高压直流输电原理与运行AB卷试卷附答案

高压直流输电原理与运行

一、填空题（每空1分共52分）

1、 高压直流输电，是利用稳定的直流电具有无感抗，容抗也不起作用，无同步问题等优点而采用的大功率远距离直流输电。

2、除了换流器外，高压直流输电系统还需要装设其他重要设备，如：换流变压器、平波电抗器、无功补偿装置、滤波器、直流接地极、交直流开关设备、直流输电线路以及控制与保护装置、远程通信系统等

3、换流变压器特点是 l）短路阻抗大： 2）绝缘要求高：3）噪声大： 4）损耗高： 5）有载调压范围宽：6）直流偏磁严重：7）试验复杂：

4、换流变压器具有4种结构型式，即三相三绕组式、三相双绕组式、单相双绕组式和单相三绕组式。

5、接地极的作用是钳制中性点电位和为直流电流提供返回通路。

6、换流站装设的无功补偿装置主要有以下三类： 1）机械投切式无功补偿装置； 2）静止无功补偿装置；3）同步调相机

7、按照用途分类，滤波器分为交流滤波器和直流滤波器两种。 按照连接方式分类，滤波器还可分为串联滤波器和并联滤波器。用做换流器谐波抑制用途的滤波器一定为并联接线形式。

8、逆变器必须满足以下条件才能实现直流电交流电的变换1）外接直流电源极性必须与晶闸管的导通方向一致；2）在直流侧产生的整流电压平均值应小于直流电源电压；3）晶闸管的触发角α应要90°～180°之间连续可调。？？？ 9、谐波的污染与危害主要表现在对电力的干扰影响，可大致概括谐波对电力危害有以下几方面：①旋转电动机（换流变压器）等的附加谐波损耗与发热，缩短使用寿命；②谐波谐振过电压，造成电气元器件及设备的故障与损坏；③电能计量错误。

10、谐波的污染与危害主要表现在对信号干扰方面有：①对通信系统产生电磁干扰；②使敏感的自动控制、保护装置误动作；③危害到功率处理器自身的正常运行。

11、谐波抑制并联交流滤波器有常规无源交流滤波器、有源交流滤波器和连续可调交流滤波器三种型式。

12、根据高压直流换流站常用无源滤波器的类型，按其频率阻抗特性可以分为 三种类型：①调谐滤波器；②高通滤波器；③调谐滤波器与高通滤波器的组合构成的多重调谐高通滤波器。

13、谐波抑制设备通常有 1）滤波器； 2）平波电抗器3）中性点冲击电容器。 14、对于换流站，其运行中所需的无功功率不能依靠其所接人的交流系统来提供，而且也不允许换流站与交流系统之间有太大的无功功率交换。这主要是因为当换流站从交流系统吸取或输出大量无功功率时，将会导致无功损耗，同时换流站的交流电压将会大幅度变化。

15、电网换相直流输电的控制方法有：换流器的相位控制与改变变压器的分接头的控制。

16、直流输电的运行控制是通过对晶闸管阀触发脉冲的相位控制来实现的。基本控制有以下几种方式：1）定电流控制；2）定电压控制；3）定功率控制，除此之外，在逆变侧还有定熄弧角控制。

17、直流输电工程直流线路等故障的消除是通过晶闸管阀的控制进行的。直流平波电抗、电缆输电时的等效电容中储存一定的电能，通过晶闸管阀对电路的快速切断，可能造成较大的过电压，设计合理的保护与停止的顺序动作，称为保护联动。

18、通过保护联动，整流器与逆变器的协调控制，再到换流器停止运行，直到交流侧断路器跳开构成保护联动的3种基本操作如下：1）门控移相；2）投入旁通对；3）触发脉冲闭锁。

19、直流电抗器的作用：（1）减少直流侧的交流脉动分量。（2）在最小电流运行时，使电流保持连续。（3） 直流送电回路发生故障时，能抑制电流的上升速度。 20、选择直流输电线路电压时应考虑：1）线路本身及两端换流站的总费用。2）使所选择的导线截面和分裂数满足导线表面允许电场强度的要求。3）考虑线路的输送容量和电压应与阀桥的额定电压及电流相配合。

21、在输送功率相同或可靠性指标相当的条件下，直流输电与交流输电相比，虽然换流站的投资比变电站的投资要高，但直流输电线路的投资比交流输电线路的

投资要低。如果当输电距离增加到一个定值时，采用直流输电线路所节省的费用，刚好可以抵偿换流站所增加的费用，这个距离叫交直流输电比较的经济等价距离。

22、直流输电系统在直流电流控制的基础上，如果修改控制指令，即可发展成为功率控制、交流系统频率控制以及潮流翻转控制等。

23、直流输电系统的构成有哪几种：（1） 单极线路方式；（2 ）双极线路方式；（3）直流多回路方式（4）多端直流输电

24、晶闸管换流器对晶闸管元件的基本要求是：（1）耐压强度高；（2）载流能力强；（3）电流上升率与电压上升率的限制符合要求。

25、要实现潮流翻转只有使线路的直流电压改变极性，这可通过调节整流器的触发相位，使延迟角大于90°，变为逆变状态运行，而同时把原来的逆变器触发相位，变为整流状态运行，翻转过程是自动进行的。

26、高压直流输电系统控制配置中主要有站控制、极控制、桥控制和阀单元控制。 二、判断题（每小题1分共20分）

1、双桥逆变器当熄弧角过小时，双桥逆变器会发生换相失败，导致逆变器直流侧短时间的短路，直流电流偏低。X应偏大

2、双桥逆变器如果发生连续换相失败，则直流电流增加过多，直流控制与保护系统将动作，采取故障紧急移相的控制措施，使高压直流输电系统单极或双极停止运行。V

3、双桥逆变器如果只是发生一次换相失败，直流电流增高较小，整流侧定直流电流控制动作，很快就能将直流电流调回到整定值。V

4、采用普通晶闸管换流阀进行换流的高压直流输电换流站，一般均采用电网 电源换相控制技术，其特点是换流器在运行中要从交流系统吸取大量的无功功 率。V

5、采用电网换相换流器的直流输电换流站，不管处于整流运行还是逆变运行 状态，直流系统都需要从交流系统吸收容性无功，即换流器对于交流系统而言 总是一种有功负荷。X应变无功

6、软起动方式可有效防止直流输电线路的对地电容和直流电抗器之间的谐振造

成的过电压、直流电流的断续的发生和直流功率突变对交流系统的大扰动。V 7、直流输电工程大多数有配置直流断路器。X

8、输出直流电压的公式Ud?Udocos?由于?的范围在0°～180°之间，即cos?在+1到-1之间变化。故Ud在+Ud到-Ud之间变化，调节?值，可改变Ud，从而改变直流输出功率。V

9、直流电流为恒定（平波电抗器Ld阻止了Id的变化），由于每个阀导通120°，交流线电流变成幅值为Id，宽度为120°的方波，则交流线电流的波形与?无关，只有相位移随?而变化。V

10、由于受交流电源电感Lc的影响，相电流不可能瞬时改变、直流输电的换流器是借助于交流电网所提供的短路电流ik来实现换相的V

11、即使是整流器也必须具有某种基本的熄弧角控制，以保证运行所需的安全裕度。V 12、忽略换流器的损耗，交流功率一定等于直流功率V

13、换相角?增大，谐振电流将上升，谐波次数越高，谐波电流下降得越快。X应为谐振电流下降

14、单调谐滤波器：由电阻R、电感L和电容C等元件串联组成的滤波电路，它在某一低次谐波（或接近低次谐波）频率的阻抗最小，它是一种并联滤波器。可同时抑制两种谐波。X 应为一种

15、双调谐滤波器：对两种低次谐波同时具有很低的阻抗，可同时抑制两种特征谐波。V

16、换流阀片的额定电流选择依据是晶闸管升温的最高允许值V 17、直流电抗器的电感量Ld越大越好X 18、直流电抗器的电感量Ld越小越好X

19、选择的额定值还应根据临界电晕电压进行校验，满足额定电压小于临界电晕电压的要求。V

20、IGBT是半控型器件。X 三、选择题（每小题1分共20分）

1、整流侧和逆变侧吸取的无功功率与换流站和交流系统之间交换的有功功率 成正比，在额定工况时整流装置所需的无功功率约为有功功率的30％－50％， 逆变装置约为多少？C

A、2%-3%；B、10％－20％；C、40％－60％；D、60％－70％

2、在换流站中根据换流器的无功功率特性装设合适的什么装置，是保证高压直流系统安全稳定运行的重要条件之一？D A、有功补偿；B、电阻；C、电感；D、无功补偿

3、直流输电的运行控制从根本上讲，是通过对晶闸管阀触发脉冲的什么 来改变换流器的直流电压实现的？A

A、相位控制；B、电压控制；C、电流控制；D、功率控制

4、高压直流输电系统的整体起动一般采用软起动方式。 首先，全部换流器的旁通对得到起动信号，形成电流通路，然后将α、β调整到大约多少时？按一般触发顺序加入起动信号，直流电压大约为0，系统开始运行。B A、0°；B、90°；C、45°；D、120°

5、直流输电系统的整体停止时，先慢慢将逆变器的β增大到多大？同时，直流电流设定值到最小值后，全部换流器的旁通对得到触发信号，通过一段时延，停止所有触发信号。

A、0°；B、45°；C、90°；D、120° 6、整流电压为正的α角的变化范围是多少？D A、0°；B、45°；C、90°～180°；D、0～90° 7、整流电压为负的α角的变化范围是多少？C

A、0～45°；B、45°～90°；C、90°～180°；D、90°～120°

8、对电流波形进行傅立叶级数分析可以确定交流线电流的基频分量。交流线电流的基频峰值为多少？A

A、1.11Id；B、0.45Id；C、0.9 Id°；D、1.35 Id

9、对电流波形进行傅立叶级数分析可以确定交流线电流的基频分量。交流线电流的有效值为多少？B

A、2 Id；B、0.78 Id；C、0.9 Id；D、Id

10、高通滤波器：在一个什么的频带范围内是一个很低的阻抗。D A、很窄；B、低频；C、某一点；D、很宽

11、品质因数Q值越大，则谐振频率阻抗越小，滤波效果如何？B A、不好；B、越好；C、不稳定；D、超前

12、晶闸管换流器对晶闸管元件的电流上升率（didt）的限制，即约为多少？ B

A、80A/?s；B、100A/?s；；C、200A/?s；D、300A/?s 13、晶闸管换流器对晶闸管元件的电压上升率（dvdt）的限制，即约为多少？B

A、50V/?s.；B、200V/?s.；C、400V/?s.；D、600V/?s. 14、电力场效应管是如下哪一个？C A、IGBT；B、GTO；C、MOSFET；D、IGCT 15、IGBT是哪一种控制方式？A

A、电压控制；B、电流控制；C、电压电流控制；D、电阻控制

16、直流滤波器电容器的额定参数是按照线路电压、滤波要求和经济性决定的；而交流滤波器电容器的额定参数是根据总的什么来确定？D A、额定功充；B、视在功率；C、有功功率；D、无功功率 17、提供换相的电源的二相短路电流称为什么？C A、恒定电流；B、换相电压；C、换相电流；D、无功功率 18提供换相电流的交流电压称为什么？B

A、额定功充；B、换相电压；C、换相电流；D、恒定电压

19、可控硅阀转入导通状态必须具备1）控制极要得到触发脉冲信，2）晶闸管元件承受什么电压？A

A、正向电压；B、换相电压；C、反向电压；D、恒定电压

20、在输送功率相同或可靠性指标相当的条件下，直流输电与交流输电相比，虽然换流站的投资比变电站的投资要高，但直流输电线路的投资比交流输电线路的投资要低。如果当输电距离增加到一个定值时，采用直流输电线路所节省的费用，刚好可以抵偿换流站所增加的费用，这个距离叫什么？D

A、技术等价距离；B、相等距离；C、投标距离；D、经济等价距离。 四、名词解释（每小题3分共24分） 1、电网换流

解：以电网的同步信号为换流信号来实现换流叫电网换流。 2、器件换流

解：器件换流是基于器件的全控特性来实现换流的叫器件换流。

3、整流器

解：将交流转变成直流叫整流。具有将交流电转变为直流电的换流装置称为整流器。 4、逆变器

解：将直流转换成交流叫逆变。将直流电转变为交流电的换流装置称为逆变器。 5、断态重复峰值电压UDSM

解：断态重复峰值电压UDSM。在晶闸管门极断开及额定结温下，可施加的重复率为50次/s且持续时间不大于10ms的最大峰值电压。 6、晶闸管的额定电流

解：晶闸管的额定电流（又称通态平均电流）在规定的环境和散热条件下，允许通过的单相最大工频正弦半波电流的平均值。 7、换相电流

答：提供换相的电源的二相短路电流称为换相电流。 8、为换相时间

答：由于受交流电源电感Lc的影响，相电流不可能瞬时改变，因此电流从一相转移到另一相需要一定的时间，称为换相时间。 五、问答题（每小题5分共40分） 1、高压直流输电的基本原理是什么？

答：直流输电线路的基本原理是从交流系统Ⅰ向系统Ⅱ输电能时，换流站CS1把送端系统送来的三相交流电流换成直流电流，通过直流输电线路把直流电流（功率）输送到换流站CS2，再由CS2把直流电流变换成三相交流电流 2、高压直流输电分成哪几种类型？

答：（l）长距离直流输电（2）BTB方式（3）交直流并列输电方式（4）交直流叠加输电方式（5）三极直流输电方式 3、简述高压直流输电的控制原理。

答：1）通过直流互感器测量直流电流Id；2）将Id与直流整定值Id0进行比较；3）将Id与Id0比较后的差值?输入控制放大器A中进行放大；4）将放大的信号

输入相应控制回路作为控制电压，进行所需的相应控制，从而达到控制直流电流为恒定的目的。

4、 为什么输送相同功率时，直流输电线路比交流输电线路造价低？ 答：（1）对于架空线路，交流输电通常采用了三根导线而直流只需一根或二根导线，在输送同功率的条件下，直流输电可节省大量的有色金、钢材、绝缘子和线路金具，同时也可以减少大量的运输安装费。 （2）直流输电对其线路走廊，铁搭高度，占地面积等方面比交流输电优越。 （3）对于电缆线路，直流电缆与交流电缆相比，其投资费和运行费都更为经济。 5、高压直流输电的适用范围有哪些？

答：（1）远距离大功率输电；（2）海底电缆送电；（3）不同频率或同频率非周期运行的交流系统之间的联络；（4）用地下电缆向大城市供电；（5）交流系统互联或配电网增容时，作为限制短路电流的措施之一；（6）配合新能源供电。 6、高压直流输电对控制系统的基本要求有哪些？

答：1）为了避免电流流过阀和其它载流元件出现危险的状况，应限制电流的最大值。2）要求限制由于交流系统的波形而引起的直流电流波动。3）尽可能使功率因数保持较高的值。4）尽可能防止逆变器换相失败。5）为了使功率损耗最小，要求保持线路送端电压恒定并且等于额定值。6）为控制所输送的功率，有时则要求能控制某一端的功率。

7、 可控硅元件伏安特性中，反向击穿电压、正向转折电压的概念是什么？ 答：反向击穿电压：在反向击漏电流急剧增大到某规定值时，所对应的电压（实际尚未击穿）； 正向转折电压:正向电压增大到某一转折电压，元件因漏电流剧增而转入通态时所对应的电压。 8、简述整流站的控制特性。

答：通常由三种基本控制特性组成，即定?角控制特性，定电流控制特性和定熄弧角控制特性。即：整流器在???min条件下运行，相当于在最高的直流电

压下使用设备，且无功损耗小，但却使整流器失去了增加直流电流的控制能力。所以为了实现电流控制，整流器的直流端电压应该位于

?min上限控制特性下的

下方。使得在正常运行时，电流调节器通过调节整流器直流电压来维持线路电流

恒定，在暂态过程期间，为了迅速消除故障，往往还设计有整流器的快速移相控制，大幅度地增加?角到120°左右，使整流器暂时转入逆变工况运行。即使是整流器也必须具有某种基本的熄弧角控制，以保证运行所需的安全裕度。 六、作图题（每小题5分共20分） 1、画出BTB方式直流输电原理接线图 解：

2、画出直流双极送电，中性点两端接地方式原理图。 解：

3、画出6脉动换流单元原理图 解：

4、画出12脉动换流单元双绕组换流变压器原理图 解：

七、计算题（每小题6分共24分）

1、计算单桥整流电压平均值，已知交流侧线电压为220KV，控制角α=15°换相角μ=20°。

解：Ud0?1.35E?1.35?220?297KV

Ud?Ud0cos??cos(???)cos15?cos(15?20)0.9659?0.8192?297?297?265KV2222、计算高压直流输电双桥整流器整流电压平均值，已知交流侧线电压为220KV，控制角α=15°换相角μ=20°。 解：Ud0?1.35E?1.35?220?297KV

Ud?2Ud0cos??cos(???)cos15?cos(15?20)0.9659?0.8192?594?594?530KV2223、计算双桥12脉动式的逆变器的输出电压已知交流侧线电压为220KV，息弧角γ=16°，换相角μ=20°。

32解：Udo??E?1.35?220?297KV

Ud?2Ud0cos??cos(???)cos16?cos(16?20)0.9613?0.809?594?594?526KV

2224、某一直流工程设计输送容量为700MW，采用500KV电压等级的线路输送，请根据表一提供的元件参数，选择一个适宜工程所需的晶闸管元件参数。（经计算换流变压器的最大故障电流为27000A，元件并联数为1，电流设计系数取3） 表一：

生产厂家 芯片直径 （mm） 东芝 西门子 BBC Φ60 Φ75 Φ75 元件额定电流 (A) 1500 1400 1800 元件额定电压 (V) 2500 4200 4000 故障电流承受水平 (A) 30000 26000 20000~30000 375X104 608X104 720X104 元件换流功率 (W) 答：选择步骤如下：

1) 计算直流系统的额定电流：700X103KW/500KV=1400 （A） 2) 用电流设计系数公式求取元件的额定电流：

3) 电流设计系数CDF=（元件的额定电流X元件并联数X3）/直流系统的额定电流将已知数据代入上式得：

元件的额定电流=直流系统的额定电流=1400 （A） 4) 选择元件：

西门子：故障电流承受水平 26000<27000 不满足；东芝、BBC的满足； 东芝：换流功率=1500X2500=375X104 BBC：换流功率=1800X4000=720X104东芝、BBC的换流功率相比，东芝的换流功率太小，故选择BBC的元件。

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