高壓直流輸電系統(tǒng)培訓(xùn)講學(xué)

1、高壓直流輸電系統(tǒng)1.1 高壓直流輸電運(yùn)行特性高壓直流輸電運(yùn)行特性及其與交流輸電的比較及其與交流輸電的比較 （1）技術(shù)性能；（2）可靠性；（3）經(jīng)濟(jì)性。技術(shù)性能的比較 （1）功率傳輸特性）功率傳輸特性n眾所周知，隨著輸送容量不斷增長(zhǎng)，穩(wěn)定問(wèn)題越來(lái)越成為交流輸電的制約因素。為了滿(mǎn)足穩(wěn)定問(wèn)題，通常需采取串補(bǔ)、靜補(bǔ)、調(diào)相機(jī)、開(kāi)關(guān)站等措施，有時(shí)甚至不得不提高輸電電壓。但是，這將增加很多電氣設(shè)備，代價(jià)是昂貴的。n 直流輸電沒(méi)有相位和功角，當(dāng)然也就不存在穩(wěn)定問(wèn)題，只要電壓降、網(wǎng)損等技術(shù)指標(biāo)符合要求，就可達(dá)到傳輸?shù)哪康?，無(wú)需考慮穩(wěn)定問(wèn)題，這是直流輸電的重要特點(diǎn)，也是它的一大優(yōu)勢(shì)。（2）線(xiàn)路故障時(shí)的自防護(hù)能力）

2、線(xiàn)路故障時(shí)的自防護(hù)能力n交流線(xiàn)路單相接地后，其消除過(guò)程一般約0.40.8s，加上重合閘時(shí)間，約0.61s恢復(fù)。n 直流線(xiàn)路單極接地，整流、逆變兩側(cè)晶閘管閥立即閉鎖，電壓降到零，迫使直流電流降到零，故障電弧熄滅不存在電流無(wú)法過(guò)零的困難，直流線(xiàn)路單極故障的恢復(fù)時(shí)間一般在0.20.35s內(nèi)。n從自身恢復(fù)的能力看，交流線(xiàn)路采用單相重合閘，需要滿(mǎn)足單相瞬時(shí)穩(wěn)定，才能恢復(fù)供電，直流則不存在此限制條件。n若線(xiàn)路上發(fā)生的故障在重合（直流為再啟動(dòng)）中重燃，交流線(xiàn)路就三相跳閘了。直流線(xiàn)路則可用延長(zhǎng)留待去游離時(shí)間及降壓方式來(lái)進(jìn)行第2、第3次再啟動(dòng)，創(chuàng)造線(xiàn)路消除故障、恢復(fù)正常運(yùn)行的條件。對(duì)于單片絕緣子損壞，交流必然三

3、相切除，直流則可降壓運(yùn)行，且大都能取得成功。 （3）過(guò)負(fù)荷能力）過(guò)負(fù)荷能力n通常，交流輸電線(xiàn)路具有較高的持續(xù)運(yùn)行能力，受發(fā)熱條件限制的允許最大連續(xù)電流比正常輸送功率大得多，其最大輸送容量往往受穩(wěn)定極限控制。n直流線(xiàn)路也有一定的過(guò)負(fù)荷能力，受制約的往往是換流站。通常分2h過(guò)負(fù)荷能力、10s過(guò)負(fù)荷能力和固有過(guò)負(fù)荷能力等。前兩者葛上直流工程分別為10和25，后者視環(huán)境溫度而異。n 總的來(lái)說(shuō)，就過(guò)負(fù)荷能力而言，交流有更大的靈活性。直流如果需要具有更大的過(guò)負(fù)荷能力，則必須在設(shè)備選型時(shí)要預(yù)先考慮，此時(shí)需要增加投資。（4）利用直流輸電調(diào)節(jié)作用能提高交流系統(tǒng)）利用直流輸電調(diào)節(jié)作用能提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性

4、n如前所述，直流輸電具有快速響應(yīng)的特點(diǎn)，當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，利用直流輸電的調(diào)節(jié)作用，能有效地提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。著名的美國(guó)BPA 500kV交直流并列運(yùn)行線(xiàn)路，2回長(zhǎng)152lkm交流線(xiàn)路共送2860MW，平均1回送電1430MW，直流的調(diào)節(jié)作用是重要措施之一。（5）潮流和功率控制）潮流和功率控制n交流輸電取決于網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、發(fā)電機(jī)與負(fù)荷的運(yùn)行方式，值班人員需要進(jìn)行調(diào)度，但又難于控制，直流輸電則可全部自動(dòng)控制。（6）短路容量）短路容量n兩個(gè)系統(tǒng)以交流互聯(lián)時(shí)，將增加兩側(cè)系統(tǒng)的短路容量，有時(shí)會(huì)造成部分原有斷路器不能滿(mǎn)足遮斷容量要求而需要更換設(shè)備。直流互聯(lián)時(shí)，不論在哪里發(fā)生故障，在直流線(xiàn)路上增加的電流

5、都是不大的，因此不增加交流系統(tǒng)的斷路容量。（7）調(diào)度管理）調(diào)度管理n由于通過(guò)直流線(xiàn)路互聯(lián)的兩端交流系統(tǒng)可以有各自的頻率，輸送功率也可保持恒定（恒功率、恒電流等）。對(duì)送端而言，整流站相當(dāng)了交流系統(tǒng)的一個(gè)負(fù)荷。對(duì)受端而言，逆變站則相當(dāng)于交流系統(tǒng)的一個(gè)電源?；ハ嘀g的干擾和影響小，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單方便，深受電力管理、運(yùn)行部門(mén)的歡迎。對(duì)我國(guó)當(dāng)前發(fā)展的跨大區(qū)互聯(lián)、合同售電、合資辦電等形成的聯(lián)合電力系統(tǒng)，尤為適宜。（8）線(xiàn)路走廊）線(xiàn)路走廊n按同電壓500kV考慮，1條500kV直流輸電線(xiàn)路的走廊約40m，1條500kV交流線(xiàn)路走廊約為50m，但是1條同電壓的直流線(xiàn)路輸送容量約為交流線(xiàn)路的2倍，直流輸電的線(xiàn)路走

6、廊，其傳輸效率約為交流線(xiàn)路的2倍甚至更多一點(diǎn)。 下列因素限制了直流輸電的應(yīng)用范圍：下列因素限制了直流輸電的應(yīng)用范圍：n直流斷路器的費(fèi)用高；n不能用變壓器來(lái)改變電壓等級(jí)；n換流設(shè)備的費(fèi)用高；n由于產(chǎn)生諧波，需要交流和直流濾波器；n控制復(fù)雜。近年來(lái)，直流技術(shù)已有了明顯的進(jìn)步，除了上述的第二條除近年來(lái)，直流技術(shù)已有了明顯的進(jìn)步，除了上述的第二條除外，其余缺點(diǎn)都可予以克服。這些技術(shù)如下：外，其余缺點(diǎn)都可予以克服。這些技術(shù)如下：n直流斷路器的進(jìn)展；n晶閘管的模塊化結(jié)構(gòu)和額定值增加；n光觸發(fā)晶閘管；n換流器采用12或24脈波運(yùn)行；n采用氧化金屬變阻器；n換流器控制采用數(shù)字和光纖技術(shù)?？煽啃?的比較n強(qiáng)迫停

7、運(yùn)率強(qiáng)迫停運(yùn)率n電能不可用率電能不可用率 總的來(lái)說(shuō)，從可靠性和可用率兩個(gè)指標(biāo)總的來(lái)說(shuō)，從可靠性和可用率兩個(gè)指標(biāo)來(lái)看，交、直流兩種輸電方式是相當(dāng)?shù)?，?lái)看，交、直流兩種輸電方式是相當(dāng)?shù)模际强尚械?。都是可行的。?jīng)濟(jì)性 的比較交、直流兩種輸電方式，就其造價(jià)而言，各具如下特色：n （1）輸送容量確定后，直流換流站的規(guī)模隨之確定，其投資也即固定下來(lái)，距離的增加，只與線(xiàn)路造價(jià)有關(guān)。交流輸電則不同，隨著輸電距離的增加，由于穩(wěn)定、過(guò)電壓等要求。需要設(shè)置中間開(kāi)關(guān)站。因此，對(duì)于交流輸電方式，輸電距離不單影響線(xiàn)路投資，同時(shí)也影響變電部分投資。n n（2）就變電和線(xiàn)路兩部分看，直流輸電換流站投資占比重很大，面交流輸電

8、的輸電線(xiàn)路投資占主要成分。n（3）直流輸電功率損失比交流輸電小得多。n（4）當(dāng)輸送功率增大時(shí)，直流輸電可以采取提高電壓、加大導(dǎo)線(xiàn)截面的辦法，交流輸電則往往只好增加回路數(shù)。 隨著輸電距離的改變，交、直流兩種輸電方式的造價(jià)和總費(fèi)用將相應(yīng)作增減變化。在某一輸電距離下，兩者總費(fèi)用相等，這一距離稱(chēng)為等價(jià)距離。這是一個(gè)重要的工程初估數(shù)據(jù)。概括地說(shuō)，超過(guò)這一距離時(shí)，采用直流有利；小于這一距離時(shí)，采用交流有利。對(duì)于超高壓輸電系統(tǒng)，典型架空線(xiàn)路的等價(jià)距離大約為800km。盡管地下電纜或是海底電纜的造價(jià)比架空線(xiàn)路高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，但其等價(jià)距離卻只有50km。1.2 高壓直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和元件 高壓直流聯(lián)絡(luò)線(xiàn)大致可

9、分以下幾類(lèi)：n（1）單極聯(lián)絡(luò)線(xiàn)；n（2）雙極聯(lián)絡(luò)線(xiàn)；n（3）同極聯(lián)絡(luò)線(xiàn)。圖1.3.1 單極HVDC聯(lián)絡(luò)線(xiàn)圖1.3.2 雙極HVDC聯(lián)絡(luò)線(xiàn)圖1.3.3 同極HVDC聯(lián)絡(luò)線(xiàn)高壓直流輸電系統(tǒng)的元件 第第2章章 換流器理論及特性方程換流器理論及特性方程圖2.2.2 三相全波橋式電路 圖2.2.3 三相全波橋式換流器等效電路 整流器和逆變器工作方式 圖2.3.1 橋式整流器的等效電路圖2.3.4逆變器的等效電路dV為正） 圖 2.3.3 描述整流器及逆變器運(yùn)行所用的角交流量和直流量之間的關(guān)系 n換流器的穩(wěn)態(tài)方程歸納如下：acdoBTEV23BIXVVdcdod3cos 或BIXVVdcdod3cos)/

10、(cos1dodVVacddPIVPtanPQ 多橋換流器 圖2.6.112脈波換流橋 采用12脈波換流橋時(shí)，直流電壓的紋波減小；6次和18次諧 波分量消失 （6脈波換流橋的直流側(cè)有6次及其整倍數(shù)的諧波，然而12脈沖換流橋只有12次及其整倍數(shù)的諧波）。第第3章章 高壓直流輸電系統(tǒng)的高壓直流輸電系統(tǒng)的控制和特性控制和特性3.1 控制的基本原理控制的基本原理coscosdordoidcrLciVVIRRRdrdrdPV I2dididdrLdPV IPR I圖3.1.1 HVDC輸電聯(lián)絡(luò)線(xiàn) （a）示意圖；（b）等值電路；（c）電壓分布。n高壓直流系統(tǒng)通過(guò)控制整流器和逆變器的內(nèi)電勢(shì)（Vdorcos）

11、和（Vdoicos）來(lái)控制線(xiàn)路上任一點(diǎn)的直流電壓以及線(xiàn)路電流（或功率）。這是通過(guò)控制閥的柵門(mén)極的觸發(fā)角或通過(guò)切換換流變壓器抽頭以控制交流電壓來(lái)完成的。 n要變更功率輸送的方向，可采取更換兩端的直流電壓極性的方法。 在選擇控制特性時(shí)，應(yīng)該考慮下列要求：n防止交流系統(tǒng)電壓的變化引起直流電流的大波動(dòng)；n保持直流電壓在額定值附近；n保持送端和受端的功率因數(shù)盡可能高；n防止逆變器的換相失敗。 運(yùn)用換流器的快速控制來(lái)防止直流電流的大波動(dòng)，這是保證HVDC線(xiàn)路滿(mǎn)意運(yùn)行的一個(gè)重要要求。 以下是維持高功率因數(shù)的幾個(gè)原因：n在給定變壓器和閥的電流和電壓額定值的條件下，使換流器的額定功率盡可能高；n減輕閥上的應(yīng)力；

12、n使換流器所連接的交流系統(tǒng)中設(shè)備的損耗和電流額定最小；n在負(fù)荷增加時(shí)，使交流終端的電壓降最??；n使供給換流器的無(wú)功功率費(fèi)用最小?？刂铺匦?圖4.1.2 理想的穩(wěn)態(tài)伏安特性（Vd是在整流器上測(cè)量的值；逆變器特性包括LdR I電壓降）圖3.1.3 實(shí)際的換流器控制穩(wěn)態(tài)特性 圖3.1.4 電流調(diào)節(jié)器n在正常電壓下，逆變器的恒熄弧角（CEA）特性曲線(xiàn)和整流器持性曲線(xiàn)相交于E。可是，逆變器的CEA特性（CD）不會(huì)和由表示的在降低電壓下的整流器特性曲線(xiàn)相交。所以，整流器電壓的大幅度降低會(huì)引起電流和功率在短時(shí)間內(nèi)下降到零，這個(gè)時(shí)間取決于直流電抗器，從而系統(tǒng)將會(huì)停運(yùn)。n 為了避免上述問(wèn)題，逆變器也要配置一個(gè)電

13、流控制器，其整定的電流值比整流器的電流整定值小。完整的逆變器特性曲線(xiàn)由DGH給出。它包括兩部分：一部分為恒定熄弧角（CEA）特性曲線(xiàn)，一部分為恒定電流特性曲線(xiàn)。n 整流器和逆變器的組合特性整流器和逆變器的組合特性 圖3.1.5 每個(gè)換流器有逆變和整流組合特性的運(yùn)行可選擇的逆變器控制方式可選擇的逆變器控制方式 n 1）直流電壓控制方式。用閉環(huán)電壓控制取代調(diào)節(jié)到固定值（CEA），可以保證在直流線(xiàn)路上的一個(gè)期望點(diǎn)維持恒定電壓，通常該點(diǎn)為送端（整流器）。維持期望的直流電壓所必需的逆變器電壓可以通過(guò)計(jì)算線(xiàn)路的RI電壓降來(lái)估計(jì)。與恒定角控制（有下降的電壓特性曲線(xiàn)）相比較，這種電壓控制方式的有點(diǎn)在于，它的逆

14、變器V-I特性曲線(xiàn)是一條水平線(xiàn)，如圖3.1.6（a）所示。另外，這種電壓控制方式的值略高，因而換相失敗的可能性較小。一般來(lái)說(shuō)，和抽頭切換裝置相配合，該電壓控制方式維持角大約在18。n n2）恒定角控制。用觸發(fā)超前角表示的逆變器等值電路如圖2.17（a）所示。保持恒定時(shí)，逆變器的V-I特性曲線(xiàn)斜率為正，如圖3.1.6（b）所示。在低負(fù)荷時(shí)，恒定的還能保證不會(huì)產(chǎn)生換相失敗?？墒?，在較高的電流（較大的疊弧）下，會(huì)遇到最小值問(wèn)題。恒定控制方式并不適用于正常運(yùn)行狀態(tài)。它被認(rèn)為時(shí)一種備用的控制方式，在暫態(tài)條件下直接作用于觸發(fā)角是有益的。 n（5）控制方式的穩(wěn)定性）控制方式的穩(wěn)定性n如圖3.1.7所示，在接

15、近于逆變器的CEA特性曲線(xiàn)和CC特性曲線(xiàn)的過(guò)渡部分的某些電壓水平下，整流器的特性曲線(xiàn)和逆變器的CEA特性曲線(xiàn)的交點(diǎn)不能很好地確定。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，交流電壓的微小變動(dòng)將引起直流電流的大改變（100），而且會(huì)在控制方式與抽頭切換之間產(chǎn)生來(lái)回?cái)[動(dòng)的趨勢(shì)。為避免這個(gè)問(wèn)題，經(jīng)常在逆變器的CEA和CC控制特性曲線(xiàn)的過(guò)渡部分引入一個(gè)斜率為正的特性（恒定），如圖3.1.8（a）所示。另一種變化如圖3.1.8（b）所示，它是通過(guò)一個(gè)電壓反饋回路來(lái)控制直流電壓。圖3.1.6 可選擇的逆變器運(yùn)行方式圖3.1.7 控制方式混淆的區(qū)域圖3.1.8 使控制方式穩(wěn)定的修正伏安特性（7）電流限制）電流限制 n確定電流指令時(shí)必須

16、考慮如下限制：n 1）最大電流限制。為避免換流閥受到過(guò)熱損害。一般短時(shí)間最大電流限定在正常滿(mǎn)負(fù)荷電流的1.2到1.3倍。n2）最小電流限制。當(dāng)電流值較低時(shí)，電流的波動(dòng)會(huì)引起它的不連續(xù)或間斷。因此，在12脈波的運(yùn)行情況下，電流在一個(gè)周期內(nèi)會(huì)被中斷12次。這種情況是不允許的，因?yàn)樵谥袛嗨查g電流變化率很高，會(huì)在變壓器繞組和直流電抗器上感應(yīng)出高電壓（Ldidt）。 3）低電壓限制電流指令（VDCOL）。在低電壓條件下，要想保持額定直流電流或額定功率是不可期望或不可能的，其原因如下：n當(dāng)一個(gè)換流器的電壓降超過(guò)30時(shí)，和它相隔很遠(yuǎn)的換流器的無(wú)功需求將增加，這對(duì)交流系統(tǒng)可能有不利的影響。遠(yuǎn)端換流器的或必須更

17、高以控制電流，因而引起無(wú)功功率的增加。系統(tǒng)電壓水平的降低也會(huì)使濾波器和電容器所提供的無(wú)功功率明顯減少，而通常換流器吸收的無(wú)功功率大部分由它們提供。n當(dāng)電壓降低時(shí)，也會(huì)面臨換相失敗和電壓不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)。這些和低電壓條件下的運(yùn)行狀況有關(guān)的問(wèn)題可通過(guò)引入“依賴(lài)于電壓的電流指令限制”（VDCOL）來(lái)防止。當(dāng)電壓降低到預(yù)定值以下時(shí)，這個(gè)限制降低了最大容許直流電流。VDCOL特性曲線(xiàn)可能是交流換相電壓或直流電壓的函數(shù)。圖3.1.9示出了這兩種類(lèi)型的VDCOL。圖3.1.9 依賴(lài)于電壓的電流指令限制（a）作為交流電壓函數(shù)的電流限制；（b）作為直流電壓函數(shù)的電流限制。 圖3.1.10 有VDCOL、最小電流和最

18、小觸發(fā)角限制的靜態(tài)伏安特性（8）最小觸發(fā)角限制）最小觸發(fā)角限制 n如圖3.1.5所示，通過(guò)控制電流指令和電流裕度可以控制線(xiàn)路的傳輸功率。這些信號(hào)能通過(guò)一個(gè)遠(yuǎn)動(dòng)通信線(xiàn)路傳送到換流站。在換相失敗或直流線(xiàn)路故障時(shí)，逆變器可能切換為整流方式。這將逆轉(zhuǎn)功率輸送方向。為預(yù)防這種情況，在逆變器控制中引入最小限制，如圖3.1.10中逆變器V-I特性曲線(xiàn)的最下面部分所示。這就將逆變器的觸發(fā)角限定在大于900的某個(gè)值，其典型范圍為950到1100。但是，在特定故障條件下，可以允許整流器運(yùn)行于逆變區(qū)域以幫助系統(tǒng)。結(jié)果，典型地加于整流器觸發(fā)角的最大限制值在900到1400之間。（9）功率控制）功率控制 n通常，要求H

19、VDC聯(lián)絡(luò)線(xiàn)傳輸預(yù)定的功率。在這種應(yīng)用中，相應(yīng)的電流指令等于功率指令（P0）除以測(cè)量的直流電壓：0/orddIP V（10）交流系統(tǒng)的輔助控制）交流系統(tǒng)的輔助控制 n為了提高交流系統(tǒng)性能，從交流系統(tǒng)量中得到的輔助信號(hào)可用于控制換流器。控制策略包括直流電壓或直流電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，或同時(shí)對(duì)它們進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，特定的控制方法可用于幫助直流系統(tǒng)從故障狀況恢復(fù)正常。這些更高級(jí)的控制方法將在后續(xù)章節(jié)中進(jìn)行更詳細(xì)的討論。3.1.3 基本控制原理的概括基本控制原理的概括基于下面兩個(gè)重要原因，HVDC系統(tǒng)基本上采用定電流控制：n （1）限制過(guò)電流，并使因故障引起的損害最??；n （2）防止系統(tǒng)因交流電壓的波動(dòng)而停運(yùn)。

20、n這是因?yàn)楦咚俸愣娏骺刂铺匦允沟肏VDC系統(tǒng)的運(yùn)行十分穩(wěn)定。 以下是基本控制系統(tǒng)的重要方面： n（1）整流器采用電流控制和限制控制。最小參考角整定在50左右，以保證觸發(fā)時(shí)換流閥上有足夠的正電壓，從而確保換相成功。在電流控制方式下，一個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)器控制觸發(fā)角，從而控制了直流電壓，以保證直流電流等于電流指令。換流變壓器的抽頭切換裝置控制保持的范圍為100到 200。用時(shí)間延遲來(lái)防止暫時(shí)偏移期間抽頭的不必要?jiǎng)幼?。n（2）逆變器采用恒定熄弧角（CEA）控制和電流控制。在CEA控制方式下，被調(diào)節(jié)到150左右。這個(gè)值表示了在可接受的無(wú)功需求和換相失敗的低風(fēng)險(xiǎn)之間所能做的權(quán)衡。盡管CEA控制是標(biāo)準(zhǔn)控制，仍可

21、作一些包括電壓控制和控制的調(diào)整。抽頭切換裝置控制用于將調(diào)節(jié)到接近期望的范圍，即150到200。n（3）在正常條件下，整流器為電流控制方式，逆變器運(yùn)行在CEA控制方式。如果整流端的交流電壓下降，整流器觸發(fā)角也會(huì)減小，直到它達(dá)到限制。這時(shí)，整流器切換為控制，而逆變器設(shè)為電流控制。 n（4）為保證良好運(yùn)行和設(shè)備安全，確定電流指令時(shí)應(yīng)考慮幾個(gè)限制：最大電流限制、最小電流限制和依賴(lài)于電壓的電流限制。n （5）除了上述基本控制方法之外，可以來(lái)用更高級(jí)的控制來(lái)改善交流直流系統(tǒng)的相互作用和提高交流系統(tǒng)的性能。n 迄今為止，所有的控制方案都應(yīng)用了上述整流器和逆變器的運(yùn)行方式。但是，為了提高弱交流系統(tǒng)的性能，有可

22、能采用這樣一種方案，即逆變器連續(xù)運(yùn)行于電流控制方式而整流器為最小控制方式。3.2 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 圖3.2.1 基本控制方案 圖3.2.2 HVDC系統(tǒng)控制分層的不同等級(jí)3.4起動(dòng)、停運(yùn)和潮流的逆轉(zhuǎn)起動(dòng)、停運(yùn)和潮流的逆轉(zhuǎn)n3.3.1閥的閉鎖和旁路閥的閉鎖和旁路n 閥的閉鎖（停止）是通過(guò)切斷一個(gè)換流橋所有閥的門(mén)極的正脈沖來(lái)達(dá)到的。但這樣可能導(dǎo)致由于中斷電流引起的過(guò)電壓。在某些事例中，逆變器的閥的閉鎖可能造成通過(guò)原先導(dǎo)通相的持續(xù)導(dǎo)通，將交流電壓加于直流線(xiàn)路上，以及將直流電流加于換流變壓器上。n 因此，當(dāng)閥閉鎖時(shí)，必須將換流橋旁路。這是用如圖3.3.1所示的旁路閥和旁路開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。n

23、 閥的電流轉(zhuǎn)換到旁路閥，然后旁路開(kāi)關(guān)合上以避免旁路閥流過(guò)持續(xù)電流。圖3.3.1 用一個(gè)獨(dú)立閥的旁路 圖3.3.2 出發(fā)一對(duì)閥的旁路 3.3.2 起動(dòng)、停運(yùn)和潮流的逆轉(zhuǎn)起動(dòng)、停運(yùn)和潮流的逆轉(zhuǎn)（1）起動(dòng)）起動(dòng) n起動(dòng)和停止HVDC系統(tǒng)的程序因廠(chǎng)商和設(shè)備制造年代的不同而不同。電壓、電流和功率的上升速率要適合具體的應(yīng)用場(chǎng)合。n 常規(guī)起動(dòng)（解除閉鎖）程序如下：n逆變器或整流器均可先起動(dòng)。先起動(dòng)的換流器建立閥的觸發(fā)和導(dǎo)通，解除閉鎖的觸發(fā)角被控制在60o至70o的范圍，使電壓保持低值;n隨著通信的延遲，其它換流器也建立觸發(fā)。用60o至70o的觸發(fā)角以維持相當(dāng)?shù)偷碾妷海s為0.2至0.3pu（按設(shè)備或系統(tǒng)條

24、件優(yōu)化）的電流流通;n起動(dòng)成功后，用緩和的觸發(fā)角（或）變化速率使電壓上升。維持約為0.2至0.3pu的初始電流，直至電壓達(dá)到設(shè)定值（40至80）。然后電流指令增至期望值;n當(dāng)電流建立，并且能由整流器維持時(shí)，逆變器進(jìn)入電壓/裕度角控制方式。n 整個(gè)過(guò)程所花時(shí)間短至零點(diǎn)幾秒或長(zhǎng) n（2）停運(yùn)（閉鎖）停運(yùn)（閉鎖） n不像交流系統(tǒng)用斷路器操作來(lái)切斷一條線(xiàn)路，直流線(xiàn)路是通過(guò)控制來(lái)逐漸停運(yùn)的。通過(guò)下面方法將電壓和電流減至零來(lái)閉鎖一個(gè)極：n電壓和電流在100ms至300ms內(nèi)逐漸降下來(lái)。然后整流器運(yùn)行于逆變區(qū)或接近逆變區(qū)。這將釋放直流系統(tǒng)的任何儲(chǔ)能;n如果有旁路開(kāi)關(guān)，則將旁路開(kāi)關(guān)合上。n 如果兩組閥中的一組

25、被閉鎖，它不能將電流降為零。因此，該閥組的觸發(fā)角斜坡地變到90o，由旁路開(kāi)關(guān)形成旁路，而閥被閉鎖，可以限制斜坡速率以避免調(diào)節(jié)器方式的改變。n（3）潮流逆轉(zhuǎn)）潮流逆轉(zhuǎn) n在任一方向輸送潮流是HVDC系統(tǒng)的固有能力。大多數(shù)的方案都有允許雙向潮流的全控特點(diǎn)。n潮流逆轉(zhuǎn)可通過(guò)前面描述的一系列斜坡式的改變而平滑地過(guò)渡，也可通過(guò)閉鎖或不閉鎖閥的觸發(fā)來(lái)非常快速地進(jìn)行。n 潮流逆轉(zhuǎn)的控制技術(shù)可以遵循下面步驟：n將電流階躍或斜坡式地減到0.1至0.5pu；n緊隨電流斜坡式到達(dá)所要求的水平后，緊跟著將電壓按斜坡或指數(shù)規(guī)律降低/升高。n所要遵循的程序通常取決于交流系統(tǒng)承受由此帶來(lái)的擾動(dòng)的能力和在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)潮流

26、逆轉(zhuǎn)的需要。典型地，快速潮流逆轉(zhuǎn)的時(shí)間應(yīng)為約20ms至30ms，雖然交流系統(tǒng)的限制、直流電纜設(shè)計(jì)的約束或功率調(diào)度條件可能使這個(gè)時(shí)間增至幾秒鐘。高壓直流輸電系統(tǒng)的控制能滿(mǎn)足整個(gè)要求范圍。第第4章章 諧波及其抑制諧波及其抑制n換流站交流側(cè)的三相電流和直流側(cè)電壓中的諧波，其次數(shù)和特性比較有規(guī)律，它們統(tǒng)稱(chēng)為特征諧波。脈波數(shù)為的換流器在直流電壓僅僅產(chǎn)生次的特征諧波電壓，而在交流電流中產(chǎn)生次的特征諧波電流，其中是任意正整數(shù)。n實(shí)際上，用于計(jì)算特征諧波的理想條件是不存在的，總是存在比較小量的非特征諧波關(guān)于交流電流諧波，術(shù)語(yǔ)“非特征”表示由表達(dá)式確定的以外的諧波次數(shù)。諧波抑制裝置的選擇諧波抑制裝置的選擇n濾波

27、裝置 n平波電抗器 第5章 高壓直流輸電系統(tǒng)的故障和保護(hù)n5.1 換流器的異常運(yùn)行根據(jù)故障的根源，換流器的異常運(yùn)行可以分為如下三類(lèi)：n（1） 閥及其有關(guān)設(shè)備故障, 主要形式有：失通、誤通。n（2） 換相失敗, 這是在逆變器運(yùn)行期間最常見(jiàn)的故障。這種故障常隨其它內(nèi)部或外部擾動(dòng)之后發(fā)生。n（3） 換流站內(nèi)部短路,雖然這種故障很少見(jiàn),但是在換流站設(shè)計(jì)中必須加以考慮。 5.1.1 失通、誤通失通、誤通n失通是閥在計(jì)劃導(dǎo)通期間觸發(fā)失敗，而誤通則是閥在計(jì)劃非導(dǎo)通期間阻斷失敗。這些故障是出于控制和觸發(fā)設(shè)備的各種故障而造成的。n當(dāng)這些故障發(fā)生在逆變端時(shí)，它們的影響更為嚴(yán)重。除非故障持續(xù)地存在，它們對(duì)整流器運(yùn)行

28、不會(huì)構(gòu)成嚴(yán)重的擾動(dòng)，但是當(dāng)持續(xù)存在時(shí)則可能會(huì)在直流側(cè)引起電壓和電流的振蕩。n5.1.2 換相失敗換相失敗n在換相電壓反向（具有足夠的去游離裕度）之前未能完成換相的故障稱(chēng)為換相失敗。換相失敗不是由于對(duì)換流閥的誤操作引起的，而是由換流閥外部電路的條件引起的。換相失敗對(duì)于逆變器來(lái)說(shuō)更為普遍，而且是在大直流電流或低交流電壓之類(lèi)的擾動(dòng)期間發(fā)生。僅當(dāng)觸發(fā)電路發(fā)生故障時(shí)，整流器才會(huì)發(fā)生換相失敗。n因5.1.1闡明了逆變器怎樣出現(xiàn)換相失敗其中考慮的是從閥1到閥3的換相失敗。n由于直流電流的增加、交流電壓降低（可能由交流系統(tǒng)的短路引起）、滯后觸發(fā)或者這幾種因素的組合，換流閥1在反向之前沒(méi)有被截止。在換流閥3中的

29、電流將減小到零并截止。換流閥1中的電流又將回到，因而換流閥1將繼續(xù)導(dǎo)通。n如圖5.1.2所示，當(dāng)換流閥4接著被觸發(fā)時(shí)，由于換流閥1仍處于導(dǎo)通，在換流橋的直流側(cè)將跨接一個(gè)短接電路。由于零直流電壓使換流閥5兩端的電壓為負(fù)，因此換流閥5不能導(dǎo)通。換流閥4截止，而換流閥6按正常方式被觸發(fā)。圖5.1.1 逆變器中的換相失敗圖5.1.2 換相失敗期間的閥電流n雙重?fù)Q相失敗是指在同一周波內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)兩次換相失敗。如果換流閥l到換流閥3的換相不成功，又緊接著從換流閥2到換流閥4的換相失敗，則換流閥1和2將持續(xù)導(dǎo)通，直到下個(gè)周波它們又能再次正常導(dǎo)通。在只有換流閥1和2導(dǎo)通的期間，a、c相端的交流電壓將出現(xiàn)，并跨接

30、在直流端。n雙重?fù)Q相失敗是非常少見(jiàn)的通常，在一次換相失敗后，或者在逆變器的控制下將下次換相的觸發(fā)角充分超前，或者在換流閥1和3以及2和4導(dǎo)通期間“雙疊弧”來(lái)促進(jìn)換相。雙重?fù)Q相失敗和單次相失敗一樣都是自矯正的。n5.1.3 整流站內(nèi)部短路整流站內(nèi)部短路n整流站內(nèi)部短路雖然少見(jiàn)，但它卻可能出現(xiàn)在換流站的各個(gè)部位：n非導(dǎo)通閥上；n換流橋兩端；n換流變壓器交流側(cè)相間；n換流橋直流側(cè)接地；n換流變壓器閥側(cè)交流單相接地；n換流站極或直流母線(xiàn)接地。n這些故障的起因可能是接地開(kāi)關(guān)誤操作，也可能是絕緣老化或沖擊避雷器失效，在暫態(tài)過(guò)電壓期間尤其是如此。n非導(dǎo)通閥上的閃絡(luò)造成相間短路，在導(dǎo)通閥中將通過(guò)很大的過(guò)電流。

31、n最大應(yīng)力的情況出現(xiàn)在以小觸發(fā)延遲角運(yùn)行時(shí)的整流過(guò)程中。而且在剛剛換相后的時(shí)刻最為嚴(yán)重，因?yàn)榇藭r(shí)閥中的電流只受到變壓器漏抗和系統(tǒng)電源阻抗的限制。5.2 交流和直流系統(tǒng)故障的響應(yīng)nHVDC輸電系統(tǒng)的運(yùn)行受發(fā)生在直流線(xiàn)路、換流器或交流系統(tǒng)上的故障影響。故障的影響通過(guò)換流器控制的動(dòng)作反映出來(lái)。在交流系統(tǒng)中，用繼電器和斷路器來(lái)檢測(cè)和消除故障。與之鮮明對(duì)照的是，大多數(shù)直流系統(tǒng)的故障可以自己消除或通過(guò)換流器控制作用來(lái)消除。僅在某些情況下才需要將一個(gè)橋或整個(gè)極退出運(yùn)行。因此，對(duì)于交流系統(tǒng)以及直流系統(tǒng)故障，HVDC系統(tǒng)要有滿(mǎn)意的響應(yīng)，換流器起著決定性的作用。5.4 高壓直流輸電系統(tǒng)主要保護(hù)的配置在直流輸電系統(tǒng)

32、中，通常采用下列各種操作作為保護(hù)措施的基本手段：n快速改變換流裝置的觸發(fā)脈沖相位（也稱(chēng)控制極移相）；n進(jìn)行故障產(chǎn)生后的控制；n停送控制極脈沖（也稱(chēng)控制極或柵極閉鎖）；n投入旁路閥或旁路對(duì)；n投入旁路刀閘；n交流斷路器跳閘；n自動(dòng)再起動(dòng)。 5.4.2 保護(hù)的原則保護(hù)的原則n一個(gè)直流系統(tǒng)由兩個(gè)極不相同的部分組成：相距甚遠(yuǎn)的整流、逆變兩個(gè)換流站，由架空線(xiàn)或電纜連接；同時(shí)還有兩接地電極及其連接線(xiàn)。即便像直流系統(tǒng)如此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，其保護(hù)也應(yīng)該從系統(tǒng)最基本的特性考慮設(shè)計(jì)。大量的必要保護(hù)功能之間的正確協(xié)調(diào)是十分必要的。直流系統(tǒng)的保護(hù)功能應(yīng)該嚴(yán)格地遵循交流系統(tǒng)保護(hù)區(qū)域交疊的傳統(tǒng)理念。這能夠有效地保護(hù)到整個(gè)系統(tǒng)而

33、不留一點(diǎn)死角，同時(shí)在發(fā)生任何假定故障時(shí)都能夠有冗余保護(hù)做出響應(yīng)。n一個(gè)雙極系統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)則應(yīng)該是單極系統(tǒng)的兩倍，同時(shí)這兩套保護(hù)系統(tǒng)具有高度的獨(dú)立性。在雙極直流系統(tǒng)里，僅僅只有接地極線(xiàn)路的引出端是共用的。n一個(gè)直流系統(tǒng)中眾多元件、組件和子系統(tǒng)的保護(hù)需要很好地協(xié)調(diào)并形成一個(gè)有效的系統(tǒng)。換流器可以提供很多快速和可靠的保護(hù)功能。通過(guò)這些保護(hù)功能，可以在許多事故中，避免閉鎖和使系統(tǒng)迅速且“柔和”地恢復(fù)功率傳送。 n直流系統(tǒng)交流側(cè)的元件保護(hù)、交流母線(xiàn)和線(xiàn)路保護(hù)可以通過(guò)微機(jī)保護(hù)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)直流側(cè)的保護(hù)則可以通過(guò)直流換流站的控制調(diào)節(jié)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。大多數(shù)保護(hù)功能的參數(shù)也是控制調(diào)節(jié)功能所需要的。這使得系統(tǒng)具有傳感器和測(cè)

34、量數(shù)據(jù)處理的自我監(jiān)控功能。一般說(shuō)來(lái)，由于元件調(diào)節(jié)功能的高可靠性，以及保護(hù)設(shè)計(jì)要求高冗余度，系統(tǒng)直流側(cè)的保護(hù)功能得到了很好的保證。n保護(hù)的n-1原則中有兩條要求：（1）任意一元件退出運(yùn)行，保護(hù)系統(tǒng)的測(cè)量量不受影響； n（2）保護(hù)的退出不應(yīng)該導(dǎo)致系統(tǒng)元件或某一部分的的非正常停運(yùn)。第一條原則可以通過(guò)保護(hù)的冗余度或備用保護(hù)得到滿(mǎn)足。第二條原則更為困難些，在某些情況下，可能需要裝設(shè)三套并行的保護(hù)系統(tǒng)，并遵循“三選二“的慣例。n監(jiān)控所有重要的保護(hù)功能和控制參數(shù)，例如動(dòng)作值、延時(shí)時(shí)間、整定值等，是十分重要的。如果可能，系統(tǒng)運(yùn)行期間保護(hù)系統(tǒng)有必要具有對(duì)這些參數(shù)的調(diào)節(jié)屏幕監(jiān)控功能。n實(shí)際上，在設(shè)計(jì)一個(gè)直流系統(tǒng)控制系統(tǒng)前最重要的任務(wù)就是保護(hù)功能的協(xié)調(diào)研究