直流输电作业与思考题(华中科技大学)

一、课后习题解答：

1.第一次作业：

（1）交流输电或直流输电线路的额定电压提高一倍，其功率输送能力提高多少倍？为什么？请予以证明。

答：

2

U

P

R

，U增大一倍，P增大至四倍。

（2）为什么交流电缆的输电距离不能长？

答：交流电缆的对地电容比较大，当输电距离超过一定距离后，电缆中大部分电流流进大地，这样受端就接收不到足够功率。（下面的是网上的答案，仅供参考）

答：因为交流输电存在系统稳定问题，由其功角特性可知，交流输电距离越长，其稳定裕度越小。而且输电距离越长，趋肤效应越明显，损耗越严重。

（3）由电力电子技术知，换流器有：二极管换流器、晶闸管换流器和IGBT 换流器。试问：能否用不同形式的换流器构成混合式直流输电？能否双向传输功率？

答：二极管是不控型器件，只能够进行整流而不能进行逆变，所以二极管不能用来双向传输功率；晶闸管和IGBT都是可以整流也可以逆变，所以晶闸管与IGBT的组合可以构成混合式直流输电。

（4）过多的大地电流有何不利影响？

答：双极不对称大地回线运行时存在电化学腐蚀问题和直流偏磁问题。（详细解答见本页最上面）

（1）为什么双极大地回线的运行方式最为常用？

答：一方面在正常运行时大地回线中的电流很小，从而减小了大地电流的不利影响；另一方面是当有一极故障退出运行时，另一极仍可通过大地回线构成单极回线运行，提高了电力系统抵御事故的能力。

（2）大地回线与金属回线相比，有何优点和缺点？

答：大地回线的优点是电阻小，减少线路损耗，节省材料和成本；缺点是电流仍需要通过接地极，不同接地点会有不同的电位产生，使接地的变压器产生直流偏磁，同时也伴随着电化学腐蚀的发生。

（3）背靠背直流输电有何作用？

答：背靠背直流输电系统是输电线路长度为零的直流输电系统。这种类型的直流输电主要用于两个非同步运行（不同频率或相同频率但不同步）的交流电力系统之间的联网或送电。

（4）怎样区分两段直流输电和多端直流输电？

答：可以看交流系统中所接换流站个数，也可以看交流电网接入点个数。（5）多端直流输电系统有何优点和不便？

答：多端直流输电系统由3个或3个以上的换流站及连接换流站之间的高压直流输电线路组成。它与交流系统有3个或3个以上的连接端口，能够实现多个电源区域向多个负荷中心供电，减少了换流站的总数，比用多个2端直流输电系统更为经济。多端直流输电系统中的换流站既可以作为整流站运行，也可以作为逆变站运行，运行方式更加灵活，能够充分发挥直流输电的经济性和灵活性。缺点是目前缺少大容量的直流断路器，无法切除故障，因而有一处故障则整个系统都会停运。

（1） 从HVDC 系统运行工作点的稳定性来说，定（逆变角）β运行方式与

定（熄弧角，或关断角）δ运行方式相比，哪一种运行方式的稳定性高？ 答：定β运行方式稳定性好（但是实际应用中采用定δ运行方式）。

（2） HVDC 系统两侧交流系统的强弱，运行频率的高低对HVDC 系统运行稳

定性有何影响？

答：对整流器而言，系统越强，内电抗越小，其外特性越平坦，稳定性越高；运行频率越高，内电抗越大，其外特性越陡，稳定性越差。

对逆变器而言，用β表示的外特性系统越强，内电抗越小，其外特性越平坦，稳定性越高；运行频率越高，内电抗越大，其外特性越陡，稳定性越差。

（3） SCR 换流器等值电路中的内阻是感性的？还是阻性的？内阻的大小与

交流系统的强弱有何关系？是否消耗能量？

答：感性的；系统越强，其内电抗越小，内阻也越小；内阻不消耗能量。（这里大家帮忙想想看对不对，谢谢！）

4. 第四次作业：

（1） 为什么说换流器工作在整流状态和逆变状态都要从交流电源吸收无功

功率？

答：在忽略换流器的损耗时交流功率一定等于直流功率，即cos cos φα=。 当00α=时，电流的基频分量1I 与相电压1U 同相位。 有功功率

11P U I COS φ=为正，无功功率11sin Q U I φ=为零；当0

0090α=时，P 减小，Q 增大；当090α=时，P=0，Q 最大；当0090180α=时，P 变为负值，绝对值增大，Q 仍为正，但幅值减小；当0180α=时，P 达到负的最

大，Q为零。所以，换流器不管是整流还是逆变，换流器都将从系统吸收无功功率。

5.最后一次思考题：

（1）直流输电的特点（优点及不足）：课件1，P1页。

（2）直流输电总体结构图及各部分作用：

答：组成部分有：三相电源，换流站，输电电缆或者架空线，换流站，交流电网。三相电源的作用是向电网输出电能；电源端的换流站的功能是将交流电变成直流电；输电电缆或者架空线的功能是将直流电进行远距离输送；交流电端的换流站的作用是将直流电变成交流电并输送到交流电网上去；交流电网的作用是将交流电输送到个电力用户。

（3）直流输电基本公式：课件4 ，PPT10。

（4）直流输电系统谐波特性及滤波器：课件1，P8，P13-14页。

（5）直流输电系统无功特性及无功补偿：

答：采用电网换相换流器（LCC-HVDC）的直流输电换流站，不管处于整流状态还是逆变状态运行，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个无功负荷。

无功补偿设备包括机械投切的电容器和电抗器、同步调相机和静止无功补偿装置三类。（详见课本P38和P128页）

（6）直流输电等值电路图：课件1，P6页。

（7）直流输电基本控制方式：课件4，P2页。

（8）直流输电基本控制特性：课件4，P3-5页。

（9）低压限电流的作用：课件4，P4页。

（10）直流输电的起停：课件4，P9-10页。

（11）直流输电的潮流反转：课件4，P11页，教材P183页。

（12）直流输电的分层控制思路：课件4，P12页。

（13）直流输电与交流系统有什么影响：课件2，P4-36页。

（14）采用直流输电进行直流调制（制动）的优缺点：课件2，P34-35页。（15）直流输电双极闭锁后对两侧交流系统的影响：（这个不清楚，求高手指点）（16）特高压直流输电的意义：

答：特高压直流输电（UHVDC）是指±800kV（±750kV）及以上电压等级的直流输电及相关技术。特高压直流输电的主要特点是输送容量大、电压高，可用于电力系统非同步联网。在我国特高压电网建设中，将以1000kV交流特高压输电为主形成特高压电网骨干网架，实现各大区电网的同步互联；±800kV特高压直流输电则主要用于远距离、中间无落点、无电压支撑的大功率输电工程。

（17）特高压直流输电的主接线：课件4，P14页。（UHVDC一般采用高可靠性的双极两端中性点接线方式）

（18）特高压直流输电和高压直流输电的异同点：（自己瞎写的，仅供参考）答：同：都是采用直流方式输送功率，实现不同频率电网的互联；异：前者电压等级更高，输送容量更大，送电距离更远，线路损耗更低，工程投资更少，走廊利用率更高，运行方式更灵活。

（19）电压源型（柔性）直流输电（VSC-HVDC）什么优缺点：课件3，P15页。（20）电压源型（柔性）直流输电（VSC-HVDC）主接线及各部分作用：教材P196页，课件3，P16-17页。

（21）VSC-HVDC与LCC-HVDC比较：课件3，P53-56页。