高压直流输配电技术

一、教学目的

高压直流输电系统的运行和控制是电力系统及其自动化、电力电子等专业的一门重要技术基础课程。高压直流输电系统主要研究的内容是如何依靠电力电子变流技术以直流的形式实现电能的远距离传递的系统。通过本课程的学习，学生应掌握高压直流输电系统的基本原理、在实际电能生产系统中的运行特性、控制特性及其结构和元件等理论知识，为从事实际工作打下坚实的基础。

本课程具有较强的综合性和实用性，与工程实际联系密切，对培养学生联系工程实际，提高科学的思维能力具有重要的促进作用。

二、教学内容与要求

第一章绪论（讲课2学时）

了解课程的主要内容，重点了解高压直流输电系统的发展概况、基本组成及与交流输电相比

第二章换流器理论及特性方程（讲课4学时）

换流器的主要功能是完成交－直流转换，并通过HVDC联络线来控制潮流，是直流输电系统中完成电能传递的关键设备。通过本章的学习，了解掌握换流器的阀特性以及实际换流电路的结构和运行情况，掌握换相、触发延迟角、换相角、熄弧角等基本概念，整流器和逆变器的工作方式。具体教学内容和学时安排如下：

2.1、阀特性（讲课1学时）

2.2、换流器电路分析（讲课1学时）

2.3、整流器和逆变器工作方式（讲课1学时）2.4、交流量和直流量之间的关系（讲课0.5学时）2.5、多桥换流器（讲课0.5学时）重点：整流器和逆变器工作方式。难点：多桥换流器的工作方式。

作业：什么是整流器和逆变器，其各自的工作方式是怎样的？

第三章谐波及其抑制（讲课4学时）

谐波及其抑制是高压直流输电中的重要技术问题之一。通过本篇学习，了解高压直流输电系统中的谐波来源以及类型、谐波的影响和危害、滤波装置的特性和设计办法,重点掌握换流站交、直流侧的谐波类型以及抑制，了解交流绕组的术语，认识展开图，懂得三相绕组空间对称的道理，掌握相电势有效值公式，知道其中各物理谐波的基本方法。具体教学内容和学时安排如下：

3.1、高压直流输电系统的谐波（讲课1学时）

3.2、谐波抑制装置的选择（讲课1学时）

3.3、交流滤波器的设计（讲课0.5学时）

3.4、直流侧滤波器设计（讲课1学时）

3.5、增加脉波数来抑制谐波的办法（讲课1学时）重点：抑制谐波的办法。难点：滤波器设计。

作业：什么是特征谐波？什么是非特征谐波？其抑制方式有哪些？

第四章高压直流输电系统的控制和特性（讲课5学时）

高压直流输电系统是高度可控的，采用各种控制方式，目的在于提供高效稳定的运行和功率控制的最大灵活性，同时保证设备的安全。通过本章的学习，掌握控制的基本运行原理、实现以及它们在正常和异常的系统条件下的性能。具体教学内容和学时安排如下：

4.1、控制的基本原理（讲课1学时）4.2、控制系统的实现（讲课1学时）

4.3、换流器触发脉冲控制系统（讲课1学时）4.4、换流器的全数字式控制器（讲课1学时）4.5、阀的闭锁和旁路（讲课0.5学时）

4.6、启动、停运和潮流的逆转（讲课0.5学时）重点：控制的基本原理。

难点：关于阀的闭锁和旁路，启动、停运和潮流的逆转实现。作业：（1）阐述高压直流输电系统的基本控制原理。

（2）如何实现直流系统的启动、停运和潮流的逆转？

第五章高压直流输电系统的数学模型、分析和仿真（讲课9学时）

实际的高压直流输电系统往往和交流系统相互连接，形成交直流输电系统的相互作用，从而产生一系列电压不稳定性、暂态不稳定性、动态过电压等问题，为了预计可能出现的问题并提供解决措施，建立准确的高压直流输电系统拓扑方程变得必要。通过本章的学习，掌握描述高压直流系统的各种模型、求解方法以及相关的仿真计算。具体教学内容和学时安排如下：5.1、用于高压直流系统控制研究的标准模型（讲课1学时）

5.2、高压直流输电系统的稳态模型和潮流的顺序解法（讲课2学时）5.3、交、直流潮流的改进统一解法（讲课1学时）

5.4、高压直流输电系统的线性状态空间模型（讲课1学时）5.5、高压直流输电系统的暂态仿真（讲课2学时）5.6、静止无功补偿器的暂态仿真（讲课1学时）

5.7、稳定研究中高压直流输电系统模型选择的一般原则（讲课1学时）重点：高压直流输电系统的暂态仿真。难点：高压直流输电系统的暂态仿真。

作业：做一个简单的两机系统内嵌直流系统的暂态仿真，了解功率传输过程中交流侧和直流侧电压电流的变化。

第六章提高交流系统性能的附加直流控制（讲课6学时）

高压直流输电系统中，基本的控制量式整流器控制的直流电流和逆变器的直流电压。通过本章的学习，了解有关附加控制的原理和设计方法、最近发展的高级控制技术等。具体教学内容和学时安排如下：

6.1、概述和定义（讲课2学时）

6.2、最优功率调节控制器的设计（讲课0.5学时）

6.3、提高交流系统暂态稳定性的附加控制（讲课0.5学时）6.4、阻尼交流系统的次同步振荡（讲课0.5学时）6.5、模糊逻辑控制和变结构控制（讲课0.5学时）6.6、自校正电流控制器的设计（讲课1学时）

6.7、直流换流器的无功功率和电压控制（讲课1学时）

重点：提高交流系统暂态稳定性的附加控制，直流换流器的无功功率和电压控制。难点：阻尼交流系统的次同步振荡，模糊逻辑控制和变结构控制。作业：（1）提高交流系统暂态稳定性的附加控制有哪些？

（2）如何抑制交流系统的次同步振荡？

第七章交流和直流系统间的相互作用（讲课4学时）

交流和直流系统间相互作用的性质以及相关问题在很大程度上取决于交流系统与所连直流系统容量的相对大小。本章的主要内容是讨论与弱交流系统连接的直流系统的有关问题以及处理这些问题的办法。通过本章的学习，了解短路比、有效短路比、暂态电压稳定性以及强迫换相等基本概念，掌握解决弱系统有关问题的方案，暂态交流电压的现象以及可能引起的系统问题，谐波的不稳定性机制以及缓解办法，具体教学内容和学时安排如下：

7.1、概述和定义（讲课0.5学时）

7.2、暂态交流电压稳定性（讲课0.5学时）7.3、动态过电压和控制设备（讲课0.5学时）7.4、强迫换相和GTO电压源换流器（讲课0.5学时）7.5、谐波不稳定性及其缓解办法（讲课0.5学时）

7.6、弱背靠背直流联络线的稳定性和电压崩溃（讲课0.5学时）7.7、背靠背换流站的统一控制（讲课0.5学时）