直流输电系统的基本调节方式及其特性
高压直流输电原理与运行简答题
高压直流输电复习解答1.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2.两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3.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。
4.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）5.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d i/d t的限制4)关断时间和电压上升率d V/d t的限制6.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。
双闭环直流调速系统特性与原理
双闭环直流调速系统特性与原理双闭环直流调速系统是一种用于控制直流电动机转速的调速系统。
它由两个闭环控制回路组成，分别是转速外环和电流内环。
其中，转速外环控制直流电机的转速，通过调节电压来控制直流电机的转矩；而电流内环则控制直流电机的电流，通过调节电压来控制直流电机的转矩。
1.稳定性：双闭环控制系统能够有效地控制直流电动机的转速和电流，使其在运行过程中保持稳定的转矩输出。
通过转速外环对转速进行控制，可以实现精确的转速调节；而电流内环则能够控制电机的电流，防止过载和短路等故障。
2.响应速度：双闭环控制系统的转速外环具有较快的响应速度，能够实现快速的转速调节。
而电流内环的响应速度则相对较慢，主要起到电机保护的作用。
3.鲁棒性：双闭环控制系统具有较好的鲁棒性，能够对外部干扰和参数变化具有一定的抗干扰能力。
通过合理的控制策略和参数调整，可以提高系统的鲁棒性。
1.转速外环控制原理：转速外环将输出电压与给定的转速进行比较，得到转速误差，并通过调节电压反馈回内环控制器中。
转速外环控制器通常采用PI控制器，根据转速误差和积分项来控制输出电压。
通过不断调节输出电压，使得转速误差趋于零，从而实现对直流电机转速的调节。
2.电流内环控制原理：电流内环控制器将输出电压与给定的电流进行比较，得到电流误差，并通过调节输出电压来控制电流。
电流内环控制器通常也采用PI控制器，根据电流误差和积分项来控制输出电压。
通过不断调节输出电压，使得电流误差趋于零，从而实现对直流电机电流的调节。
3.反馈信号处理：双闭环直流调速系统中，转速和电流测量信号需要经过滤波和放大等处理，以便传递给控制器进行计算。
滤波器通常采用低通滤波器，用于去除高频噪声，放大器则用于放大信号强度。
4.控制指令处理：由上位机或人机界面输入的控制指令需要经过处理，包括限幅、线性化等，以确保输入信号符合控制系统的要求。
处理后的指令将送入控制器，进行计算和控制输出电压。
通过双闭环直流调速系统的控制，可以实现对直流电机的转速和电流的精确调节，并具有较好的稳定性、响应速度和鲁棒性，广泛应用于工业自动化领域。
直流电动机有哪几种调速方法各有哪些特点答：直流电动机有三种
直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？答：直流电动机有三种调速方法：1）调节电枢供电电压U ；2）减弱励磁磁通Φ；3）改变电枢回路电阻R 。
特点：对于要求在一定范围内无极平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。
改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以上作小范围的弱磁升速。
晶闸管—电动机系统当电流断续时机械特性的显著特点是什么？答：电流断续时的电压、电流波形图（Ⅰ10P 、Ⅱ 12P ）（三相零式为例）。
断续时，0d u 波形本身与反电势E 有关，因而就与转速n 有关，而不是像电流连续时那样只由控制角α决定的常值。
机械特性呈严重的非线性，有两个显著的特点：第一个特点是当电流略有增加时，电动机的转速会下降很多，即机械特性变软。
当晶闸管导通时，整流电压波形与相电压完全一致，是电源正弦电压的一部分。
当电流断续后，晶闸管都不导通，负载端的电压波形就是反电势波形。
电流波形是一串脉冲波，其间距为︒120，脉冲电流的底部很窄。
由于整流电流平均值d I 与电流波形包围的面积成正比，如果电流波形的底部很窄，为了产生一定的d I ，各相电流峰值必须加大，因为RE u i d d -=,而整流输出的瞬时电压d u 的大小由交流电源决定，不能改变。
也就是说应使E 下降很多即转速下降很多，才能产生一定的d I ，这就是电流断续时机械特性变软的原因。
第二个特点是理想空载转速0n 升高。
因为理想空载时0=d I ，所以2m a x 02U u E d ==，所以0n 升高。
简述直流PWM 变换器电路的基本结构。
答：直流 PWM 变换器基本结构如图所示，包括 IGBT 和续流二极管。
三相交流电经过整流滤波后送往直流 PWM 变换器，通过改变直流 PWM 变换器中 IGBT 的控制脉冲占空比来调节直流 PWM 变换器输出电压大小，二极管起续流作用。
Ug0Ton T t 直流PWM 变换器基本结构直流PWM 变换器输出电压的特征是什么？答：频率一定、宽度可调的脉动直流电压。
直流他励电动机的调速特性
02
CATALOGUE
直流他励电动机的调速特性
调速性能分析
调速范围
动态响应
直流他励电动机的调速范围较宽，可 以在较广的转速范围内实现平滑调速 ，满足不同负载和工艺流程的需求。
直流他励电动机的动态响应较快，可 以在短时间内实现快速加减速，满足 动态负载和快速响应系统的要求。
调速精度
直流他励电动机的调速精度较高，可 以通过精确的控制算法实现转速的精 确调节，适用于对速度精度要求较高 的应用场景。
调速方法
通过改变电枢电流的大小来调节直流他励电动机的转速。具体来说，可以通过改变 输入电压或电阻来调节电枢电流的大小。
另外，还可以通过改变励磁电流的大小来调节电动机的转速。具体来说，可以通过 改变励磁绕组的输入电压或电阻来调节励磁电流的大小。
需要注意的是，在调节直流他励电动机的转速时，应保持电枢电流和励磁电流的相 位差不变，以保持电动机的正常运转。
调速系统的稳定性
稳定性分析
直流他励电动机的调速系统稳定性取决于多种因素，如电枢 电阻、电枢电感、负载转矩等。需要根据具体应用场景进行 稳定性分析和设计。
稳定性控制
为了提高直流他励电动机的调速系统稳定性，可以采用多种 控制策略，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。通过合 理的控制策略选择和参数调整，可以显著提高系统的稳定性 。
直流他励电动机的调速特性实验与分析
实验设备与环境
直流他励电动机
作为实验对象，需要选择性能 稳定、参数符合要求的直流他
励电动机。
电源与控制器
为直流他励电动机提供电源和 控制信号，确保电机正常运转 。
测速装置
用于测量电机的转速，可以采 用光电编码器或霍尔元件等测 速方式。
华北电力大学-直流输电与FACTS技术-Ch4 HVDC控制系统
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整流侧定角，逆变侧定角运行特性
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整流侧定角，逆变侧定角运行特性
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3. 换流器理想控制特性
在正常运行条件下，整流侧采用恒定电 流 控制，使整流器运行于恒定电流(CC)状态以 保持系统的稳定，逆变侧采用定熄弧角控 制，使逆变器运行于恒熄弧角(CEA)状态以 保 证有足够的换相裕度。
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逆变器控制特性（续）
I d I dor I doi
其值一般为0.1倍的额定电流值。 图中线段TU表示最小a限制，防止逆变器 变为整流器运行，其值一般为100°110°。
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6.3 变压器分接头控制
每当 δ和α超出了所需范围数秒之后，即用 分接头控制将换流器的触发角调回到这个 范围以内来。 逆变器运行在恒熄弧角，从而和分接头切 换器的叠加电压控制一起来固定线路电压。 整流器运行在电流控制方式，配之以分接 头切换器的叠加 α= αnorm控制。
控制特性概括（续）
(2)对于逆变器，必须维持一个确定的最小熄 弧角以避免换相失败。确保换相完成且有足 够的裕度很重要，这样可以保证在a =180° 或δ = 0°换相电压反向之前去游离。因为即 使换相己经开始，直流电流和交流电压仍有 可能改变，所以在最小δ角限制的基础上必
须有足够的换相裕度，一般15°左右。
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主控制（续）
对于整流侧，应使直流电流等于指令电流 值且换流器触发角。在换流器触发角在 15°左右。 对于逆变侧，当采用最小熄弧角控制方式 时，调节该侧换流变抽头以获得预定工作 点所需的直流电压; 当采用恒电压控制方式时，应调节抽头保 证在获得指定直流电压的同时，熄弧角γ 等于或略微大于其最小限制18°。
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6.4 控制特性概括
HVDC控制原理与特性
HVDC控制原理与特性HVDC（高压直流输电）是一种通过直流电进行长距离输电的技术。
与传统的交流输电相比，HVDC具有较大的输电能力、较低的电能损耗和较小的电压降等优点。
HVDC控制原理和特性主要涉及HVDC系统的组成、控制方式以及其特有的稳定性和可靠性。
HVDC系统由直流换流站（DCS）和交流换流站（ACS）组成。
DCS负责将收集到的交流电能转换为直流电，再输送到目标地点。
ACS则负责将交流电能转换为直流电并将其送到DCS。
在HVDC系统中，控制方式分为压控和功控两种。
压控是通过控制换流电压来调节直流功率。
当交流电压增加时，直流功率也会增加。
压控的主要优点是灵活性高，可以实现灵活的功率控制。
它适用于长距离传输和低系统容量的情况。
但是，在压控方式下，系统受电流限制，电流增加会导致功率降低。
功控是通过控制换流电流来调节直流功率。
当交流电流增加时，直流功率也会增加。
功控的主要优点是系统稳定性好，可以实现更高的功率传输。
它适用于长距离传输和高系统容量的情况。
然而，功率受电压限制，电压降低会导致功率降低。
HVDC系统具有以下特性：1.高效性：HVDC系统具有较低的电能损耗和电压降，能够实现更高的能源传输效率。
2.长距离传输：HVDC系统适用于长距离的能源传输，能够实现数千公里的电力输送。
3.可靠性：HVDC系统具有较高的可靠性，不受电力系统电压和频率调度的影响，能够实现更加稳定的输电。
4.系统调度：HVDC系统能够实现可控的输电能力，使得电力系统的调度更加灵活和高效。
5.无电磁干扰：HVDC系统基本上不会对周围环境产生电磁干扰，对传输线路和附近的居民影响较小。
6.无电容和电感功率：HVDC系统没有电容和电感功率，能够减少发电和输电过程中的电能损耗。
总之，HVDC系统通过控制换流电压或电流来实现对直流功率的调节，具有高效、长距离传输、可靠性高和灵活调度等特点。
它已被广泛应用于长距离的电力传输和大容量电力输电项目中，并在电力系统优化和发展方面起到了重要作用。
直流输电-复习题2
直流输电1．晶闸管的通、断条件是什么？开通条件：阀电压为正（阳极电位高于阴极电位），并且在控制极加上对阴极为正的触发脉冲。
阀由导通转向关断的条件是：在阀电流下降到小于维持电流之后，阀电压在足够长时间内保持为负值。
2．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？a:输送功率相同情况下，线路造价比较低，线路损耗小b ：直流输电不存在两端交流系统之间同步运行稳定性问题c ：用直流输电联网，能有效限制短路容量便于分区调度管理，有利于故障是交流系统间的快速紧急支援和限制事故扩大。
d ：直流输电控制系统目前一般主要用计算机元件构成；响应快速，调节精确，操作方便，能实现多目标控制。
e ：直流输电线路沿线电压分布平稳；没有电容电流不需要并联电抗补偿f ：长距离电力电缆送电宜采用直流输电g ：两端直流输电便于分极分期建设，增容扩建，有利于及早发挥投资效益主要缺点： a ：换流器在工作时需要消耗较多的无功功率b ：可控硅元件的过载能力较低，需要采取较多元器件串并联来解决这一问题c ：直流输电在以大地或海水作回流电路时对沿途地面地下或海水中的金属设施，如金属构件、金属管道、电缆等造成腐蚀。
d ：直流电流不像交流那样有电流波形的过零点，因而灭弧比较困难。
应用场合： a ：远距离大功率输电b ：海底电缆送电C ：交流电力系统之间的非同步联络d ：交流电力系统互联或配电网增容时，作为限制短路电流的措施e ：向用电密集的大城市供电3．何谓换相过程？换相过程中交流系统会发生什么？换向过程：由于L r 的存在（换流变压器漏感、交流系统等值电感等），L r 的存在使得发电流不能突变，存在同一半桥中两阀同时导通的区间，直流负载电流I d 从一阀向另一阀转移。
换流器正常换向时，将造成交流系统的两相短路，在短路电流的作用下实现换向。
4. 触发角a （卩）、换相角丫、关断角6的定义与概念是什么？延迟触发角a 触发脉冲时刻P 与q 间的电角度越前触发角卩：阀的触发时刻越前于相应的线电压过零点的电角度，卩=180-a 换相重叠角Y ：换向过程所经历的时间对应的电角度越前关断角8：阀关断时刻到相应的线电压过零点的电角度，又称熄弧角。
HVDC控制原理与特性
2.将整流站电流定值从Idr改为Idr-ΔIm、逆变站电流定值则从Idr-ΔIm改 为Idr；
2.3 直流系统微机控制基本原理和控制算法
A.换流器定值控制模型
DDC模块：根据采样得到的被控量与整定值之间的 偏差进行直接数字控制 算法处理，获得控制信 号Vcn 。
DPC调还模节包块触 含：发 一由脉 个V冲 产cn经相生过位、数的分字相配相位等位控间控制隔制信触算号发法脉得n冲。出的该用脉模于冲块 相位比较与分配环节。
必须指出，对于需要双向输电的直流系统，其两端换流站 的控制系统均应配置整流和逆变两种运行方式所需的控 制功能模块。换句话说，除了“主控模块”外，两站的 控制系统配置应完全一样。
2.11 直流输电系统的功率反送控制(续)
双向输电直流系统的快速功率反转控制可通过改变两站直流电流定值来 实现，其过程如下：
2. 附加功率控制模块(APC)，根据交流系统频差确定功率 控制修正量(ΔP0)；
3. 控制电流形成模块，根据修正后的功率控制定值Pdr(= Pdr1+ΔP0) 和实测电压Ud，获得电流控制定值Idr0；
4. 过载限流模块， Idr0必须≤过载计算单元(OLC)根据当 前阀冷却介质温度和实测Id计算出的最大允许过载电流 (I’max);
闭环控制是当检测到δ与δ0的偏差后才进行控制， 因此对于δ＜δ0情况下的控制是不利的。例如 当逆变侧交流系统发生故障，换相电压大幅度跃 降、直流电流迅速上升，δ突然大幅度减小的情 况下，在检测到δ＜δ0时，逆变器可能就已发 生换相失败。
2.5 逆变器定关断角控制(续)
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直流输电系统的基本调节方式及其特性
摘要：直流输电系统的基本调节方式对整个直流输电系统的调节起决定性的作用，近几年来一直被完善和更多的应用。
关键词：控制调节方式定功率模式定电流模式
1.1直流输电系统可以从如下两个方面调节输送的直流电
和直流功率：
1)调节整流器的触发滞后角或逆变器的触发超前角，即调节加到换流阀控制极或栅极的触发脉冲的相位，简称控制极调节。
2)调节换流器的交流电势，一般靠改变换流变压器的分接头来实现。
用控制极进行调节，不但调节范围大，而且非常迅速，是直流输电系统的主要调节手段。
调节换流变压器分接头则速度缓慢且范围有限，所以只作为控制极调节的补充。
1.2控制极调节方式
控制极调节通常采用两种调节方式：整流侧均采用定电流调节方式，逆变侧常采用定关断余裕角调节或定电压(直流)调节方式之一。
1)定电流定关断余裕角调节
一般在整流器上都装有定电流调节装置，自动地保持电流为定值。
定电流调节不但可以改善直流输电的运行性能。
同时也可以限制过电流和防止换流器过载，所以它是直流输电系统基本的调节方式。
定电流调节的基本原理是把系统实际电流和电流整定值进行比较，当出现差别时，便改变整流器的触发角，使差值消失或减少，以保持等于或接近于。
图3.2(a)表明它的工作原理和稳态特性。
设原运行点为A，整流器触发角，直流电流为。
若由于某种原因逆变侧交流电压从下降到，而整流器又无自动调节时，则新的运行点将移到B’点，电流大于。
当装有电流调节器时，则在它的作用下，。
角迅速地增大到，使工作点从A移向B，最后稳定在B点，电流便恢复到Ida。
同理，逆变侧的电压升高或整流侧的交流电压波动时，也能保持等于。
可见在电流调节器的作用下，运行点将在垂直线AB上移动。
直线AB即整流器定电流调节器的伏安特性，称为定电流特性。
定电流特性有一定的范围，当逆变侧交流电压上升或整流侧交流电压下降超过某一定值时，即使电流调节器将角减少到上限值，电流也不能恢复正常，因而整流器被限制在=特性上运行。
这时系统运行在定特性和定特性的交点上(C点)，这时即使成稳定运行，也容易引起电流大幅度波动，为了保证逆变器的安全运行，减少发生换相失败的几率，要求逆变器的关断越前角不小于关断余裕角(包括可控
硅正向阻断能力恢复时间所对应的角度和一定的安全裕度)。
另外，为了尽可能提高逆变器的功率因数，又希望它在较小的角状态下运行。
因此逆变器一般都设有定关断余裕角的调节装置，使其运行在定特性上。
为了克服上述缺点，在逆变侧也装有电流调节器，其电流整定值比整流侧的小一个电流裕额，即为。
在正常时，系统运行在整流侧定电流特性与逆变侧定特性的交点。
当逆变侧交流电压上升或整流侧交流电压下降较多，致使整流侧转入定运行时，逆变侧即转入定电流运行，系统的运行点分别移到B或C点。
运行在这些点都是稳定的，仅运行电流略有减小。
设置电流裕额是为了避免两侧定电流特性重迭而引起运行点漂移不定。
一般取= (0.1 ~1.15) ，以保证计及两侧电流测量误差后，两条定电流特性不至于重叠。
2)定电流和定电压(直流)调节方式
在这种方式中整流器仍按定电流调节，逆变器则按直流线路末端(或始端)电压保持一定的方式调节。
定电压调节的原理和定电流调节相似，仅反馈量或被调节量改为相应的直流电压。
为了防止换相失败，逆变器仍需装设调节器，不过它只有在时才进行调节，因此又称为限制器。
这种调节方式适用于受端交流系统等值(短路)阻抗较大(弱系统)的场合，它有利于提高换流站交流电压的稳定性。
定电压调节的另一优点是，在轻负载(直流电流小于额定值)运行时，由于逆变器的角比满载运行时大，对防止换相失败更为有利。
定电压调节方式的缺点是：在额定条件运行时为了保证直流电压有一定的调节范围，逆变器的角略大于，也就是系统运行点要在定特性之下，此时逆变器的额定功率因数和直流电压要比定关断余裕角调节方式的要低一些，亦即消耗的无功功率较多，换流器的利用率较低。
不过，如果在角偏离值不大的范围内，把限制器的响应速度做得比定电压调节的慢一些，则满负载时逆变器也可运行于~ 的状态。
1.3.1定功率模式
定功率控制模式是直流输电工程的主要控制方式。
根据这一控制方式，控制系统应当将指定的功率测控点的直流功率，保持在主控站运行人员整定的功率定值上。
一般把直流功率测控点设在整流站直流线路的出口。
通常，对直流输电输送功率的控制是通过改变直流电流调节器的电流整定值来实现的。
对于一个单极直流输电系统，将单极功率定值除以直流电压之和，便得到了直流电流调节器的电流定值。
这种控制方式可以充分发挥直流电流调节回路的快速响应特性。
另外，为了防止在暂态过程中，电流定值因直流电压可能产生剧烈变化而大幅度波动，需要对直流电压信号进行滤波处理。
直流功率定值及功率从一个定值向另一个定值的变化率由运行人员给定。
另外，也可将其它功率调制信号叠加在功率定值上，以实现需要的功率调制功能。
功率控制应当保证在双极对称运行情况下，流过每一直流极导体的电流相等，尽量减少接地极电流。
同理，对于单极非大地回线方式运行的系统，流过每一直流极导体的电流也应该相等。
当采用大地回线方式或双极运行时，由于受到
条件的限制或其它原因不可能使极线电流达到平衡，才容许接地电流增大。
如果直流系统某一极的输电能力下降，导致实际的直流传输功率减小，那么双极功率控制应当增大另一极电流，自动而快速地把直流传输功率恢复到尽可能接近功率定值水平，另一极的电流可以增大到该极的固有过负荷水平，或短时过负荷水平。
当流过极线的电流超过设备的连续过负荷能力时，功率控制应当向系统运行人员发出报警信号，并在使用规定的过负荷能力之后，自动地把直流功率降低到安全水平。
当一极闭锁或清除直流线路故障时，双极功率控制应将故障极损失的功率尽可能转移到健全极。
1.3.2定电流模式
所谓定电流控制模式，就是保持直流极线电流为整定值。
由于通常定电流控制环路的响应比定功率控制环路快，因而直流系统在遭受剧烈扰动时，可以考虑把控制方式从定功率控制切换到定电流控制，以提高系统稳定性。
在定功率控制模式情况下，若两换流站间通信回路发生故障时，控制系统则从定功率控制自动转换到定电流控制，此时逆变站应自动保持电流裕度。
这两种控制方式之间的切换应当是平稳的。
当两换流站间通信故障时间较长，但站间还可以通过电话联系的情况下，控制系统应仍能允许直流系统继续运行，这种控制方式叫做应急电流控制方式。
由于站间通信是以极为基础设置的，因而应急电流控制也应各极分别设置。