浙江大学2007-2008年冬学期
《直流输电》课程试卷
开课学院： 电气工程
考试形式：闭卷；
允许带 笔、计算器和直尺 入场
考试日期： 08 年 1 月 14 日 考试时间： 10:00-12:00 考试地点： 教九 考生姓名： 学号： 专业： 题序 得分 一 1 2 3 二 4 5 6 7 评卷人 总 分 签名 一、填空题(共30分，每个空格1分)：
1． 直流输电一次系统主要由 换流器 ，换流变压器 ，平波电抗器 ，直流线路 和 交流滤波器 等部分组成。 2． 两端直流输电系统的接线方式主要有：单极 一线地制 ，两线制；双极 两线制 ，两线地制 和 三线制 等五种。
3． 可控硅阀开通的条件是：阳－阴极间加 正向电压 和控制极加有足够能量的 触发脉冲 ；其关断条件是
阀电流小于维持电流（或下降到零），且在阳－阴极间加有足够长时间的 反向电压 ，以达到去游离（复合载流子）目的，保证阀阻断能力的恢复。
4． 由两个基本换流单元（三相换流桥）构成的双桥12脉动换流器的连接方法是：交流侧 并联 ，直流侧 串联 ；其所产生的特征谐波是：交流侧 12n±1（n=1, 2, …） ，直流侧 12n±1（n=1, 2, …） 。 5． 换流器正常换相时，将造成交流系统的 两相短路 ，在 短路（或换向）电流 的作用下实现换相。换相
期间的相角称为 换向角 ，用符号 γ 表示，它与 滞后触发角（α）、 直流电流（Id）、 换向电抗（Xγ）和 换向电压（U）因素有关。
6． 实际情况下，当 0 90°- γ/2 时，换流器作整流器运行；当 90°- γ/2 180°时，换流器作逆
变器运行。
二、简答题(共70分，每题10分)
1． 直流输电与交流输电比较有哪些优、缺点？在什么情况下宜采用直流输电？
2． 两端直流输电系统的基本控制方式是什么？逆变器为什么也要设置定电流控制？其整定值应如何确定
(与整流器定值相比)？在什么情况下它会投入工作？这时直流输电系统的控制方式怎样？直流线路电压主要取决于什么因素？
3． 直流输电系统正常运行过程中，整流器与逆变器的桥臂阀电压波形有什么异同点？为什么说逆变器容易
发生“换相失败”、“误触发导通”故障？
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4． 某直流输电系统正常运行情况下由整流器控制直流电流，其电流定值为IdZ；逆变器设有后备定电流控制，
其电流定值为IdN。假设现在需要对IdZ修正±ΔId，请简述整、逆两站控制系统调整电流控制定值的过程（即控制定值的同步修正过程，画图+简要说明）。
5． 换流器无论对交流系统还是直流系统都是一个大谐波源。请问：①其对交流系统和直流系统分别表现怎
样的谐波源性质？②为保证滤波效果，应分别采用什么类型的滤波器（要求同时画出滤波器的结构及接入系统的方式）？
6． The single-phase full-wave rectifier circuit is shown in Fig.1. Please draw the wave shapes of v1, v2, vd (together
with Vd) and i1, i2, ip.
7． 双桥换流器接线如图2所示，有关换流变压器接线方式及其两侧线电流之比等均已在图中标出。请画出
以Id表示的ia1、iA1、ia2、iA2、及iA的波形图，假定交流系统三相完全对称，平波电抗器的Ld足够大，换相电抗L。
Id iA1 iA iA2 Fig.1 single-phase full-wave rectifier circuit
iA1:ia1=1:1 ia1 iA2 30° ia2 iA2:ia2=1:1 ia2
图2 双桥换流器接线示意
答1：与交流输电相比，直流输电的主要优点如下：
①输送功率相同情况下，线路造价比交流的低，且线路损耗也小；②交流系统之间采用直流输电联网时，不存在同步运行稳定性问题（交流联网时存在）；③交流系统之间采用直流输电联网时，不但可以有效短路容量，而且便于分区调度管理，有利于故障时交流系统间的快速紧急支援和事故扩大；④直流输电通常都采用微机控制系统，因此具有控制响应快速灵活、精度高、灵活性好等特点，便于实现多目标控制；⑤直流输电线路沿线电压分布平稳，基本不存在电容电流，无须并联电抗补偿；⑥两端直流输电系统可以分极分期建设，有利于及早发挥投资效益；⑦长距离电缆输电时采用直流输电，由于基本没有电容电流，因此可大大提高电缆的输送能力，并可大大降低有功损耗和节省投资。
直流输电的主要缺点如下：
①直流输电两端换流站需要消耗较多的无功；②可控硅元件的过载能力低，需要采取较多元器件串、并联来解决这一问题；③以大地或海水为回流电路时，直流输电会对沿途地面、地下或海水中的金属设施（如金属构件等）造成腐蚀，必须采取有效的防护措施；④直流电流没有自然过零点，因此灭弧困难等。
直流输电的主要应用场合：
①高压远距离大功率输电；②海底电缆输电；③两个交流系统之间的非同步联络；④交流系统互联时，作为短路电流的限流措施。⑤向用电密集的大城市等。
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答2：①如右图a1，两端直流系统正常控制模式一般为整流器定Id0、逆变器定 0（或定Vd0），并稳定运行在
E点。
②当整流侧交流系统母线电压由于某种原因突然大幅度下降，致使其定电流控制器不断减小触发角到α≤αmin也不能维持Id=Id0时，受最小触发角特性的，此时直流系统将进入整流器定αmin控制特性，逆变器定 0（或定Vd0）控制特性的运行模式，即使能够稳定运行，直流电流也将产生很大的波动（直流电流失控），这对两端交流系统的稳定运行极为不利。逆变侧交流系统母线电压由于某种原因突然大幅度上升时也会使直流系统进入上述运行模式。为避免这种异常情况下出现直流电流失控的现象，所以在逆变器控制系统中也要设置定电流控制，并称其为后备定电流或减额定电流（定I’d0）控制，
③逆变器后备定电流控制定值一般按比整流器定电流控制定值小(10～15)%整定，即：
I’d0= Id0－ΔId0，ΔId0＝(0.1～0.15) Id0
图a1
④当整流侧交流系统母线电压突然下降过多（或逆变侧交流系统母线电压突然上升过多）而导致整流器进入定αmin控制特性时，逆变器将自动从定 0（或定Vd0）控制特性切换到定I’d0特性。
⑤此时直流系统运行在控制方式为整流器定αmin、逆变器定I’d0的非正常模式，其稳定运行点如图中的A（或B）点。
⑥直流线路的电压水平主要取决于整流侧交流系统母线电压水平。
答3：①直流输电系统正常运行过程中，整流器与逆变器阀电压波形的主要异同点如下：
相同点：各桥臂阀导通120°+ γ（电角度），关（阻）断240°- γ（电角度），且换相过程对处于关
（阻）断状态的阀有影响，并在阀电压波形上叠加换相齿；
不同点：在关（阻）断期内，整流器承受正电压时间为α，承受反电压时间为240°- γ – α；逆变
器承受正电压时间为240°- γ –δ，承受反电压时间为δ（均为电角度）
②逆变器容易发生“换相失败”和“误导通”的主要原因是器官（组）断期间主要承受正向电压所致。 答4：假设主控单元设置在整流站控制系统内。右图a2(a)为电流定值从
IdZ修正到IdZ-ΔId时，整逆两站电流定值的同步修改过程示意。简述如下：首先主控单元将定值修正到IdZ-ΔId并同时送往逆变站控制系统（t1时刻），等待逆站应答；逆站收到新定值后，即以新定值将其后备电流定值从
I’
dZ修改为
IdZ ΔId IdZ ΔId (a)定值下调 (b)定值上调 I’；dZ-ΔId，同时应答主控单元（t2时刻）
图a2 主控单元收到逆站应答后，再将整流器的控制定值修改为IdZ-ΔId，并确认定值修改有效后结束修改过程（t3时刻）。图a2(b)为电流定值从IdZ修正到IdZ+ΔId时，整逆两站电流定值的同步修改过程示意。简述如下：主控单元首先将整流器电流定值修正到IdZ+ΔId并同时送往逆变站控制系统（t1时刻），等待逆站应答；逆站收到新定值后，即以新定值将其后备电流定值从I’dZ修改为I’dZ+ΔId，同时应答主控单元（t2时刻）；主控单元收到逆站应答后，确认定值修改有效并结束修改过程（t3时刻）。
答5：在直流输电系统中，串联在直流线路中的平波电抗器的阻抗值通常要比其交流侧系统的等效阻抗大很
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多，因此：
①对交流系统而言，换流器及其直流系统可等效为一个高内阻抗的谐波电流源；对直流系统而言，换流器及其交流系统可等效为一个低内阻抗的谐波电压源。
②在交流侧宜采用疏导型滤波器，其结构及接入系统方式如图a3(a)所示；在直流侧宜采用阻塞型滤波器，其结构及接入系统方式如图a3(b)所示。
L (a) e2 Em e1 ωt ωt v2 Em Id Id
C
(a)疏导型滤波器及其接入系统方式
(b) 2Em v1 vd (c) (d) (e) (f) -π Vd v1 ωt i1 ωt ωt L C (b)阻塞型滤波器及其接入系统方式
i2 0 Id /T π 2π ωt Id /T ip 图a3
图a4
答6：The wave shapes of v1, v2, vd (together with Vd) and i1, i2, ip in the single-phase full-wave rectifier circuit are
shown as fig. a4 (b) to (f).
答7：根据题目所给条件，可得图2所示接线双桥换流器之换流变压器一、二次侧的电流相位关系如图a5所
示，由此可求得流过换流变压器2二次侧a相绕组的电流ia2Δ=(ia2 - ib2)/3，换流变压器阀侧、网侧及系统合成电流波形如下图a4所示（仅画出A相）。
iA2=iA1=ia1 i c2 iiC2= iC1=ic1 iB2= iB1=ib1 u a30o u1a α i11 u2a ωt Id Id -i24 i23 Id Id ia2Δ ic2 ic2Δ =ib1 图 图a5 a5 ia2 30o 0iA1=ia1 o 30b ia2 ib2 ia2Δ -i14 i21 Id Id -i26 ωt ωt ωt ωt ωt Id /3 2Id /3 ib2Δ ib2 iA2 iA Id3 1Id3Id/ 3 /2Id12Id33 ωt
图a6
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