直流输电控制系统ppt课件.ppt

HVDC控制系统控制系统二二0 0一一0 0年三月年三月四日四日 一一 直流输电基本原理直流输电基本原理 目目 录录二二三三直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略直流输电辅助频率控制直流输电辅助频率控制一、一、直流输电基本原理直流输电基本原理 HVDCHVDC输电系统的分类输电系统的分类 两端HVDC输电系统： 由两个换流站组成的直流输电系统。类型：类型：两端直流输电系统，多端直流输电系统 类型：类型：i.单极类ii.双极类iii.同极类iv.背靠背 单极类：单极类：一线一地制、两线制一线一地制、两线制 一线一地制一线一地制 两线制两线制IdId HVDCHVDC输电系统的分类输电系统的分类 双极类：双极类：两线一地制、两线制、三线制两线一地制、两线制、三线制 两线一地制两线一地制 两线制两线制 三线制三线制IdId HVDCHVDC输电系统的分类输电系统的分类 同极类：两线一地制 三线一地制三线一地制IdId HVDCHVDC输电系统的分类输电系统的分类 背靠背背靠背(Back-to-Back)：单极类、双极类、同极类特点：特点：没有直流线路的HVDC系统。 适用性适用性 两个不同额定频率不同额定频率交流系统的互联互联 HVDCHVDC输电系统的分类输电系统的分类交流母线交流系统 I无功补偿设备交 流滤波器直流线路Vd I 换流站I平波电抗器直 流滤波器桥I交流母线换 流变压器断路器桥II图1.1 HVDC原理图换流站II 交流系统 I I无功补偿设备交 流滤波器换 流变压器Vd II 一、主要元件一、主要元件HVDCHVDC的主要元件的主要元件 2.换流器换流器 功能：将交流电转换成直流电功能：将交流电转换成直流电, ,或者将直流电转换成或者将直流电转换成交流电的设备。交流电的设备。其中：整流器整流器（Rectifier）-将交流电转换成直流电的 换流器。 逆变器逆变器（Inverter）-将直流电转换成交流电的 换流器。1.1.换流变压器：换流变压器： 功能：电压配合、隔离、抽头调节改善运行性能。功能：电压配合、隔离、抽头调节改善运行性能。HVDCHVDC的主要元件的主要元件3. 3. 平波电抗器：平波电抗器： 功能：滤波、限流、防止电流断续、降低过电功能：滤波、限流、防止电流断续、降低过电 压、防止换相失败等。压、防止换相失败等。4. 4. 直流滤波器：直流滤波器： 功能：滤波。功能：滤波。5. 5. 交流滤波器：交流滤波器： 功能：滤波、无功补偿。功能：滤波、无功补偿。 HVDCHVDC的主要元件的主要元件图1.2 三相全波桥式换流电路原理图MNV1V3V5V4V6V2ABC上 半 桥 / 共阴极半桥下 半 桥 / 共阳极半桥正 极共阴极桥臂/阀臂/阀桥交流端负 极共阳极HVDCHVDC的基本原理的基本原理几个概念几个概念（1 1）控制角控制角（也叫移相角）：从晶闸管开始承受正向电压，到（也叫移相角）：从晶闸管开始承受正向电压，到其加上触发脉冲的这一段时间所对应的电角度（其加上触发脉冲的这一段时间所对应的电角度（0 0tt1 1）。）。（2 2）导通角导通角 晶闸管在一个周期内导通的电角度（晶闸管在一个周期内导通的电角度（tt1 1）。）。（3 3）移相移相 改变控制角的过程，即改变触发脉冲出现的时刻的过改变控制角的过程，即改变触发脉冲出现的时刻的过程。这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方程。这种通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为式称为相位控制方式相位控制方式，简称简称相控方式相控方式。HVDCHVDC的基本原理的基本原理一一. . 电阻性负载电阻性负载t1t2 ：在在t1时刻，时刻，给给VTVT1 1加触发加触发脉冲，满足其导通的两个条件，假设脉冲，满足其导通的两个条件，假设此时共阳极组阴极电位最低的晶闸管此时共阳极组阴极电位最低的晶闸管VTVT6 6已导通已导通。 uvvuduuuu t2t3 ：u相相电压相相电压uu仍是最高仍是最高 ，w相相电压相相电压uw为最负，在为最负，在2 2点，给晶闸点，给晶闸管管VTVT2 2加触发脉冲，使其导通加触发脉冲，使其导通。uwwuduuuu 任意时刻共阳极组和共阴极组中各有任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态个晶闸管处于导通状态t3 t4 ：VTVT3 3和和VTVT2 2导通，导通，ud=uvwt4 t5： VTVT4 4和和VTVT3 3导通，导通，ud=uvut5 t6：VTVT5 5 和和VTVT4 4导通导通, ud=uwut6 t7： VTVT6 6 和和VTVT5 5导通导通,ud=uwv不同不同角时的输出波形角时的输出波形 导通时间比导通时间比=0=0时推迟了时推迟了3030正负各正负各120120的的对称的波形。对称的波形。 ud波形出现了波形出现了零点零点, ,是一临是一临界情况界情况VT1导通导通 电阻性负载，只电阻性负载，只要要6060 ，ud和和id 的波形就的波形就是连续的。是连续的。 VT4导导通通 角的移相范围角的移相范围是是0 0 120 120 当当6060时时u ud d的波形就出现断的波形就出现断续续 了了, ,每个线电每个线电压输出压输出小于小于6060 VT1导通导通 VT4导通导通 iv、iw的波形与的波形与iu波形形状一波形形状一致，只是相位依次相差。致，只是相位依次相差。HVDCHVDC的基本原理的基本原理小结小结v当当a a6060 时，时，u ud d波形连续，对于电阻负载，波形连续，对于电阻负载，i id d波形波形与与u ud d波形形状一样，也连续波形形状一样，也连续v当当a a6060 时，时，u ud d波形中有一段为零，波形中有一段为零，u ud d波形不能出现波形不能出现负值负值v带电阻负载时三相桥式全控整流电路带电阻负载时三相桥式全控整流电路a a 角的移相范角的移相范围是围是0 0 120120 HVDCHVDC的基本原理的基本原理二二. .阻感性负载阻感性负载1.电路电路2.原理原理与电阻负与电阻负载不同载不同与电阻负与电阻负载相同载相同临界情况，临界情况，即即ud正好没有正好没有负电压的输负电压的输出。出。 3. 3. 数量关系数量关系 （1 1）直流输出电压的平均值）直流输出电压的平均值U Ud dcos35. 1cos34. 2cos63)(sin632222323dlUUUttdUU（2 2）直流输出电流的平均值）直流输出电流的平均值IdIddddRUI （3 3）有效移相范围（电感）是）有效移相范围（电感）是 900HVDCHVDC的基本原理的基本原理三相全波桥式整流电路小结：三相全波桥式整流电路小结： 1.1.电路需有两只晶闸管同时导通，各电路需有两只晶闸管同时导通，各120120换换相一次。相一次。 2. 2. 六只晶闸管依次导通，顺序与下标同。六只晶闸管依次导通，顺序与下标同。 3. 3.脉冲间隔为脉冲间隔为6060。 4.4.输出电压波形每周期脉动输出电压波形每周期脉动6 6次，基波频率次，基波频率为为300300HzHz。HVDCHVDC的基本原理的基本原理变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响 变压器绕组上总是存在有一定的漏感的，交流回路也会变压器绕组上总是存在有一定的漏感的，交流回路也会有一定的自感，电流的换相是不可能在瞬时完成的，而要有有一定的自感，电流的换相是不可能在瞬时完成的，而要有一个过程，即经过一段时间，这个过程就称为一个过程，即经过一段时间，这个过程就称为换相过程换相过程。 换相过程对应的时间常用相应的电角度来表示，称为换相过程对应的时间常用相应的电角度来表示，称为换换相重叠角相重叠角，用，用来表示。来表示。 HVDCHVDC的基本原理的基本原理一一. . 换流期间的整流输出电压换流期间的整流输出电压u ud duvkuuu 电流换相的过程中，两相的晶电流换相的过程中，两相的晶闸管都导通，相当于两相短路，两闸管都导通，相当于两相短路，两相之间的电位差（瞬时值）即为短相之间的电位差（瞬时值）即为短路电压用路电压用u uk k表示如表示如 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响 HVDCHVDC的基本原理的基本原理 换相期间换流回路的电压换相期间换流回路的电压方程式为方程式为uvkT2uudtdiL 换相期间的整流输出电压换相期间的整流输出电压的瞬时值的瞬时值u ud d就变为就变为 2vukTukTvduudtdiLudtdiLuu 二二. .换相压降的计算换相压降的计算 )()(23dvdtduuU)()2(23vuvtduuu )(23kTtddtdiL dTk0T2323dIXdiLI X XT T是变压器每相是变压器每相折算到二次侧的折算到二次侧的漏抗，且漏抗，且X XT T=L=LT T HVDCHVDC的基本原理的基本原理三相全波桥式逆变电路波形三相全波桥式逆变电路波形HVDCHVDC的基本原理的基本原理 逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路管电路短路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成成顺向串联顺向串联，形成很大，形成很大短路电流短路电流。逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制 当换流器作逆变运行时，从被换相的阀电流过零算起，当换流器作逆变运行时，从被换相的阀电流过零算起，到该阀重新被加上正向电压为止这段时间所对应的角度称之到该阀重新被加上正向电压为止这段时间所对应的角度称之为熄弧角，又叫关断角。如果熄弧角太小，以致于晶闸管来为熄弧角，又叫关断角。如果熄弧角太小，以致于晶闸管来不及完全恢复其正向阻断能力，又重新被加上正向电压，它不及完全恢复其正向阻断能力，又重新被加上正向电压，它就会重新不触发而导通，于是将发生倒换相的过程，其结果就会重新不触发而导通，于是将发生倒换相的过程，其结果将使应该导通的阀关断，而应该关断的阀却继续导通，这称将使应该导通的阀关断，而应该关断的阀却继续导通，这称之为换相失败。之为换相失败。换相失败的原因换相失败的原因1.1.触发电路的原因触发电路的原因 脉冲丢失脉冲丢失 、脉冲分布不均匀、脉冲分布不均匀 2.2.晶闸管本身的原因晶闸管本身的原因3.3.交流电源方面的原因交流电源方面的原因 缺相、电源突然断电、缺相、电源突然断电、电网电压波动使同步电压波电网电压波动使同步电压波动动, ,造成脉冲丢失造成脉冲丢失 。4.4.逆变角逆变角太小太小 ( (换相重叠角换相重叠角),),正常。正常。 若若: :如如=0=0时换流还没有结束，前一相继续导通，时换流还没有结束，前一相继续导通，换相失败。换相失败。 双极双极1212脉冲换流器两端直流输电系统如图所示：脉冲换流器两端直流输电系统如图所示： DC 滤波器 AC Si AC Sj AC 滤波器 AC 滤波器 平波电抗器 图1.3 双极12脉冲两端直流输电系统HVDCHVDC的基本原理的基本原理ViVjPiIiQiIjPjQjVoiVdiVojVajRdcIdni:11:njVoicosVojcosRciRcjRdcIdVdiVdj+_+(a) 稳态运行示意图(b) 直流稳态运行等值电路XciXcjHVDCHVDC的基本原理的基本原理cjcciojoiRRRVVIddcoscos直流线路电流直流线路电流dI3ciciciRXL3cjcjcjRXLciXcjXdcRoiV, 其中：其中：为换向电抗，在建模时用换流变压器漏抗代替，为直流线路阻抗，为理想空载直流电压，分别为整流站触发延迟角和逆变站的触发超前角。HVDCHVDC的基本原理的基本原理iVdjVd直流电压直流电压由图由图1.31.3可得：可得：ddcosIRVVcioiicosdjojcj dVVR IdPdQ直流输送有功功率直流输送有功功率和无功功率和无功功率dddiiPV IdjddjPV Isincos(2)sinsin(2)didiQPHVDCHVDC的基本原理的基本原理sincos(2)sinsin(2)djdjQP 在整流侧，在整流侧，PiPi、QiQi方向指向直流换流变压器；在逆变侧方向指向直流换流变压器；在逆变侧，PjPj方向指向交流系统，方向指向交流系统，QjQj方向指向换流变压器。这表明，方向指向换流变压器。这表明，无论有功功率方向如何，交流系统总是向直流系统提供无功无论有功功率方向如何，交流系统总是向直流系统提供无功功率。功率。 idiciQQQjdjcjQQQ 考虑整流侧和逆变侧交流母线处无功补偿容量，实际注考虑整流侧和逆变侧交流母线处无功补偿容量，实际注入到交流电网的无功功率为入到交流电网的无功功率为HVDCHVDC的基本原理的基本原理二、二、直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 高压直流控制系统的高压直流控制系统的目的目的，是在保持每个极的最大独，是在保持每个极的最大独立性和不危及设备安全的条件下，对功率方向、功率的大立性和不危及设备安全的条件下，对功率方向、功率的大小和变化速度提供有效并具有最大灵活性的控制。该控制小和变化速度提供有效并具有最大灵活性的控制。该控制系统应具有相当高速的控制性能，它能够对交流系统和直系统应具有相当高速的控制性能，它能够对交流系统和直流系统的扰动作出很好的响应。控制系统应使高压直流系流系统的扰动作出很好的响应。控制系统应使高压直流系统消耗的无功功率最少。它还应能适应以下情况：统消耗的无功功率最少。它还应能适应以下情况：1) 1) 增加并控制无功功率消耗，必要时还可控制交流电压；增加并控制无功功率消耗，必要时还可控制交流电压；2) 2) 频率控制；频率控制；3) 3) 有功功率调制；有功功率调制；4) 4) 有功功率和无功功率联合调制；有功功率和无功功率联合调制；5) 5) 次同步谐振（次同步谐振（SSRSSR）的阻尼；）的阻尼；6) 6) 远方控制。远方控制。 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 保持直流功率、电压、电流和控制角在稳态值范围内；保持直流功率、电压、电流和控制角在稳态值范围内； 限制暂态过电压和过电流；限制暂态过电压和过电流； 交直流系统故障后，在规定的响应时间内平稳地恢复送交直流系统故障后，在规定的响应时间内平稳地恢复送电。电。 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 控制策略：控制策略：1 1、当两侧交流系统中的电压波动不大时，、当两侧交流系统中的电压波动不大时，整流侧整流侧采用定采用定电流控制，电流控制，逆变侧逆变侧采用定熄弧角控制。采用定熄弧角控制。 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 直流输电系统的控制的直流输电系统的控制的本质本质：控制其传输的功率。：控制其传输的功率。 2 2、为了快速、精确地调节功率，、为了快速、精确地调节功率，整流侧整流侧采用定电流控制采用定电流控制( (或定功率控制或定功率控制) )，逆变侧逆变侧采用定直流电压控制。采用定直流电压控制。 目的：目的：实现对直流电流和直流电压的直接控制。实现对直流电流和直流电压的直接控制。 目标：目标：控制直流系统传输的有功功率和两侧换流器消耗的无控制直流系统传输的有功功率和两侧换流器消耗的无功功率。功功率。 直流输电基本控制模块：直流输电基本控制模块： 低压限流控制低压限流控制(VDCOL)(VDCOL) 定电流控制定电流控制(CCA) (CCA) 定熄弧角控制定熄弧角控制(AMAX)(AMAX) 定电压控制定电压控制(VCAREG) (VCAREG) 辅助控制模块：辅助控制模块： 分接头控制分接头控制(TCC)(TCC) 无功功率控制无功功率控制(RPC)(RPC) 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 图2.1 逆变侧控制器结构图 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 图2.2 华中高压直流控制系统特性曲线 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 低压限流控制低压限流控制 低压限流环节的任务是在直流电压或交低压限流环节的任务是在直流电压或交流电压跌落到某个指令值时对直流电流指令流电压跌落到某个指令值时对直流电流指令进行限制。进行限制。 它的作用主要表现在如下几个方面：它的作用主要表现在如下几个方面： 防止在直流系统发生换相失败等故障时某防止在直流系统发生换相失败等故障时某一换流阀长时间流过太大的电流而损坏；一换流阀长时间流过太大的电流而损坏；通过降低直流电流减少换流器吸收的无通过降低直流电流减少换流器吸收的无 功，功，帮助交流母线电压的恢复；帮助交流母线电压的恢复； 实现平稳快速的故障后恢复实现平稳快速的故障后恢复静态特性见图静态特性见图Io limMax Abs IodlowUdhighUdNU 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 定电流控制定电流控制 在极控制功能中定电流控制应用最为广泛。定电流控在极控制功能中定电流控制应用最为广泛。定电流控制的控制框图如图所示制的控制框图如图所示. .在整流侧，定电流控制器的输入量在整流侧，定电流控制器的输入量是电流整定值是电流整定值TM3TM3与实际电流与实际电流TM4TM4的偏差，由于这个偏差驱的偏差，由于这个偏差驱动动PIPI调节器得到的输出即作为触发角的相关信号，通常调节器得到的输出即作为触发角的相关信号，通常PIPI调节器的输出就是直接作为触发延迟角的指令值调节器的输出就是直接作为触发延迟角的指令值ord 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 定电流控制定电流控制 在逆变侧，定电流控制器的整定值比整流侧小一个电在逆变侧，定电流控制器的整定值比整流侧小一个电流裕额，因此在正常情况下，实际电流大于逆变侧的电流流裕额，因此在正常情况下，实际电流大于逆变侧的电流整定值，使得逆变侧的定电流控制总是按照减小直流电流整定值，使得逆变侧的定电流控制总是按照减小直流电流的方向调节，因此的方向调节，因此 角总被调节到其最大限制值，从而在角总被调节到其最大限制值，从而在逆变侧三个控制器输出选择中定电流控制器的输出总被排逆变侧三个控制器输出选择中定电流控制器的输出总被排除在外。只有当实际直流电流小于逆变侧电流整定值时，除在外。只有当实际直流电流小于逆变侧电流整定值时，逆变侧的定电流控制器的输出才可能在三个控制器输出中逆变侧的定电流控制器的输出才可能在三个控制器输出中被选中。被选中。 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 定电压控制定电压控制 在整流和逆变方式下都设置了定电压控制功能模块，在整流和逆变方式下都设置了定电压控制功能模块，这个控制器的功能是用于降压运行，但它也有利于正常方这个控制器的功能是用于降压运行，但它也有利于正常方式运行，其控制也采用的是式运行，其控制也采用的是PIPI调节方式。调节方式。 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 定熄弧角控制定熄弧角控制 绝大多数直流工程的熄弧角定值都在绝大多数直流工程的熄弧角定值都在15151818的范的范围内，熄弧角这一变量可以直接测量，却不能直接控制，只围内，熄弧角这一变量可以直接测量，却不能直接控制，只能靠改变换流器的触发角来间接调节。熄弧角不仅与逆变侧能靠改变换流器的触发角来间接调节。熄弧角不仅与逆变侧触发角有关，还取决于换相电压和直流电流的大小。触发角有关，还取决于换相电压和直流电流的大小。 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 定熄弧角控制定熄弧角控制 工程上实际应用的定熄弧角控制有两种类型，一种是闭工程上实际应用的定熄弧角控制有两种类型，一种是闭环控制，也称为实测型控制，另一种是开环控制，也称为预环控制，也称为实测型控制，另一种是开环控制，也称为预测型控制。实测型控制根据换流阀的电流过零点信号和换相测型控制。实测型控制根据换流阀的电流过零点信号和换相电压的过零点信号来确定实测的电压的过零点信号来确定实测的熄弧熄弧角，并与角，并与触发角触发角的参考的参考值进行比较，根据其偏差进行值进行比较，根据其偏差进行PIPI调节；预测型控制根据直流调节；预测型控制根据直流系统的实际运行参数（如直流电压、电流等）计算出要满足系统的实际运行参数（如直流电压、电流等）计算出要满足为参考值时所需的触发角，然后按照此为参考值时所需的触发角，然后按照此触发角触发角对逆变侧进行对逆变侧进行触发控制，其实质是一开环控制。触发控制，其实质是一开环控制。ABBABB的控制系统多采用开的控制系统多采用开环调节方式。环调节方式。 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 定熄弧角控制定熄弧角控制 逆变侧直流电压可以写为：逆变侧直流电压可以写为：0cos3/djdjcdVVX I对于定对于定 运行，直流电压将反比与直流电流的变化，逆变侧在运行，直流电压将反比与直流电流的变化，逆变侧在低频下具有负阻抗特性，为了提高系统的稳定性，人为的增加低频下具有负阻抗特性，为了提高系统的稳定性，人为的增加这样一条曲线：这样一条曲线：0000cos3/()djdjcdVVX Ik II 此时直流电压正比与直流电流的变化，即图此时直流电压正比与直流电流的变化，即图2.22.2所示的正所示的正斜率的那一段斜率的那一段 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 定熄弧角控制定熄弧角控制 为了获取逆变侧触发角，逆变侧直流电压又可表示为：为了获取逆变侧触发角，逆变侧直流电压又可表示为：0cos3/djdjcdVVX I将两式合并有：将两式合并有：000003cos(cos()()cdddjdjXkarIIIIVV180 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 分接头控制分接头控制 分接头控制作为直流输电输送功率的辅助手段对于协分接头控制作为直流输电输送功率的辅助手段对于协调控制器运行以及提高交直流系统的稳定性有着重要的作调控制器运行以及提高交直流系统的稳定性有着重要的作用。用。 分接头控制的目的是保持触发角、熄弧角、直流电压分接头控制的目的是保持触发角、熄弧角、直流电压 运行在指定范围内，分接头控制的特点是调节速度比较慢运行在指定范围内，分接头控制的特点是调节速度比较慢(3(35s5s调整一步调整一步) )。 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 当直流电压和直流电流发生偏移或运行人员改变直流当直流电压和直流电流发生偏移或运行人员改变直流输送功率以后输送功率以后, , 由于定电流控制的作用由于定电流控制的作用, , 整流侧触发角将整流侧触发角将发生很大变化。当过大时发生很大变化。当过大时, , 整流器所消耗的无功功率和直整流器所消耗的无功功率和直流电压中的谐波分量将显著增大流电压中的谐波分量将显著增大; ; 而当角太小时而当角太小时, , 又将缩又将缩小可控制的范围。因此此时通常需要应用切换整流侧换流小可控制的范围。因此此时通常需要应用切换整流侧换流变压器分接头来协助控制角变压器分接头来协助控制角, , 使它接近于正常值使它接近于正常值1515。对。对于逆变侧，同样如此，保证熄弧角和直流电压在正常值范于逆变侧，同样如此，保证熄弧角和直流电压在正常值范围内。围内。 分接头控制分接头控制 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 当整流侧采用定电流控制时，通过调节换流变压器分接头的当整流侧采用定电流控制时，通过调节换流变压器分接头的位置，把换流器触发角维持在指定的范围（位置，把换流器触发角维持在指定的范围（15152.52.5）；在）；在逆变侧，通过调整换流变压器分接头位置，把逆变侧熄弧角维持逆变侧，通过调整换流变压器分接头位置，把逆变侧熄弧角维持在指定的范围内（在指定的范围内（18182.52.5），电压限制在电压参考值附近，），电压限制在电压参考值附近，当触发角瞬时超过限定范围时，分接头不动作，以免分接头调节当触发角瞬时超过限定范围时，分接头不动作，以免分接头调节频繁动作。只有当触发角连续超过限定范围的时间大于时滞时间频繁动作。只有当触发角连续超过限定范围的时间大于时滞时间时，才允许启动分接头调节。时，才允许启动分接头调节。分接头控制分接头控制无功功率控制无功功率控制 无功功率补偿设备包括交流滤波器，并联电容器，并联电无功功率补偿设备包括交流滤波器，并联电容器，并联电抗器，以及针对弱系统所配置的同步调相机或静止无功补偿装抗器，以及针对弱系统所配置的同步调相机或静止无功补偿装置。交流滤波器具有双重功能，不仅可以滤除换流站发出的大置。交流滤波器具有双重功能，不仅可以滤除换流站发出的大量谐波，还可以作为基频下的无功功率补偿装置，并联电容器量谐波，还可以作为基频下的无功功率补偿装置，并联电容器提供一部分无功补偿容量。不同的直流工程，滤波器和电容器提供一部分无功补偿容量。不同的直流工程，滤波器和电容器分成几组，由电力开关进行投切，这适用于对换流站交流母线分成几组，由电力开关进行投切，这适用于对换流站交流母线电压不需要快速控制的场合。电压不需要快速控制的场合。 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 电容器组和滤波器组无功功率补偿容量可由式计算得出：电容器组和滤波器组无功功率补偿容量可由式计算得出： C: C: 为电容器滤波器组等效电容为电容器滤波器组等效电容 22 *shuntacQfC Usincos(2)sinsin(2)dcrdcrQPsincos(2)sinsin(2)dcidciQP 从上式可以看出，无功功率消耗与触发角有着密切的关系从上式可以看出，无功功率消耗与触发角有着密切的关系，而触发角与交流电压及换流变压器分接头位置有着密切的关，而触发角与交流电压及换流变压器分接头位置有着密切的关系。此外，换流变压器阻抗的变化及传输线阻抗的变化也对无系。此外，换流变压器阻抗的变化及传输线阻抗的变化也对无功功率有着重要的影响。功功率有着重要的影响。 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 无功功率控制无功功率控制目的目的：通过投切交流滤波器组或电容器组实：通过投切交流滤波器组或电容器组实现交直流无功功率交换的平衡或者交流母线电压的稳定。目现交直流无功功率交换的平衡或者交流母线电压的稳定。目前大多数直流工程均采用投切电容器或滤波器组的方式进行前大多数直流工程均采用投切电容器或滤波器组的方式进行无功功率控制。无功功率控制。 投切电容器或滤波器组会造成换流站交流母线的过电压，投切电容器或滤波器组会造成换流站交流母线的过电压，特别是弱交流系统，过电压现象更加明显，这就决定了最大滤特别是弱交流系统，过电压现象更加明显，这就决定了最大滤波器组的投切容量。波器组的投切容量。 最大滤波器组产生过电压的计算式：最大滤波器组产生过电压的计算式： shuntacscshuntQUSQ 为投切滤波器组的无功补偿容量 为交流系统的短路容量 为投切后并联于交流母线总的无功补偿容量 shuntQscSshuntQ 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 交流母线的过电压，除了与最大滤波器组有关外，还与投切滤交流母线的过电压，除了与最大滤波器组有关外，还与投切滤波器组后直流系统的控制策略有关。此外，不同的直流工程其对波器组后直流系统的控制策略有关。此外，不同的直流工程其对过电压的要求也不一样，需要结合实际的工程进行整定。过电压的要求也不一样，需要结合实际的工程进行整定。 当无功补偿的最大滤波器电容器组确定后，可通过交直流系当无功补偿的最大滤波器电容器组确定后，可通过交直流系统的无功功率或换流站交流母线电压进行滤波器电容器组的投切统的无功功率或换流站交流母线电压进行滤波器电容器组的投切控制。计算条件如下：控制。计算条件如下：无功功率控制策略无功功率控制策略dcshuntacQQQQ 为预先设定的控制死区，其应大于最大滤波器电容器组为预先设定的控制死区，其应大于最大滤波器电容器组的补偿容量，从而避免了开关投切动作的频繁启动及控制的不的补偿容量，从而避免了开关投切动作的频繁启动及控制的不稳定稳定 Q 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 直流传输功率也可以作为电容器滤波器组无功投切的控制策直流传输功率也可以作为电容器滤波器组无功投切的控制策略，允许人员通过事先设定好无功功率及有功功率的关系曲线，略，允许人员通过事先设定好无功功率及有功功率的关系曲线，将其存储于直流控制器中。将其存储于直流控制器中。 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 无功功率控制作为与站控系统相关的控制功能，一般与直无功功率控制作为与站控系统相关的控制功能，一般与直流站控制系统相配合。通过适当的控制，换流站可作为动态无流站控制系统相配合。通过适当的控制，换流站可作为动态无功调节装置，从而对交流系统电压稳定起支撑作用力。由于换功调节装置，从而对交流系统电压稳定起支撑作用力。由于换流站快速联系的控制调节特点，它可用来控制交直流系统暂态流站快速联系的控制调节特点，它可用来控制交直流系统暂态情况下的无功功率交换。情况下的无功功率交换。 为了进行换流站的无功功率快速动态调节，稳态工作时的为了进行换流站的无功功率快速动态调节，稳态工作时的熄弧角应大于最小熄弧角。控制角的裕度由阀组应力、无功补熄弧角应大于最小熄弧角。控制角的裕度由阀组应力、无功补偿容量裕度以及其它实际工程约束条件来进行合理选择。偿容量裕度以及其它实际工程约束条件来进行合理选择。 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 图图2.22.2中直线段中直线段1 1、HDHD为为整流侧的控制特性。其中整流侧的控制特性。其中HDHD为恒电流控制的结果，是恒为恒电流控制的结果，是恒电流段；电流段；1 1表示触发角表示触发角 不不变情况下变情况下 与与 的的 关系关系为线性关系，是恒触发角段为线性关系，是恒触发角段。1 1段的方程式为：段的方程式为： dd3cosIXVVcioiidIdiV控制系统特性曲线控制系统特性曲线图2.2 华中高压直流控制系统特性曲线 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 图图2.22.2中直线段中直线段HHHH、HCHC为逆变侧的控制特性为逆变侧的控制特性。其中。其中HCHC为恒电流段；为恒电流段；HHHH为定熄弧角段，为定熄弧角段，HHHH段的方程式为：段的方程式为：0000cos3/()djdjcdVVX Ik II图2.2 华中高压直流控制系统特性曲线 在正常运行状态下，整流在正常运行状态下，整流侧采用定电流控制，逆变侧采侧采用定电流控制，逆变侧采用定熄弧角控制，即直流系统用定熄弧角控制，即直流系统运行于运行于A A点，通过调节分接头点，通过调节分接头维持整流侧触发角维持整流侧触发角 和逆变侧和逆变侧 在正常范围内。如果整流侧在正常范围内。如果整流侧电压下降，整流侧定电流控制电压下降，整流侧定电流控制器输出到换流站的触发角器输出到换流站的触发角将将减减小维持直流电流恒定，即控制小维持直流电流恒定，即控制曲线曲线1 1向下平移。向下平移。 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 图2.2 华中高压直流控制系统特性曲线 当触发角被调节到其当触发角被调节到其下限下限 时，此时整流侧被时，此时整流侧被限制在定限制在定 控制曲线上，控制曲线上，即即GHGH曲线。随着整流侧交曲线。随着整流侧交流电压的降低，控制曲线流电压的降低，控制曲线GHGH向下平移，直流系统将向下平移，直流系统将运行于运行于B B、C C各点。各点。C C点为整点为整流侧定流侧定 ，逆变侧定电流，逆变侧定电流控制特性的交点，此时：控制特性的交点，此时： minminminmIIIdorderd 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 图2.2 华中高压直流控制系统特性曲线 如果逆变侧交流电压如果逆变侧交流电压下降而整流侧交流电压下降而整流侧交流电压保持正常时，运行点移保持正常时，运行点移动到动到D D点，它是整流侧定点，它是整流侧定电流控制特性与逆变侧电流控制特性与逆变侧定熄弧角下移控制特性定熄弧角下移控制特性的交点。的交点。 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 图2.2 华中高压直流控制系统特性曲线 2 2和和3 3两条平行的曲线为逆变两条平行的曲线为逆变侧电压控制曲线，电压控制曲线侧电压控制曲线，电压控制曲线主要用于降压方式，其也有利于主要用于降压方式，其也有利于正常运行方式。因为在正常运行正常运行方式。因为在正常运行方式下，电压控制器的参考值为方式下，电压控制器的参考值为 正常电压的正常电压的1.25p.u,1.25p.u,当交流系统当交流系统过电压时，电压控制器动作，有过电压时，电压控制器动作，有效抑制电压升高，并防止直流过效抑制电压升高，并防止直流过电压给阀造成影响。电压给阀造成影响。2 2曲线为正曲线为正常运行曲线，常运行曲线，3 3曲线为降压运行曲线为降压运行曲线。曲线。 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 图2.3.直流输电模拟框图 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 dI 图图2.32.3示出的是两端直流输电及其调节系统模型框图；其工示出的是两端直流输电及其调节系统模型框图；其工作流程如下：作流程如下：（1 1）获取直流系统整流侧的电压值，其经过一阶惯性环节后）获取直流系统整流侧的电压值，其经过一阶惯性环节后进入低压限流环节（进入低压限流环节（VDCOLVDCOL），经），经VDCOLVDCOL输出的电流值作为整流输出的电流值作为整流和逆变的控制系统的电流整定值和逆变的控制系统的电流整定值 ， 与实际的直流电流与实际的直流电流 比较，差值进入两侧换流器的控制系统。比较，差值进入两侧换流器的控制系统。 dorderIdorderI（2 2）整流和逆变两侧都装有定电流控制器和定电压控制器。整）整流和逆变两侧都装有定电流控制器和定电压控制器。整流侧在正常运行方式下，由于流侧在正常运行方式下，由于 比实际的大，即比实际的大，即 0,00，逆变，逆变侧工作模式应被选中为定熄弧角控制方式。同时通过式：侧工作模式应被选中为定熄弧角控制方式。同时通过式：minmin(,),AMAX VCAREG CCA（3 3）逆变侧触发延迟角）逆变侧触发延迟角 由下式决定：由下式决定： mIV12cos(cos)djojVV 计算出计算出 ，然后与，然后与 比较，若比较，若 ，输出触发，输出触发延迟角延迟角 传递到逆变侧换流器方程；若传递到逆变侧换流器方程；若 ，则认，则认为发生换相失败，进入换相失败再启动环节。为发生换相失败，进入换相失败再启动环节。 minminmin 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 （4 4）若由于整流侧电压降低或逆变侧电压升高造成）若由于整流侧电压降低或逆变侧电压升高造成IdId实际值过实际值过小，整流侧小，整流侧 过小，定电流控制器输出达到其限值过小，定电流控制器输出达到其限值 ，此时整流侧定电流控制器将不能继续维持，此时整流侧定电流控制器将不能继续维持 ，造成，造成 IdId减少。与此同时，若减少。与此同时，若IdId减少到使逆变侧减少到使逆变侧 0 ; ;则逆变侧通过输出角选择将选中定电流控制器的输出角作为触则逆变侧通过输出角选择将选中定电流控制器的输出角作为触发延迟角输出。这种方式就是整流侧运行于最小触发角，逆变发延迟角输出。这种方式就是整流侧运行于最小触发角，逆变侧运行于定电流的调节方式。侧运行于定电流的调节方式。 dorderIII mindorderIIdordermIIII 直流输电基本控制策略直流输电基本控制策略 051015202500.20.40.60.811.21.41.6时 间 (秒 ) 整 流 侧触发角&电流IdalphaIalphaalphaVIoo电 流 量 触 发 角 电 压 调 节 器 输 出 角 051015202500.511.522.53时 间 (秒 ) 逆 变 侧 触发角&电压VdjgammaalphaIalphaalphaVCCA 和 电 压 调 节 器 输 出 角 触 发 角 直 流 电 压 gamma角 直流输电仿真直流输电仿真 从图中可以发现，系统在正常稳态运行下，直流电压、直流电从图中可以发现，系统在正常稳态运行下，直流电压、直流电流和传输功率均为额定值且无波动。整流侧触发角（流和传输功率均