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
第２章 检测系统的基本特性 2.1 检测系统的静态特性及指标 2.1.1检测系统的静态特性 一、静态测量和静态特性 静态测量：测量过程中被测量保持恒定不变（即dx/dt=0系统处于稳定状态）时的测量。 静态特性（标度特性）：在静态测量中，检测系统的输出－输入特性。 n n x a x a x a x a a y +++++= 332210 例如：理想的线性检测系统： x a y 1= 如图2-1-1(a)所示 带有零位值的线性检测系统：x a a y 10+= 如图2-1-1(b)所示 二、静态特性的校准（标定）条件――静态标准条件。 2.1.2检测系统的静态性能指标 一、测量范围和量程 1、 测量范围：（x min ，x max ） x min ――检测系统所能测量到的最小被测输入量（下限） x max ――检测系统所能测量到的最大被测输入量（上限）。 2、量程： min max x x L -= 二、灵敏度S dx dy x y S x =??=→?)( lim 0 串接系统的总灵敏度为各组成环节灵敏度的连乘积 321S S S S = 三、分辨力与分辨率 1、分辨力：能引起输出量发生变化时输入量的最小变化量min x ?。 2、分辨率：全量程中最大的min x ?即min max x ?与满量程L 之比的百分数。 四、精度（见第三章） 五、线性度e L max .. 100%L L F S e y ?=± ? max L ?――检测系统实际测得的输出－输入特性曲线（称为标定曲线）与其拟合直线之
间的最大偏差 ..S F y ――满量程（F.S.）输出 注意：线性度和直线拟合方法有关。 最常用的求解拟合直线的方法：端点法 最小二乘法 图2-1-3线性度 a.端基线性度； b.最小二乘线性度 四、迟滞e H %100. .max ??= S F H y H e 回程误差――检测系统的输入量由小增大（正行程），继而自大减小（反行程）的测试 过程中，对应于同一输入量，输出量的差值。 ΔHmax ――输出值在正反行程的最大差值即回程误差最大值。 迟滞特性 五、稳定性与漂移 稳定性：在一定工作条件下，保持输入信号不变时，输出信号随时间或温度的变化而出 现缓慢变化的程度。 时漂： 在输入信号不变的情况下，检测系统的输出随着时间变化的现象。 温漂： 随着环境温度变化的现象（通常包括零位温漂、灵敏度温漂）。 2.2 检测系统的动态特性及指标 动态测量：测量过程中被测量随时间变化时的测量。 动态特性――检测系统动态测量时的输出－输入特性。 常用实验的方法： 频率响应分析法――以正弦信号作为系统的输入；
高压直流输电与特高压交流输电的优缺点比较 从经济方面考虑，直流输电有如下优点： (1) 线路造价低。对于架空输电线，交流用三根导线，而直流一般用两根采用大地或海水作回路时只要一根，能节省大量的线路建设费用。对于电缆，由于绝缘介质的直流强度远高于交流强度，如通常的油浸纸电缆，直流的允许工作电压约为交流的3倍，直流电缆的投资少得多。 (2) 年电能损失小。直流架空输电线只用两根，导线电阻损耗比交流输电小；没有感抗和容抗的无功损耗；没有集肤效应，导线的截面利用充分。另外，直流架空线路的“空间电荷效应”使其电晕损耗和无线电干扰都比交流线路小。 所以，直流架空输电线路在线路建设初投资和年运行费用上均较交流经济。 直流输电在技术方面有如下优点： (1) 不存在系统稳定问题，可实现电网的非同期互联，而交流电力系统中所有的同步发电机都保持同步运行。直流输电的输送容量和距离不受同步运行稳定性的限制，还可连接两个不同频率的系统，实现非同期联网，提高系统的稳定性。 (2) 限制短路电流。如用交流输电线连接两个交流系统，短路容量增大，甚至需要更换断路器或增设限流装置。然而用直流输电线路连接两个交流系统，直流系统的“定电流控制”将快速把短路电流限制在额定功率附近，短路容量不因互联而增大。 (3) 调节快速，运行可靠。直流输电通过可控硅换流器能快速调整有功功率，实现“潮流翻转”(功率流动方向的改变)，在正常时能保证稳定输出，在事故情况下，可实现健全系统对故障系统的紧急支援，也能实现振荡阻尼和次同步振荡的抑制。在交直流线路并列运行时，如果交流线路发生短路，可短暂增大直流输送功率以减少发电机转子加速，提高系统的可靠性。 (4) 没有电容充电电流。直流线路稳态时无电容电流，沿线电压分布平稳，无空、轻载时交流长线受端及中部发生电压异常升高的现象，也不需要并联电抗补偿。 (5) 节省线路走廊。按同电压500 kV考虑，一条直流输电线路的走廊～40 m，一条交流线路走廊～50 m，而前者输送容量约为后者2倍，即直流传输效率约为交流2倍。 下列因素限制了直流输电的应用范围： (1) 换流装置较昂贵。这是限制直流输电应用的最主要原因。在输送相同容量时，直流线路单位长度的造价比交流低；而直流输电两端换流设备造价比交流变电站贵很多。这就引起了所谓的“等价距离”问题。 (2) 消耗无功功率多。一般每端换流站消耗无功功率约为输送功率的40%～60%，需要无功补偿。 (3) 产生谐波影响。换流器在交流和直流侧都产生谐波电压和谐波电流，使电容器和发电机过热、换流器的控制不稳定，对通信系统产生干扰。 (4) 缺乏直流开关。直流无波形过零点，灭弧比较困难。目前把换流器的控制脉冲信号闭锁，能起到部分开关功能的作用，但在多端供电式，就不能单独切断事故线路，而要切断整个线路。 (5) 不能用变压器来改变电压等级。 直流输电主要用于长距离大容量输电、交流系统之间异步互联和海底电缆送电等。与直流输电比较，现有的交流500 kV输电(经济输送容量为1 000 kW、输送距离为300～500 km)已不能满足需要，只有提高电压等级，采用特高压输电方式，才能获得较高的经济效益。
第三章 测试系统的基本特性 （一）填空题 1、某一阶系统的频率响应函数为1 21)(+= ωωj j H ，输入信号2 sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为= ω，幅值= y ，相位= φ。 2、试求传递函数分别为5.05.35 .1+s 和2 22 4.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统 的总灵敏度。为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有、 和 。 3、当测试系统的输出)(t y 与输入)(t x 之间的关系为)()(00t t x A t y ?=时，该系统能实现 测试。此时，系统的频率特性为=)(ωj H 。4、传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的越小。5、一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有 关系为最佳。 （二）选择题1、 不属于测试系统的静特性。 （1）灵敏度 （2）线性度（3）回程误差（4）阻尼系数 2、从时域上看，系统的输出是输入与该系统 响应的卷积。（1）正弦 （2）阶跃 （3）脉冲 （4）斜坡 3、两环节的相频特性各为)(1ωQ 和)(2ωQ ，则两环节串联组成的测试系统，其相频特性 为 。 （1）)()(21ωωQ Q （2）)()(21ωωQ Q +（3）) ()() ()(2121ωωωωQ Q Q Q +（4）) ()(21ωωQ Q ?4、一阶系统的阶跃响应中，超调量 。 （1）存在，但<5％（2）存在，但<1（3）在时间常数很小时存在 （4）不存在 5、忽略质量的单自由度振动系统是 系统。（1）零阶 （2）一阶 （3）二阶 （4）高阶 6、一阶系统的动态特性参数是 。 （1）固有频率 （2）线性度 (3)时间常数（4）阻尼比 7、用阶跃响应法求一阶装置的动态特性参数，可取输出值达到稳态值 倍所经过的
直流输电系统的特点 与交流输电相比,直流输电具有非同步联络能力、无稳态电容电流、线路输送容量大、网损小、功率容易控制等优点[2]。目前,直流输电因其技术和经济上的独特优势,在远距离大容量输电和大区联网两方面已得到了十分广泛的应用。直流输电系统的换流器是由电子开关器件构成的,具有短时的过负荷能力,其输出变量(直流电压和电流)可以快速调节,因而可以通过快速改变直流输电系统传输功率的设定值,来改善交流系统的动态性能。作为电力系统动态调节的手段,直流输电系统最重要和最常用的功能是阻尼低频振荡I3,礴】和提高电力系统的暂态稳定性15-7〕。直流系统的传输容量通常很大,与大型发电厂相当,若能加以适当的控制,它可对交流系统的暂态稳定提供有力的支持。因此,若假定未受扰动的交流端能够提供所需的直流功率改变,则直流系统可提供给受扰动端很大的功率支持。扰动端很大的功率支持。 尽管如此,直流输电系统也有自己的一些弱点。例如,作为一种频率不敏感负荷,相应于交流系统中的某一扰动,直流系统本身并不为发电机提供同步功率,相反,它还会对发电机提供负的阻尼转矩;又如,当交流电压下降时,以定熄弧角工作的逆变器的功率因数会下降,继而引起交流电压的下降,并有可能导致交流系统发生电压失稳;另外,为换流器提供无功补偿的电容器和滤波器也会对交流电压的恢复产生不利影响。交直流输电系统中交直流间的相互作用十分复杂,当交流系统较弱或交流系统负荷较重时,系统的运行便可能产生一系列问题,如逆变器发生换相失败、直流系统在扰动后难以快速恢复、产生交流过电压,还可能引起谐波不稳定等问题18-1“]。此外,直流输电系统对交流系统中发生的故障相当敏感,当逆变站交流母线电压下降10%一15%时就将不可避免地导致逆变器换相失败,这意味着直流系统功率输送的短时中断,因此要求这时的直流系统能快速进行自我恢复以缓解交流系统内功率的不平衡。当多条直流输电线路落点于同一交流系统时,便形成了多馈入直流输电系统(multi-谊比eddirectcurrent,缩写为NnDC)[,’〕。与单馈入直流输电系统相比,MD〕C具有更大的输送容量和更为灵活的运行方式,但同时也带来了一些特殊问题。比如,如何才能更好地对多个直流输电子系统进行调制,以改善交流系统的暂态性能;各直流输电子系统逆变站间的电气距离为多少时,才不至于引起多个换流器同时发生换相失败;如果各直流输电子系统馈入到交流系统的总功率较大,是否会引起电压失稳;不同直流输电子系统间的恢复控制是否需要协调,等等[ll]。总之,当2个或多个换流站交流母线间的电气联系较强时,交直流系统之间、直流与直流系统之间的相互作用很强,某些不良的相互作用可能会导致系统整体性能的下降,甚至威胁到系统的安全稳定运行。夸1.1.2直流输电技术在我国的应用现状目前,直流输电技术在我国已得到了较广泛的应用,如80年代末投产的葛洲坝至上海南桥的直流输电工程和2000年投运的广西天生桥至广东的直流输电工程,此外,还有于1988年投运的完全采用我国自己技术研制生产的舟山直流输电工程等。随着三峡电力系统的建成,又将有2条直流线路落点于华东电网,加上原有的葛洲坝一南桥直流线路,一个多馈入交直流电力系统的格局将在华东和华中电网中形成。在南方电网中,到2004年和2005年,三峡至广东和贵州安顺至广东的两条直流输电线路也将投入运行,这样,将会有两条嵌于同步网中的直流输电线路和一条嵌于异步网中的直流输电线路同时落点于广东电网,该情形在世界上也属罕见。与此同时,直流输电技术的广泛应用也将带来 直流输电系统的特点 与交流输电相比,直流输电具有非同步联络能力、无稳态电容电流、线路输送容量大、网损小、功率容易控制等优点[2]。目前,直流输电因其技术和经济上的独特优势,在远距离大容量输电和大区联网两方面已得到了十分广泛的应用。直流输电系统的换流器是由电子开关器件构成的,具有短时的过负荷能力,其输出变量(直流电压和电流)可以快速调节,因而可以通过快速改变直流输电系统传输功率的设定值,来改善交流系统的动态性能。作为电力系统动态
柔性直流输电 一、常规直流输电技术 1. 常规直流输电系统换流站的主要设备。常规直流输电系统换流站的主要设备一般包括：三相桥式电路、整流变压器、交流滤波器、直流平波电抗器和控制保护以及辅助系统(水冷系统、站用电系统)等。 2. 常规直流输电技术的优点。 1）直流输送容量大，输送的电压高，最高已达到800kV，输送的电流大，最大电流已达到4 500A；所用单个晶闸管的耐受电压高，电流大。 2）光触发晶闸管直流输电，抗干扰性好。大电网之间通过直流输电互联（背靠背方式），换流阀损耗较小，输电运行的稳定性和可靠性高。 3）常规直流输电技术可将环流器进行闭锁，以消除直流侧电流故障。 3. 常规直流电路技术的缺点。常规直流输电由于采用大功率晶闸管，主要有如下缺点。 1）只能工作在有源逆变状态，不能接入无源系统。 2）对交流系统的强度较为敏感，一旦交流系统发生干扰，容易换相失败。 3）无功消耗大。输出电压、输出电流谐波含量高，需要安装滤波装置来消除谐波。 二、柔性直流输电技术
1. 柔性直流输电系统换流站的主要设备。柔性直流输电系统换流站的主要设备一般包括：电压源换流器、相电抗器、联结变压器、交流滤波器和控制保护以及辅助系统(水冷系统、站用系统)等。 2. 柔性直流输电技术的优点。柔性直流输电是在常规直流输电的基础上发展起来的，因此传统的直流输电技术具有的优点，柔性输电大都具有。此外，柔性输电还具有一些自身的优点。 1）潮流反转方便快捷，现有交流系统的输电能力强，交流电网的功角稳定性高。保持电压恒定，可调节有功潮流；保持有功不变，可调节无功功率。 2）事故后可快速恢复供电和黑启动，可以向无源电网供电，受端系统可以是无源网络，不需要滤波器开关。功率变化时，滤波器不需要提供无功功率。 3）设计具有紧凑化、模块化的特点，易于移动、安装、调试和维护，易于扩展和实现多端直流输电等优点。 4）采用双极运行，不需要接地极，没有注入地下的电流。 3. 柔性直流输电技术的缺点。系统损耗大（开关损耗较大），不能控制直流侧故障时的故障电流。在直流侧发生故障的情况下，由于柔性直流输电系统中的换流器中存在不可控的二极管通路，因此柔性直流输电系统不能闭锁直流侧短路故障时的故障电流，在故障发生后只能通过断开交流侧断路器来切除故障。可以使用的最佳解决方式是通过使用直流电缆来提高系统的可靠性和可用率。 三、常规直流输电技术和柔性直流输电技术的对比
交、直流输电的优缺点 直流输电的优势 直流输电的再次兴起并迅速发展，说明它在输电技术领域中确有交流输电不可替代的优势。尤其在下述情况下应用更具优势： （1）远距离大功率输电。直流输电不受同步运行稳定性问题的制约，对保证两端交流电网的稳定运行起了很大作用。 （2）海底电缆送电是直流输电的主要用途之 一。"输送相同的功率，直流电缆不仅费用比交流省，而且由于交流电缆存在较大的电容电流，海底电缆长度超过40km时，采用直流输电无论是经济上还是技术上都较为合理。 （3）利用直流输电可实现国内区网或国际间的非同步互联，把大系统分割为几个既可获得联网效益，又可相对独立的交流系统，避免了总容量过大的交流电力系统所带来的问题。 （4）交流电力系统互联或配电网增容时，直流输电可以作为限制短路电流的措施。这是由于它的控制系统具有调节快、控制性能好的特点，可以有效地限制短路电流，使其基本保持稳定。 （5）向用电密集的大城市供电，在供电距离达到一定程度时，用高压直流电缆更为经济，同时直流输电方式还可以作为限制城市供电电网短路电流增大的措施。 4直流输电与交流输电的技术比较 4．1直流输电的优点 （1）直流输电不存在两端交流系统之间同步运行的稳定性问题，其输送能量与距离不受同步运行稳定性的限制； （2）用直流输电联网，便于分区调度管理，有利于在故障时交流系统间的快速紧急支援和限制事故扩大；
（3）直流输电控制系统响应快速、调节精确、操作方便、能实现多目标控制； （4）直流输电线路沿线电压分布平稳，没有电容电流，不需并联电抗补偿； （5）两端直流输电便于分级分期建设及增容扩建，有利于及早发挥效益。 4．2直流输电的缺点 （1）换流器在工作时需要消耗较多的无功功率； （2）可控硅元件的过载能量较低； （3）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造成腐蚀，同时还会对通信和航海带来干扰； （4）直流电流不像交流电流那样有电流波形的过零点，因此灭弧比较困难。 5直流输电与交流输电的经济比较 （1）直流架空线路投资省。直流输电一般采用双极中性点接地方式，直流线路仅需两根导线，三相交流线路则需三根导线，但两者输送的功率几乎相等，因此可减轻杆塔的荷 重，减少线路走廊的宽度和占地面积。在输送相同功率和距离的条件下，直流架空线路的投资一般为交流架空线路投资的三分之 二。" （2）直流电缆线路的投资少。相同的电缆绝缘用于直流时其允许工作电压比用于交流时高两倍，所以在电压相同时，直流电缆的造价远低于交流电缆。 （3）换流站比变电站投资大。换流站的设备比交流变电站复杂，它除了必须有换流变压器外，还要有目前价格比较昂贵的可控硅换流器，以及换流器的其它附属设备，因此换流站的投资高于同等容量和相应电压的交流变电站。
第4章测试系统的基本特性 4．1 知识要点 4.1.1测试系统概述及其主要性质 1.什么叫线性时不变系统？ 设系统的输入为x (t )、输出为y (t )，则高阶线性测量系统可用高阶、齐次、常系数微分方程来描述： )(d )(d d )(d d )(d 01111t y a t t y a t t y a t t y a n n n n n n ++++--- )(d )(d d )(d d )(d 01111t x b t t x b t t x b t t x b m m m m m m ++++=--- （4-1） 式（4-1）中，a n 、a n -1、…、a 0和b m 、b m -1、…、b 0是常数，与测量系统的结构特性、输入状况和测试点的分布等因素有关。这种系统其内部参数不随时间变化而变化，称之为时不变（或称定常）系统。既是线性的又是时不变的系统叫做线性时不变系统。 2.线性时不变系统具有哪些主要性质？ （1）叠加性与比例性：系统对各输入之和的输出等于各单个输入的输出之和。 （2）微分性质：系统对输入微分的响应，等同于对原输入响应的微分。 （3）积分性质：当初始条件为零时，系统对输入积分的响应等同于对原输入响应的积分。 （4）频率不变性：若系统的输入为某一频率的谐波信号，则系统的稳态输出将为同一频率的谐波信号。 4.1.2测试系统的静态特性 1.什么叫标定和静态标定？采用什么方法进行静态标定？标定有何作用？标定的步骤有哪些？ 标定：用已知的标准校正仪器或测量系统的过程。 静态标定：就是将原始基准器，或比被标定系统准确度高的各级标准器或已知输入源作用于测量系统，得出测量系统的激励－响应关系的实验操作。 静态标定方法：在全量程范围内均匀地取定5个或5个以上的标定点（包括零点），从零点开始，由低至高，逐次输入预定的标定值（称标定的正行程），然后再倒序由高至低依次输入预定的标定值，直至返回零点（称标定的反行程），并按要求将以上操作重复若干次，记录下相应的响应－激励关系。 标定的主要作用是：确定仪器或测量系统的输入－输出关系，赋予仪器或测量系统分度
直流输电系统基本调节论文 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
高压直流输电系统概述 院系：电气工程学院 班级：1113班 学号：xxxxxxxxxxx 姓名：xxxxxxxxxx 专业：电工理论新技术
一、高压直流输电系统发展概况 高压直流输电作为一种新兴的输电方法，有很多优于交流输电地方，比如它可以实现不同额定频率或相同额定频率交流系统之间的非同期联络，特别适合高电压、远距离、大容量输电，尤其适合大区电网间的互联，线路功耗小、对环境的危害小，线路故障时的自防护能力强等等。 1954年,世界上第一个基于汞弧阀的高压直输电系统在瑞典投入商业运行.随着电力系统的需求和电力电子技术的发展,高压直流输电技术取得了快速发展. 1972年,基于可控硅阀的新一代高压直流输电系统在加拿大伊尔河流域的背靠背直流工程中使用; 1979年,第一个基于微处理器控制技术的高压直流输电系统投入运行; 1984年,巴西伊泰普水电站建造了电压等级最高(±600 kV)的高压直流输电工程. 我国高压直流输电起步相对较晚,但近年来发展很快. 1987年底我国投运了自行建成的舟山100 kV海底电缆直流输电工程,随后葛洲坝-上海500 kV、1 200MW的大功率直流输电投运,大大促进了我国高压直流输电水平的提高. 2000年以后,我国又相继建成了天生桥-广州、三峡-常州、三峡-广州、贵州-广州等500 kV容量达3 000MW的直流输电工程.此外,海南与台湾等海岛与大陆的联网、各大区电网的互联等等,都给我国直流输电的发展开辟了动人的前景. 近年来,直流输电技术又获得了一次历史性的突破,即基于电压源换流器(Voltage Source Converter,VSC)技术和全控型电力电子功率器件,门极可关断晶闸管(GTO)及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为基础的新一代高压直流输电技术已发展起来,也就是轻型直流输电(HVDC light)技术. 现有的直流输电主要是两端系统.随着直流断路器研制的进展和成功以及直流输电技术的进一步成熟完善,直流输电必将向着多端系统发展.同时许多其他科学技术领域的新成就将使输电技术的用途得到广泛的扩展.光纤与计算机技术的发展也使得直流输电系统的控制、调节与保护更趋完善,运行可靠性进一步提高;高温超导材料及其在强电方面的应用研究正方兴未艾,在直流下运行时,超导电缆无附加损耗,可节省制冷费用,因此在超导输电方面直流输电也很适宜. 一、高压直流输电系统构成 高压直流输电系统的结构按联络线大致可分为单极联络线、双极联络线、同极联络线三大类。 单极联络线的基本结构如图1所示,通常采用一根负极性的导线,由大地或海水提供回路,采用负极性的导线,是因为负极的电晕引起的无线电干扰和受雷击的几率比正极性导线小得多,但当功率反送时,导线的极性反转,则变为负极接地。由于它只需要一根联络线,故出于降低造价的目的,常采用这类系统,对电缆
系统及其特性 一、教材分析 本节内容是在《技术与设计2》中，第三章第一节内容。系统与设计可以说是一个承上启下的中枢环节，它既是在“结构”与“流程”的基础上加以展开，又为“控制与技术”的讲述做好了铺垫,是全书的重点之一。本节先通过具体实例对系统的含义进行初步分析与学习，让学生形成系统意识，为学生用系统的观点和方法分析和认识事物奠定基础。系统的基本特性分析是对系统概念的深入研究，皆在让学生初步掌握系统的分析方法。系统的基本特性是本章的重点，让学生建立系统的观点是本节的难点。 二、学情分析 本节课的教学对象是高二的学生，总的来说，他们已经有一定的生活经历，对事物也有了一定的判断能力。在日常生活中，学生虽然接触过系统，知道系统这个名词，但实际上并不知道什么是系统，还不会有意识地用系统的方法去分析问题﹑解决问题。本节课结合丰富的案例，旨在教会学生认识系统，转变看待问题的方式。 三、教学目标 知识与技能目标： 1、理解系统的含义。 2、体会系统的组成和层次关系 3、理解系统的基本特性 4、能利用基本特性对系统进行简单的分析 过程与方法目标： 1、学会用系统的观点认识事物 2、培养学生理解实际问题的能力 通过案例分析，能联系各个领域对系统分析进行交流和讨论。 情感、态度与价值观目标： 培养学生养成严谨的学习态度和团结协作的作风，让学生感悟从系统的角度认识分析事物，渗透事物各部分普遍联系的观点。 四、教学重难点： 重点：1、系统的含义，2、系统的基本特性 难点：建立系统的观点 五、教学策略
教法：通过丰富的案例，在教学中把知识点的学习置于具体的情景中，把从日常生活中获得的感受提升到理性分析的思维上。在教学中要根据学生的认知规律，由浅到深，由易到难，以回想——分析——归纳——迁移为主线，组织教学。 学法：鼓励学生进行自主探究式的学习方法，交流讨论、归纳，要有团结合作的意识。明确技术离不开生活。要想真正的把技术这一学科掌握好，必须把学到的知识迁移到生活实际中去，要带着问题走进课堂，再从课堂中走进社会、走进生活的环境中。 六、教学资源准备：多媒体课件。 七、教学过程： 良好的教学设想必须通过教学实践来实现，根据以上的教学理念和设想，我将教学过程分为以下内容： （一）新课引入 虽然系统给我们的印象很模糊，似乎看不清，摸不透，但它却无处不在，学生展示系统在各个领域应用的图片。 （二）新课学习 对汽车与自行车的结构分析，汽车由车身、底盘、发动机、轮胎等构成，自行车由车架、车把、鞍座、前叉、脚蹬、链轮、车闸等主要部件组成。只有这些零件有机的组合在一起，才能让汽车和自行车都动以来，才能发挥它们的整体功能。 通过以上的实例，我们不难得出“系统是什么”， 什么是系统 1、系统的含义： 系统是由相互联系、相互作用、相互以来和相互制约的若干要素或部分组成的具有特定功能的有机整体。 要素：指构成系统的最主要的元素。 部分:相对整体而言，要素和部分可以通用 2、小组活动：拆卸圆珠笔 圆珠笔是系统，笔壳、笔芯、弹簧、等是组成要素。 3、两人一组讨论：请指出下列系统分别由哪些要素（部分）组成，并说出相互之间有怎样的联系。 系统的名称和组成要素（部分） 台灯：灯座、灯泡、灯罩、电线、开关等。 学校多媒体教室：计算机、实物展示台、投影机、电动屏幕、展台、音响设
高二通用技术《系统的基本特性》教案分析 高二通用技术《系统的基本特性》教案分析 一、教学内容分析 系统的基本特性在《系统与设计》这一中具有很主要的地位和作用。学生通过学习了第一、二部分后，已经了解到了系统的含义并对系统有了初步的认识。掌握系统的基本特性不但可以使学生对系统有更深一步的了解，同时也为后续的系统分析和系统设计的教学起到承上启下的作用。 本节的重点是系统的整体性和相关性。学生在理解了系统的这两个重要特性以后，对系统的目的性、动态性、适应性等其他特性就比较容易理解了。 二、学情分析 学生在学习了系统的含义和类型之后，通常都会很想继续了解系统的特性。可以通过阅读、讨论等方法让学生理解本的理论知识，而对于学生说较难的是运用理论进行实际的系统分析。因此，如何用理解系统的基本特性并将其运用到分析实际的问题就成为了本节的难点。 三、学习目标 知识与能力：理解系统的整体性和相关性。 过程与方法：通过案例分析和堂讨论，使学生学会用所学的知识分析有关问题。
态度与情感：培养学生的学习兴趣的同时，使他们感受到运用知识的乐趣。 四、重、难点 重点：系统的基本特性，增强学生的系统意识。 难点：利用系统的整体性和相关性分析实际生活中的实际问题。五、教学策略 本节的教学重点是提高学生运用理论知识对系统进行实际分析的能力。因此，应以系统的基本特性作为教学主线逐步展开教学过程，以案例为载体完成教学目标、达到教学目的。 通用技术这门学科与其他学科的特点区别就是：教学资都大量包含学生身边的事物当中。所以，教师在教学过程中要善于充分利用学生身边的这些教学资，使学生在学习的过程中通过身边的事例理解所学的知识，在感受知识亲近感的同时提高堂学习效果。 有条时可安排学生以讨论（或辩论）的方式学习本部分的知识内容，让学生充分地参与到教学的互动中。 六、教学过程 时间安排：1时 1、复习旧知 教师提问并由学生回答：系统、子系统和元素的含义，并通过实例进行系统类型的划分。 2、新教学 教师提问：系统的子系统或要素之间的相互关联和制约关系，是通过
《系统的基本特性》说课稿 一、教材分析 本节内容在全书的地位及作用：“系统的基本特性分析”是广东科技出版社，《通用技术》必修2，第三章第二节的内容，它是本章的重点和难点，共分2个课时，学生在学习这节内容之前，已经对系统及系统的分类有了初步的认识，通过本节课的学习，不仅使学生对系统有一个深入的理解，而且也为以后系统的优化、系统的设计等教学做好准备。 二、教学目标 根据以上的教材分析，考虑到学生已有的知识结构，制定了如下教学目标： 知识与技能：理解并掌握系统的基本特性。 过程与方法：通过讨论、分析、实验探究，使学生懂得应用相关理论知识。 情感态度与价值观：培养学生观察能力、探索精神、实事求是的科学态度。 三、重点与难点 重点：分析系统的基本特性 难点：应用系统的基本特性分析问题 四、教学设计 良好的教学设想必须通过教学实践来实现，根据以上的教学理念和设想，我将教学过程分为以下几个内容： （一）新课引入：（2分钟） 复习：大千世界，系统无处不在。什么是系统？教师拿出自己的手机，问：老师的手机是一个系统吗？为什么？ 学生：因为它满足了构成系统的三个必要条件—— 第一，至少要有两个或两个以上的要素（部分）才能组成系统； 第二，要素（部分）之间相互联系、相互作用，按照一定的方式形成一个整体； 第三，这个整体具有的功能是各个要素（部分）的功能中所没有的。 问：那么系统有什么特性呢？今天我们就一起来学习：系统的基本特性。（二）新课教学： 1、学生阅读教材：系统的基本特性，初步认识系统的基本特性。（3分钟） 2、师生一起来探究系统的特性。（25分钟） 学生活动1：（分组讨论）
（1）美国“阿波罗”计划中的飞船和运载火箭是由700多万个零件组成。这些零件都很普通，甚至没有一个是新研制的，为什么能实现把人送上太空的功能？（各部分按照一定的结构组成了系统，从而实现了整体的功能。）（2）传说，法国著名雕塑家罗丹曾经给文学家巴尔扎克雕了一座塑像。塑像雕好之后，大受人们的称赞，人们特别对雕像上巴尔扎克的一双手赞不绝口，都说这双手太逼真、太生动了。罗丹听到人们的议论后，却毫不犹豫地从塑像上砍去了这双手。罗丹这样做的目的何在，雕塑家的这一行为给你以怎样的启示？（让人们看到其它的美所在。不能离开整体去分析任何一个组分，一个系统组织的好不好，就看它的整体功能实现的怎样。罗丹砍去雕塑双手的目的在于使人们注意雕像的整体，而不仅仅是注意这双手。） 1）整体性 系统是一个整体，他不是各个要素（部分）简单相加，系统的整体功能是各要素（部分）在孤立状态下所没有的。 整体性是系统最基本的特性，也是观察和分析系统最基本的思想和方法。 如一堆沙子、钢材、水泥和绳索散放在一起成就没有意义。如造成一座悬索桥就具有了交通的功能。 学生活动2： （3）为了保护草原植被，当地政府颁布了禁止大量捕杀野狼的法令，这是什么道理？（狼捕杀羊、野兔等食草性动物，使其数量减少，从而起到保护植被的作用。） 2)相关性 相关性是指组成系统的各个要素之间或整体之间相互作用、相互联系。系统的各组分或元素只要有一个变化都会影响其他元素和组分实现其功能。 相同的道理，为了使野生动物园的羚羊更有活力、生命力更强，可以引进狼或豹子等肉食动物。 学生活动3： （4）人们为什么要发明自行车？自行车为什么要有刹车功能？自行车的作用是提高速度，使人们可以更快地到达目的地，而刹车的作用却是减速，两者相矛盾。为什么还要刹车呢？（任何系统都具有某种目的，都要实现一定的功能。在某些情况下（如下陡坡），行车速度和安全要求这两个具体目标产生了矛盾，就得通过刹车来减速，进行协调，从而保证自行车更好地到达目的地。） 3）目的性 系统都是以实现某种功能为目的的，这是区别这一系统与那一个系统的标志。 设计和分析一个系统时，必须先弄清其目的，否则就无法构成一个良好、有序的现实系统。系统的多个目标有时不完全一致，甚至矛盾，这就需要协调，寻求平衡或折衷的办法，从而更好地实现其目的。 学生活动4： （5）家用电冰箱不能紧贴墙壁放置，汽车在雪地行走轮胎要加链条，这是都为什么？（冰箱放置与墙保持距离，目的是有一个适当的散热空间，从而保持正常工作。
基于新型换流变压器的特高压直流输电系统的瞬态响应摘要：新型特高压直流输电系统采用了新型电力变换器和一致的感应滤波方法，它的拓扑结构完全不同于已经存在的高压直流输电系统。对于受控系统的变化，也就是说传统高压直流输电系统采用的是一种标准的控制模型，那么新型高压直流输电系统的瞬态响应特征将要相应的改变。参考国际大电网会议上关于高压直流输电的第一个基准模型的主电路参数。这篇论文设计了一个相似的高压直流输电标准模型，该模型是基于换流变压器和一致感应滤波方法的专门特征的，包括了换流变压器和一致感应滤波装置的参数。而且，高压直流输电系统的典型瞬态响应已经通过计算机辅助仿真和电磁暂态仿真，结果表明，采用了标准控制模型的新型高压直流输电系统，有一个很好的瞬态响应特征。而且在外界干扰较大时也能够平稳的运行。 索引词：感应滤波方法，新型换流变压器，新型高压直流输电系统。瞬态响应特征。 1.说明 高压直流输电系统有很高的可控制性。它的有效运行依靠于它的可控制特征的合理运用，给电力系统的期望运行指明了一个方向。总之，新型高压直流输电系统采用了多种等级模型，这种模型为电力系统的控制提供了高效，稳定运行，灵活操作的方法。 新型高压直流输电系统采用了新的电气连接结构，以感应滤波方法取代了传统的被动式反应方法，他可以有效地提高传统高压直流输电中谐波抑制和无功补偿问题的普适性。文章研究了新型换流变压器和感应滤波方法的线路模型和技术特点，工作机制，最终引出了感应滤波的综合优化设计。同时研究了新型高压直流输电系统的稳定运行特征和无功补偿特点。基于以上这些，本篇论文将分析新型高压直流输电系统的典型瞬态响应。 2.新型高压直流输电系统的典型测试系统 新型换流变压器的参数设计： 图一，新型换流变压器的接线图和电压相位图。 在传统的12脉冲高压直流输电系统中，传统的换流变压器经常采用接线方法。它可以为12脉冲的直流系统提供12个相位源。而对与新型的换流变换器，为了达到与传统的换流器的相同效果，它将采用图一所示的接线图。在这种情况下，它不仅能够满足相位变换的要求，而且能够满足感应滤波方法的必要先决条件。他应当满足初次级线圈延长线和公共绕组的限制关系。为了简单讨论，我们选择了新型换流变压器的单相线圈来讨论。依据图
1. 柔性直流输电系统换流站的主要设备。柔性直流输电系统换流站的主要设备一般包括：电压源换流器、相电抗器、联结变压器、交流滤波器和控制保护以及辅助系统(水冷系统、站用系统)等。 2. 柔性直流输电技术的优点。柔性直流输电是在常规直流输电的基础上发展起来的，因此传统的直流输电技术具有的优点，柔性输电大都具有。此外，柔性输电还具有一些自身的优点。 （1）潮流反转方便快捷，现有交流系统的输电能力强，交流电网的功角稳定性高。保持电压恒定，可调节有功潮流；保持有功不变，可调节无功功率。 （2）事故后可快速恢复供电和黑启动，可以向无源电网供电，受端系统可以是无源网络，不需要滤波器开关。功率变化时，滤波器不需要提供无功功率。 （3）设计具有紧凑化、模块化的特点，易于移动、安装、调试和维护，易于扩展和实现多端直流输电等优点。 （4）采用双极运行，不需要接地极，没有注入地下的电流。 3. 柔性直流输电技术的缺点。系统损耗大（开关损耗较大）， 不能控制直流侧故障时的故障电流。在直流侧发生故障的情况下，由于柔性直流输电系统中的换流器中存在不可控的二极管通路，因此柔性直流输电系统不能闭锁直流侧短路故障时的故障电流，在故障发生后只能通过断开交流侧断路器来切除故障。可以使用的最佳解决方式是通过使用直流电缆来提高系统的可靠性和可用率。 三、常规直流输电技术和柔性直流输电技术的对比
1. 换流器阀所用器件的对比。 （1）常规直流输电采用大功率晶闸管，由于晶闸管是非可控关断器件，这使得在常规直流输电系统中只能控制晶闸管换流阀的开通而不能控制其关断，其关断必须借助于交流母线电压的过零，使阀电流减小至阀的维持电流以下才行。 （2）柔性直流输电一般采用IGBT阀，由于IGBT是一种可自关断的全控器件，即可以根据门极的控制脉冲将器件开通或关断，不需要换相电流的参与。 2. 换流阀的对比。 （1）常规直流输电系统中换流阀所用的器件是大功率晶闸管和饱和电抗器，可以输送大功率。 （2）柔性直流输电系统中的换流阀采用了IGBT器件，可实现很高的开关速度，在触发控制上采用PWM技术，开关频率相对较高，换流站的输出电压谐波量较小，主要包含高次谐波。故相对于常规直流输电，柔性直流输电换流站安装的滤波装置的容量大大减小。（3）常规直流输电通过换流变压器连接交流电网，而柔性直流输电是串联电抗器加变压器，常规直流输电以平波电抗器和直流滤波器来平稳电流，而柔性直流输电则采用直流电容器。 3. 换流站控制方式的对比。 （1）常规直流输电系统的换流站之间必须进行通信，以传递系统参数并进行适当的控制，而柔性直流输电系统中各换流站之间的通信不是必需的。
随着电力系统的扩大，输电功率的增加，输电距离增长，交流输电遇到了一些技术困难，现在直流输电作为解决输电技术困难的方向之一。交流输电遇到了什么困难，直流输电又有什么优点呢？ 导线不但有电阻，还有电感。较细的导线，电阻的作用超过电感.在输电功率大，输电导线横截面积大的情况下，对交流来说，感抗会超过电阻，但对稳定的支流则只有电阻，没有感抗。 输电线一般是架空线，但跨过海峡给海岛输电时要用水下电缆，穿过人口密集的城市输电时要用地下电缆，电缆在金属芯线的外面包着一层绝缘皮，水和大地都是导体，被绝缘皮隔开的金属芯线和水（或大地）构成了电容器。在交流输电的情况下，这个电容对输电线路的末端（受电端）起旁路电容的作用，并且随着电缆增长而增大，旁路电容会增大到交流几乎送不出去的程度。这时交流输电已无实际意义，只能用直流输电，因为电容对稳定的直流不起作用。 设想有甲、乙两台交流发电机给同一条电路供电，假如甲的是正的最大值时，乙恰好是负的最大值，它们发的电在电路里恰好互相抵消，电路无法工作。所以要电路正常工作，给同一条电路供电的所有发电机都必须同步运行，即同时达到正的最大值，同时达到负的最大值。现代的供电系统是把许多电站连成一个电力网，要使电力网内许多发电机同步运行，技术上是很困难的。直流输电就不存在同步问题。现代的直流输电，只是输电这个环节是直流，发电仍是交流。在输电线路的起端有专用的换流设备将交流变换为直流，在输电线路的末端也有专用换流设备将直流换为交流。目前换流设备存在着制造难、价格高等困难，有待研究解决。 高压直流输电主要用于远距离大功率输电、海底电缆输电、非同步运行的交流系统之间的连络等方面。随着大型水电站的开发和坑口电站的建设，以及大电网的互相连接，远距离大功率的直流输电必将在我国得到发展。 高压直流输电与高压交流输电相比，有下列优点： l)直流输电只要求2根导线，而交流输电要3根； 2)无感抗、容抗、相位移和电压波动问题； 3)由于没有感抗，在相同的送端电压情况下，传输相同的负荷到同一地点，直流输电线的电压降比交流输电的小，因此直流输电线路的电压调节特性要优于交流输电； 4)直流系统中，导线的整个横截面都可以被利用； 5)在相同的工作电压情况下，直流电网中的绝缘子上所承受的静电强度比交流电网中的小，因此直流线路的绝缘要求低； 6)由于直流线路的电晕损失小，因此对通信线路的干扰较小； 7)高压直流输电没有介质损耗，特别是在电缆情况下； 8)由直流相联的2个电网之间不存在稳定和同步困难等问题。 有交流也有直流,但以交流为主。交流和直流输电线路的区别在于导线的根数。不计上面的避雷线，交流输电线路由于是三相传输，必定是3根或3的倍数根（同塔多回线路）。而直流输电线路是一根或两根。直流输电线路多为长距离,超高压线路，数量较少。如三峡至上海、三峡至广东、贵州至广东等500KV直流输电线路。实际上直流输电线路首先必须在一端将交流电转换为直流电后经线路传输到另一端，再将直流电转换为交流电。转换的场所称为换流站。 在早期，工程师们主要致力于研究直流电，发电站的供电范围也很有限，而且主要用于照明，还未用作工业动力。例如，1882年爱迪生电气照明公司（创建于1878年）在伦敦建立了第一座发电站，安装了三台110伏“巨汉”号直流发电机，这是爱迪生于1880年研制的，这种发电机可以为1500个16瓦的白炽灯供电。但是随着科学技术和工业生产发展的需要，电力技术在通信、运输、动力等方面逐渐得到广泛应用，社会对电力的需求也急剧增大。由于用户的电压不能太高，因此要输送一定的功率，就要加大电流（P ＝IU）。而电流愈大，输电线路发热就愈厉害，损失的功率就愈多；而且电流大，损失在输电导线上的电压也大，使用户得到的电压降低，离发电站愈远的用户，得到的电压也就愈低。直流输电的弊端，限制了电力的应用，促使人们探讨用交流输电的问题。爱迪生虽然是一个伟大的发明家，但是他没有受过正规教育，缺乏理论知识，难以解决交流电涉及到的数学运算，阻碍了他对交流电的理解，所以在交、直流输电的争
第3章习题 测试系统的基本特性 一、选择题 1.测试装置传递函数H （s ）的分母与（ ）有关。 A.输入量x （t ） B.输入点的位置 C.装置的结构 2.非线形度是表示定度曲线（ ）的程度。 A.接近真值 B.偏离其拟合直线 C.正反行程的不重合 3.测试装置的频响函数H （j ω）是装置动态特性在（ ）中的描述。 A ．幅值域 B.时域 C.频率域 D.复数域 4.用常系数微分方程描述的系统称为（ ）系统。 A.相似 B.物理 C.力学 D.线形 5.下列微分方程中（ ）是线形系统的数学模型。 A.225d y dy dx t y x dt dt dt ++=+ B. 22d y dx y dt dt += C.22105d y dy y x dt dt -=+ 6.线形系统的叠加原理表明（ ）。 A.加于线形系统的各个输入量所产生的响应过程互不影响 B.系统的输出响应频率等于输入激励的频率 C.一定倍数的原信号作用于系统所产生的响应，等于原信号的响应乘以该倍 数 7.测试装置能检测输入信号的最小变化能力，称为（ ）。 A.精度 B.灵敏度 C.精密度 D.分辨率 8.一般来说，测试系统的灵敏度越高，其测量范围（ ）。 A.越宽 B. 越窄 C.不变 9.测试过程中，量值随时间而变化的量称为（ ）。 A.准静态量 B.随机变量 C.动态量 10.线形装置的灵敏度是（ ）。 A.随机变量 B.常数 C.时间的线形函数 11.若测试系统由两个环节串联而成，且环节的传递函数分别为12(),()H s H s ，则该系统总的传递函数为（ ）。若两个环节并联时，则总的传递函数为（ ）。