：交流側(cè)12n±1（n=1,2,…），直流側(cè)12n±1（n=1,2,…）。換流器正常換相時(shí)，將造成交流系統(tǒng)的兩相短路，在短路（或換向）電流的作用下實(shí)現(xiàn)換相。換相期間的相角稱為換向角，用符號γ表示，它與滯后觸發(fā)角（α）、直流電流（Id）、換向電抗（Xγ）和換向電壓（U）因素有關(guān)。實(shí)際情況下，當(dāng)090°-γ/2時(shí)，換流器作整流器運(yùn)行；當(dāng)90°-γ/2180°時(shí)，換流器作逆變器運(yùn)行。二、簡答題(共70分，每題10分)直流輸電與交流輸電比較有哪些優(yōu)、缺點(diǎn)？在什么情況下宜采用直流輸電？兩端直流輸電系統(tǒng)的基本控制方式是什么？逆變器為什么也要設(shè)置定電流控制？其整定值應(yīng)如何確定(與整流器定值相比)？在什么情況下它會投入工作？這時(shí)直流輸電系統(tǒng)的控制方式怎樣？直流線路電壓主要取決于什么因素？直流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，整流器與逆變器的橋臂閥電壓波形有什么異同點(diǎn)？為什么說逆變器容易發(fā)生“換相失敗”、“誤觸發(fā)導(dǎo)通”故障？某直流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下由整流器控制直流電流，其電流定值為IdZ；逆變器設(shè)有后備定電流控制，其電流定值為IdN。假設(shè)現(xiàn)在需要對IdZ修正±ΔId，請簡述整、逆兩站控制系統(tǒng)調(diào)整電流控制定值的過程（即控制定值的同步修正過程，畫圖+簡要說明）。換流器無論對交流系統(tǒng)還是直流系統(tǒng)都是一個(gè)大諧波源。請問：=1\*GB3①其對交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)分別表現(xiàn)怎樣的諧波源性質(zhì)？=2\*GB3②為保證濾波效果，應(yīng)分別采用什么類型的濾波器（要求同時(shí)畫出濾波器的結(jié)構(gòu)及接入系統(tǒng)的方式）？Thesingle-phasefull-waverectifiercircuitisshowninFig.1.Pleasedrawthewaveshapesofv1,v2,vd(togetherwithVd)andi1,i2,ip.圖2雙橋換流器接線示意Fig.1single-phasefull-waverectifiercircuit雙橋換流器接線如圖2所示，有關(guān)換流變壓器接線方式及其兩側(cè)線電流之比等均已在圖中標(biāo)出。請畫出以Id表示的ia1、iA1、ia2、iA2、及iA的波形圖，假定交流系統(tǒng)三相完全對稱，平波電抗器的Ld足夠大，換相電抗L圖2雙橋換流器接線示意Fig.1single-phasefull-waverectifiercircuit答1：與交流輸電相比，直流輸電的主要優(yōu)點(diǎn)如下：=1\*GB3①輸送功率相同情況下，線路造價(jià)比交流的低，且線路損耗也??；=2\*GB3②交流系統(tǒng)之間采用直流輸電聯(lián)網(wǎng)時(shí)，不存在同步運(yùn)行穩(wěn)定性問題（交流聯(lián)網(wǎng)時(shí)存在）；=3\*GB3③交流系統(tǒng)之間采用直流輸電聯(lián)網(wǎng)時(shí)，不但可以有效限制短路容量，而且便于分區(qū)調(diào)度管理，有利于故障時(shí)交流系統(tǒng)間的快速緊急支援和限制事故擴(kuò)大；=4\*GB3④直流輸電通常都采用微機(jī)控制系統(tǒng)，因此具有控制響應(yīng)快速靈活、精度高、靈活性好等特點(diǎn)，便于實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)控制；=5\*GB3⑤直流輸電線路沿線電壓分布平穩(wěn)，基本不存在電容電流，無須并聯(lián)電抗補(bǔ)償；=6\*GB3⑥兩端直流輸電系統(tǒng)可以分極分期建設(shè)，有利于及早發(fā)揮投資效益；=7\*GB3⑦長距離電纜輸電時(shí)采用直流輸電，由于基本沒有電容電流，因此可大大提高電纜的輸送能力，并可大大降低有功損耗和節(jié)省投資。直流輸電的主要缺點(diǎn)如下：=1\*GB3①直流輸電兩端換流站需要消耗較多的無功；=2\*GB3②可控硅元件的過載能力低，需要采取較多元器件串、并聯(lián)來解決這一問題；=3\*GB3③以大地或海水為回流電路時(shí)，直流輸電會對沿途地面、地下或海水中的金屬設(shè)施（如金屬構(gòu)件等）造成腐蝕，必須采取有效的防護(hù)措施；=4\*GB3④直流電流沒有自然過零點(diǎn)，因此滅弧困難等。直流輸電的主要應(yīng)用場合：=1\*GB3①高壓遠(yuǎn)距離大功率輸電；=2\*GB3②海底電纜輸電；=3\*GB3③兩個(gè)交流系統(tǒng)之間的非同步聯(lián)絡(luò)；=4\*GB3④交流系統(tǒng)互聯(lián)時(shí)，作為限制短路電流的限流措施。=5\*GB3⑤向用電密集的大城市等。答2：=1\*GB3①如右圖a1，兩端直流系統(tǒng)正常控制模式一般為整流器定Id0、逆變器定0（或定Vd0），并穩(wěn)定運(yùn)行在E點(diǎn)。=2\*GB3②當(dāng)整流側(cè)交流系統(tǒng)母線電壓由于某種原因突然大幅度下降，致使其定電流控制器不斷減小觸發(fā)角到α≤αmin也不能維持Id=Id0時(shí)，受最小觸發(fā)角特性的限制，此時(shí)直流系統(tǒng)將進(jìn)入整流器定αmin控制特性，逆變器定0（或定Vd0）控制特性的運(yùn)行模式，即使能夠穩(wěn)定運(yùn)行，直流電流也將產(chǎn)生很大的波動（直流電流失控），這對兩端交流系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行極為不利。逆變側(cè)交流系統(tǒng)母線電壓由于某種原因突然大幅度上升時(shí)也會使直流系統(tǒng)進(jìn)入上述運(yùn)行模式。為避免這種異常情況下出現(xiàn)直流電流失控的現(xiàn)象，所以在逆變器控制系統(tǒng)中也要設(shè)置定電流控制，并稱其為后備定電流或減額定電流（定I’d0）控制，圖a1=3\*GB3③逆變器后備定電流控制定值一般按比整流器定電流控制定值小(10～15)%整定，即：圖a1 I’d0=Id0－ΔId0，ΔId0＝(0.1～0.15)Id0=4\*GB3④當(dāng)整流側(cè)交流系統(tǒng)母線電壓突然下降過多（或逆變側(cè)交流系統(tǒng)母線電壓突然上升過多）而導(dǎo)致整流器進(jìn)入定αmin控制特性時(shí)，逆變器將自動從定0（或定Vd0）控制特性切換到定I’d0特性。=5\*GB3⑤此時(shí)直流系統(tǒng)運(yùn)行在控制方式為整流器定αmin、逆變器定I’d0的非正常模式，其穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)如圖中的A（或B）點(diǎn)。=6\*GB3⑥直流線路的電壓水平主要取決于整流側(cè)交流系統(tǒng)母線電壓水平。答3：=1\*GB3①直流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，整流器與逆變器閥電壓波形的主要異同點(diǎn)如下：相同點(diǎn)：各橋臂閥導(dǎo)通120°+γ（電角度），關(guān)（阻）斷240°-γ（電角度），且換相過程對處于關(guān)（阻）斷狀態(tài)的閥有影響，并在閥電壓波形上疊加換相齒；不同點(diǎn)：在關(guān)（阻）斷期內(nèi)，整流器承受正電壓時(shí)間為α，承受反電壓時(shí)間為240°-γ–α；逆變器承受正電壓時(shí)間為240°-γ–δ，承受反電壓時(shí)間為δ（均為電角度）=2\*GB3②逆變器容易發(fā)生“換相失敗”和“誤導(dǎo)通”的主要原因是器官（組）斷期間主要承受正向電壓所致。圖a2答4：假設(shè)主控單元設(shè)置在整流站控制系統(tǒng)內(nèi)。右圖a2(a)為電流定值從IdZ修正到IdZ-ΔId時(shí)，整逆兩站電流定值的同步修改過程示意。簡述如下：首先主控單元將定值修正到IdZ-ΔId并同時(shí)送往逆變站控制系統(tǒng)（t1時(shí)刻），等待逆站應(yīng)答；逆站收到新定值后，即以新定值將其后備電流定值從I’dZ修改為I’dZ-ΔId，同時(shí)應(yīng)答主控單元（t2時(shí)刻）；主控單元收到逆站應(yīng)答后，再將整流器的控制定值修改為IdZ-ΔId，并確認(rèn)定值修改有效后結(jié)束修改過程（t3時(shí)刻）。圖a2(b)為電流定值從IdZ修正到IdZ+ΔId時(shí)，整逆兩站電流定值的同步修改過程示意。簡述如下：主控單元首先將整流器電流定值修正到IdZ+ΔId并同時(shí)送往逆變站控制系統(tǒng)（t1時(shí)刻），等待逆站應(yīng)答；逆站收到新定值后，即以新定值將其后備電流定值從I’dZ修改為I’dZ+ΔId，同時(shí)應(yīng)答主控單元（t2時(shí)刻）；主控單元收到逆站應(yīng)答后，確認(rèn)定值修改有效并結(jié)束修改過程（t3時(shí)刻）。圖a2答5：在直流輸電系統(tǒng)中，串聯(lián)在直流線路中的平波電抗器的阻抗值通常要比其交流側(cè)系統(tǒng)的等效阻抗大很多，因此：=1\*GB3①對交流系統(tǒng)而言，換流器及其直流系統(tǒng)可等效為一個(gè)高內(nèi)阻抗的諧波電流源；對直流系統(tǒng)而言，換流器及其交流系統(tǒng)可等效為一個(gè)低內(nèi)阻抗的諧波電壓源。=2\*GB3②在交流側(cè)宜采用疏導(dǎo)型濾波器，其結(jié)構(gòu)及接入系統(tǒng)方式如圖a3(a)所示；在直流側(cè)宜采用阻塞型濾波器，其結(jié)構(gòu)及接入系統(tǒng)方式如圖a3(b)所示。圖a4L圖a4LC(b)阻塞型濾波器及其接入系統(tǒng)方式圖a3LC(a)疏導(dǎo)型濾波器及其接入系統(tǒng)方式答6：Thewaveshapesofv1,v2,vd(togetherwithVd)andi1,i2,ipinthesin