直流輸電技術(shù)4

第4章直流輸電系統(tǒng)

的控制1單橋整流器的工作原理單橋等效電路原理圖135462ibMNeaLcABCLd+ud

_IdiciaLcLcebecoHVDC系統(tǒng)2電源電動勢相電壓:（1）線電壓:（2）自然換相點(diǎn)：電源相電壓的交點(diǎn)3整流電壓平均值

（不計(jì)觸發(fā)角、不計(jì)換相角）電源線電壓有效值（3）（4）理想空載直流電壓理想空載直流電壓4整流電壓平均值

（計(jì)及觸發(fā)角、不計(jì)換相角）（5）

特點(diǎn)：增加，則減少5計(jì)及觸發(fā)延時(shí)、計(jì)及換相角時(shí)單橋的工作原理問題的提出：

ip能否突變？

ip的變化規(guī)律？假設(shè)短路電流ik

135462ibMNeaLcABCLd+ud

_IdiciaLcLcebecoik6推導(dǎo)換相電流公式KVL：135462ibMNeaLcABCLd+ud

_IdiciaLcLcebecoik-----（6）7推導(dǎo)換相電流公式計(jì)及：和線電壓：可得：（7）考慮初始條件：8換相電流計(jì)算公式（8）交流系統(tǒng)兩相短路電流的幅值（9）等值換相電感ik波形、閥電流、相電流、直流電流波形9換相角計(jì)算公式換相結(jié)束時(shí)：（10）特點(diǎn)：則10換相實(shí)質(zhì)

換相實(shí)質(zhì)：

換相是交流系統(tǒng)短時(shí)間的兩相短路。換相是依靠交流電源提供的短路電流進(jìn)行的。

換相電流：換相期間的短路電流換相電壓：提供換相電流的交流電源電壓換相阻抗：每相電源中性點(diǎn)到橋臂間的等值阻抗HVDC系統(tǒng)11整流電壓平均值（正常工況）空載時(shí)整流電壓的平均值（11）換相引起的電壓損耗：（12）電壓12外特性方程（14）（13）整流電壓平均值---表達(dá)式1---定α角外特性方程等值換相電阻/比換相壓降：定α角外特性曲線13整流電壓平均值（正常工況）整流電壓平均值---表達(dá)式2（15）整流電壓平均值---表達(dá)式3（16）14直流電壓的特點(diǎn)整流電壓平均值的特點(diǎn)：其中：(1)，，，增加，則減少；

(2)增加，則增加的影響，的影響，的影響，的影響，的影響

15

等效電路（單橋整流器）（13）+_+_+_（a）等效電路-1（b）等效電路-2+_+_+_16功率因數(shù)

（單橋整流器）

（18）（17）（19）功率因數(shù)角：通常17單橋整流器的運(yùn)行方式工況2-3---正常運(yùn)行方式工況3---非正常運(yùn)行方式工況3-4---故障運(yùn)行方式工況2-3：在600的重復(fù)周期中，2個(gè)閥和3個(gè)閥輪流導(dǎo)通的運(yùn)行方式。

成立的條件：

同時(shí)18工況3工況3：在600的重復(fù)周期中，始終只有3個(gè)閥輪流導(dǎo)通的運(yùn)行方式。135462ibMNeaLcABCLd+ud

_IdiciaLcLcebeco

成立的條件：

同時(shí)

特點(diǎn)：

出現(xiàn)強(qiáng)制延遲現(xiàn)象

出現(xiàn)的原因：過大19工況3-4工況3-4：在600的重復(fù)周期中，3個(gè)閥和4個(gè)閥輪流導(dǎo)通的運(yùn)行方式。135462ibMNeaLcABCLd+ud

_IdiciaLcLcebeco

特點(diǎn)：直流短路、交流三相短路

出現(xiàn)的原因：故障性增大

成立的條件：

同時(shí)20單橋逆變器的工作原理逆變器接入HVDC系統(tǒng)的方式ebMNIdIdLceaeceaebeciaicLc135462ABCibicibiaLdLd+

Udr

－+

Udi

－A4MN12563BC21Ud

~

α的關(guān)系單橋整流器的整流電壓平均值(和)：0~600600~900900~12001200~1800全部為+

+~-+~-

全部為-

全部為+

+~00~-

全部為-

換流器狀態(tài)

整流器逆變器

（5）對的影響、動畫22單橋逆變器的運(yùn)行方式工況2-3---正常運(yùn)行方式工況3-4---故障運(yùn)行方式工況2-3：在600的重復(fù)周期中，2個(gè)閥和3個(gè)閥輪流導(dǎo)通的運(yùn)行方式。

成立的條件：

同時(shí)23換相電流計(jì)算公式交流系統(tǒng)兩相短路電流的幅值等值換相電感ik波形、閥電流、相電流、直流電流波形24逆變運(yùn)行的充要條件與交流系統(tǒng)相連---有源逆變；與足夠大的直流電源相連；具有使α在90°~180°

范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的控制能力。eaebecicLcibia+

udi－A4MN12563BCoLcLcIdLdik25名詞解釋

超前角/越前角/觸發(fā)越前角（

）：

用電氣角度表示的落后于自然換相點(diǎn)180°處到控制脈沖發(fā)出時(shí)刻之間的時(shí)間。

熄弧角/關(guān)斷越前角（）：

用電氣角度表示的熄弧閥上正向電壓為負(fù)的時(shí)間。（21）

同時(shí)適合條件：（20）26正常運(yùn)行值

熄弧裕度角（）：

考慮足夠裕度的熄弧角。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行數(shù)值：27換相失敗逆變器側(cè)的熄弧閥在換相結(jié)束后重新導(dǎo)通的過程。

原因：γ過小，熄弧閥在換相結(jié)束后沒有足夠的時(shí)間恢復(fù)其正向阻斷能力。

分類：一次換相失敗連續(xù)兩次換相失敗對策：控制系統(tǒng)閉鎖，HVDC系統(tǒng)短時(shí)停運(yùn)。

一般，80%的一次換相失敗不會發(fā)展為連續(xù)兩次換相失敗。電壓、閥電流波形電壓、閥電流波形28單橋逆變器的特性方程

單橋逆變器的特性方程可由單橋整流器的特性方程導(dǎo)出。

導(dǎo)出原則一：

整流器α

Udr

dxrμr

Id逆變器

1800-β-Udi

dxi

μi

Id電壓波形比較、動畫比較29整流電壓平均值-（單橋逆變器）已知單橋整流器的整流電壓平均值整流電壓平均值（單橋逆變器，工況2-3）（22）（23）故30外特性方程-（單橋逆變器）已知單橋整流器的外特性方程故（24）外特性方程（單橋逆變器，工況2-3）

定角的外特性方程（25）其中，外特性曲線31μ計(jì)算公式-（單橋逆變器）已知單橋整流器的μ計(jì)算公式：故μ計(jì)算公式（單橋逆變器，工況2-3）（26）（27）其中，32單橋逆變器的特性方程

導(dǎo)出原則二：

整流器αUdr

dxrμr

Id逆變器

γ

Udi

dxi

μi

Id電壓波形比較33整流電壓平均值-（單橋逆變器）已知單橋整流器的整流電壓平均值整流電壓平均值（單橋逆變器，工況2-3）（28）（29）故34外特性方程-（單橋逆變器）已知單橋整流器的外特性方程故（30）外特性方程（單橋逆變器，工況2-3）

定角的外特性方程其中，外特性曲線35μ計(jì)算公式-（單橋逆變器）已知單橋整流器的μ計(jì)算公式：故μ計(jì)算公式（單橋逆變器，工況2-3）（31）其中，36

計(jì)算公式-（單橋逆變器）工況2-3時(shí)，不同下的計(jì)算公式

和時(shí)

和時(shí)

和時(shí)（34）（32）（33）I電壓波形37計(jì)算公式-（單橋逆變器）已知單橋整流器的計(jì)算公式：故計(jì)算公式（單橋逆變器，工況2-3）（35）（36）38

等效電路（單橋逆變器）+_+_+_（a）等效電路-1+_+_+_（b）等效電路-239單橋逆變器的運(yùn)行方式工況3-4：在600的重復(fù)周期中，3個(gè)閥和4個(gè)閥輪流導(dǎo)通的運(yùn)行方式。

成立的條件：

同時(shí)

特點(diǎn)：直流短路、交流三相短路

出現(xiàn)的原因：故障性增大eaebecicLcibia+

udi－A4MN12563BCoLcLcIdLd40雙橋換流器的工作原理多橋換流器：

由直流端串聯(lián)、交流端并聯(lián)的一個(gè)以上的單橋構(gòu)成的換流器。多橋換流器的接線方式：

典型方式:每極1組12脈動換流單元--雙極雙橋

其他方式:每極2組12脈動換流單元串聯(lián)每極2組12脈動換流單元并聯(lián)

特點(diǎn)：單橋數(shù)目為偶數(shù)41雙橋換流器的運(yùn)行方式工況4-5---正常運(yùn)行方式工況5---非正常運(yùn)行方式工況5-6---非正常運(yùn)行方式等等雙橋換流器等效電路導(dǎo)通順序:111221223132414251526162111242工況4-5—整流器電壓波形：1.不計(jì)α和μ

2.正常運(yùn)行電流波形：不計(jì)α和μ

時(shí)，

1.換流變閥側(cè)電流，2.換流變網(wǎng)側(cè)電流，3.電源側(cè)電流

成立的條件：

同時(shí)工況4-5：在300的重復(fù)周期中，4個(gè)閥和5個(gè)閥輪流導(dǎo)通的運(yùn)行方式。雙橋換流器等效電路43工況4-5的特點(diǎn)1.雙橋換流器的正常運(yùn)行方式2.每個(gè)單橋的ud、iv和ip波形與工作在工況2-3時(shí)的對應(yīng)波形一致。

即：（1）工況4-5時(shí)，鄰橋的換相與否，不影響本橋的電壓。

（2）工況4-5時(shí)，鄰橋的換相與否，不影響本橋的電流。雙橋換流器等效電路44工況4-5的特點(diǎn)3.橋間相互影響：

鄰橋的換相使本橋所有未導(dǎo)通閥的電壓產(chǎn)生畸變。

從而影響整流器側(cè)接班閥的正常開通，以及逆變器側(cè)熄弧閥的可靠關(guān)斷。雙橋換流器等效電路45橋間相互影響設(shè)V11、V12、V21、V22、V31導(dǎo)通

整流器側(cè)接班閥電壓：（37）

逆變器側(cè)熄弧閥電壓：（38）交流系統(tǒng)各相等值電感換流變壓器各相等值電感雙橋換流器等效電路46橋間相互影響系數(shù)：（39）結(jié)論：1.

2.越大，橋間相互影響越嚴(yán)重，未開通閥的波形畸變也越厲害。橋間相互影響的實(shí)質(zhì)：兩橋間共有一個(gè)耦合電感雙橋換流器等效電路47雙橋換流器的計(jì)算公式-整流器

一、整流器（工況4-5）：1.整流電壓平均值：（40）或（41）單橋I電路，單橋I熄弧閥壓波形48雙橋換流器的外特性-整流器2.雙橋整流器的外特性方程—

定α角的外特性方程：（42）等值換相電阻/比換相壓降：49雙橋換流器的μ計(jì)算公式-整流器3.雙橋整流器的μ角計(jì)算公式（43）（45）4.雙橋整流器的角計(jì)算公式交流系統(tǒng)兩相短路電流的幅值（44）50雙橋換流器的計(jì)算公式-逆變器

二、逆變器（工況4-5）：1.整流電壓平均值：（46）或（47）51雙橋換流器的計(jì)算公式-逆變器

整流電壓平均值：或（49）（48）52雙橋換流器的外特性-逆變器2.雙橋逆變器的外特性方程（50）定角的外特性方程：定角的外特性方程：（51）53雙橋換流器的μ計(jì)算公式-逆變器3.雙橋逆變器的μ角計(jì)算公式（52）交流系統(tǒng)兩相短路電流的幅值（53）或54雙橋換流器的計(jì)算公式-逆變器4.雙橋逆變器的角計(jì)算公式（54）（55）55工況5工況5：在300的重復(fù)周期中，始終只有五個(gè)閥閥輪流導(dǎo)通的運(yùn)行方式。雙橋換流器等效電路

成立的條件：

同時(shí)

特點(diǎn)：

1.出現(xiàn)強(qiáng)制延遲現(xiàn)象；

2.只有整流器才能出現(xiàn)。

出現(xiàn)的原因：過大

同時(shí)564.2基本控制原理+_+_+_+_+_+_整流器等效電路逆變器等效電路HVDC等效電路：外特性方程：57HVDC等效電路-2+_+_+_+_+_+_整流器等效電路逆變器等效電路外特性方程：58直流電流直流電流：（1）其中，理想空載直流電壓：（2）或HVDC等效電路圖（定熄弧角，定超前角）59直流功率直流功率：（3）結(jié)論：可以通過改變角度（）和交流電壓（）數(shù)值來調(diào)節(jié)輸出電流和輸出功率。HVDC系統(tǒng)HVDC等效電路圖（定熄弧角，定超前角）60高壓直流控制系統(tǒng)的目的，是在保持每個(gè)極的最大獨(dú)立性和不危及設(shè)備安全的條件下，對功率方向、功率的大小和變化速度提供有效并具有最大靈活性的控制。該控制系統(tǒng)應(yīng)具有相當(dāng)高速的控制性能，它能夠?qū)涣飨到y(tǒng)和直流系統(tǒng)的擾動作出很好的響應(yīng)?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)使高壓直流系統(tǒng)消耗的無功功率最少。它還應(yīng)能適應(yīng)以下情況：1)增加并控制無功功率消耗，必要時(shí)還可控制交流電壓；2)頻率控制；3)有功功率調(diào)制；4)有功功率和無功功率聯(lián)合調(diào)制；5)次同步諧振（SSR）的阻尼；6)遠(yuǎn)方控制。直流輸電基本控制策略61

保持直流功率、電壓、電流和控制角在穩(wěn)態(tài)值范圍內(nèi)；限制暫態(tài)過電壓和過電流；交直流系統(tǒng)故障后，在規(guī)定的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)地恢復(fù)送電。直流控制系統(tǒng)的主要作用:直流輸電基本控制策略62HVDC控制手段

觸發(fā)脈沖相位控制：調(diào)節(jié)

換流變分接頭控制：調(diào)節(jié)換流變分接頭項(xiàng)目觸發(fā)脈沖相位控制換流變分接頭控制調(diào)節(jié)范圍寬窄調(diào)節(jié)速度快慢調(diào)節(jié)平穩(wěn)性平穩(wěn)不平穩(wěn)

結(jié)論主要控制手段輔助控制手段

HVDC控制手段：

兩類控制手段比較

634.3基本控制及其控制特性基本控制：保證HVDC系統(tǒng)正常運(yùn)行所必需的最低限度的控制。包含：HVDC系統(tǒng)定觸發(fā)角控制定電流控制啟停控制換流變分接頭控制定熄弧角控制定電壓控制潮流反轉(zhuǎn)控制64定觸發(fā)角控制

控制特性方程：

特點(diǎn)：

關(guān)于的下傾的直線簇。增加，向下平移。通常：o控制特性曲線HVDC系統(tǒng)65定熄弧角控制

控制特性方程：通常：

特點(diǎn)：

關(guān)于的下傾的直線簇。增加，向下平移。o控制特性曲線HVDC系統(tǒng)66定（直流）電流控制控制特性方程：選為控制對象的原因：控制特性曲線有效限制故障時(shí)的上升。

的變化主要由決定；HVDC系統(tǒng)67定電流控制的配合

兩站均裝定電流控制HVDC系統(tǒng)

逆變站安裝定電流控制的目的：

當(dāng)下降過多時(shí)，協(xié)助整流站的定電流控制，使迅速恢復(fù)正常值。68HVDC協(xié)調(diào)控制方式-1

協(xié)調(diào)控制方式-1整流站：定（直流）電流、定最小觸發(fā)角逆變站：定熄弧角、定（直流）電流HVDC協(xié)調(diào)控制特性曲線

穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工作點(diǎn)69協(xié)調(diào)控制方式-1的特點(diǎn)

在協(xié)調(diào)控制方式-1下，HVDC系統(tǒng)的特性：

是靜穩(wěn)的；逆變器發(fā)生換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)降低；對于弱受端AC系統(tǒng)，可能導(dǎo)致母線電壓不穩(wěn)定HVDC系統(tǒng)

協(xié)調(diào)控制方式-1

相對于HVDC系統(tǒng)而言，AC系統(tǒng)分為：

強(qiáng)（AC）系統(tǒng)：如葛上、天廣、三常、三廣、貴廣等

弱（AC）系統(tǒng)：如舟山、嵊泗70三交點(diǎn)不穩(wěn)定

對于極弱受端AC系統(tǒng)，可能出現(xiàn)另一種電壓不穩(wěn)定—“三交點(diǎn)不穩(wěn)定”現(xiàn)象HVDC協(xié)調(diào)控制特性曲線

其中，--穩(wěn)定運(yùn)行工作點(diǎn)；--不穩(wěn)定運(yùn)行工作點(diǎn)。、HVDC系統(tǒng)71協(xié)調(diào)控制方式-1的適用性HVDC系統(tǒng)

協(xié)調(diào)控制方式-1整流站：

定（直流）電流控制、定最小觸發(fā)角控制逆變站：

定熄弧角控制、定（直流）電流控制協(xié)調(diào)控制方式-1：

適用性：強(qiáng)受端（AC）系統(tǒng)72定電流控制的配合

兩站均裝定電流控制時(shí)的協(xié)調(diào)配合采用電流裕度法/HVDC基本控制原則：

整流站定電流控制的電流整定值在任何時(shí)候應(yīng)該足夠地大于逆變站定電流控制的電流整定值。也即，HVDC系統(tǒng)正常運(yùn)行的充要條件：

，且要保證一定的電流裕度；73定電流控制的配合電流裕度：

改變的步驟：（1）通常，

增大時(shí)，先增，后增；

減小時(shí)，先減，后減。HVDC系統(tǒng)

協(xié)調(diào)控制方式-1

兩側(cè)定電流控制的分工：

整流站的定電流控制為主：全范圍參與控制

逆變站的定電流控制為輔：時(shí)參與控制74定（直流）電壓控制

控制特性方程：選為控制對象的原因：控制特性曲線

減少逆變站發(fā)生“電壓不穩(wěn)定”的幾率；

配合整流站的定電流控制，實(shí)現(xiàn)對直流功率的控制；

HVDC系統(tǒng)

協(xié)調(diào)控制方式-1

三交點(diǎn)不穩(wěn)定75HVDC協(xié)調(diào)控制方式-2

協(xié)調(diào)控制方式-2整流站：定（直流）電流、定最小觸發(fā)角逆變站：定電壓、定熄弧角、定（直流）電流HVDC協(xié)調(diào)控制特性-2曲線

穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工作點(diǎn)定電壓控制定熄弧角控制76協(xié)調(diào)控制方式-2的特點(diǎn)

在協(xié)調(diào)控制方式-2下，HVDC系統(tǒng)的特性：

是靜穩(wěn)的；逆變器發(fā)生“電壓不穩(wěn)定”的風(fēng)險(xiǎn)降低；正常運(yùn)行時(shí)逆變器吸收的無功功率較大；輕載時(shí)逆變器吸收的無功功率很大，無功投資增加。HVDC系統(tǒng)

協(xié)調(diào)控制方式-2,

適用性：弱受端（AC）系統(tǒng)77直流輸電基本控制模塊：低壓限流控制(VDCOL)

定電流控制(CCA)

定熄弧角控制(AMAX)

定電壓控制(VCAREG)輔助控制模塊：分接頭控制(TCC)

無功功率控制(RPC)直流輸電基本控制策略78圖2.1逆變側(cè)控制器結(jié)構(gòu)圖直流輸電基本控制策略79直流控制80直流輸電基本控制策略低壓限流控制

低壓限流環(huán)節(jié)的任務(wù)是在直流電壓或交流電壓跌落到某個(gè)指令值時(shí)對直流電流指令進(jìn)行限制。它的作用主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：防止在直流系統(tǒng)發(fā)生換相失敗等故障時(shí)某一換流閥長時(shí)間流過太大的電流而損壞；通過降低直流電流減少換流器吸收的無功，幫助交流母線電壓的恢復(fù)；實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)快速的故障后恢復(fù)靜態(tài)特性見圖8182直流輸電基本控制策略定電流控制在極控制功能中定電流控制應(yīng)用最為廣泛。定電流控制的控制框圖如圖所示.在整流側(cè)，定電流控制器的輸入量是電流整定值TM3與實(shí)際電流TM4的偏差，由于這個(gè)偏差驅(qū)動PI調(diào)節(jié)器得到的輸出即作為觸發(fā)角的相關(guān)信號，通常PI調(diào)節(jié)器的輸出就是直接作為觸發(fā)延遲角的指令值83直流輸電基本控制策略定電流控制在逆變側(cè)，定電流控制器的整定值比整流側(cè)小一個(gè)電流裕額，因此在正常情況下，實(shí)際電流大于逆變側(cè)的電流整定值，使得逆變側(cè)的定電流控制總是按照減小直流電流的方向調(diào)節(jié)，因此角總被調(diào)節(jié)到其最大限制值，從而在逆變側(cè)三個(gè)控制器輸出選擇中定電流控制器的輸出總被排除在外。只有當(dāng)實(shí)際直流電流小于逆變側(cè)電流整定值時(shí)，逆變側(cè)的定電流控制器的輸出才可能在三個(gè)控制器輸出中被選中。

844.4.4定電流控制854.4.3電流偏差控制

—逆變側(cè)定電流控制和定熄弧角控制之間平穩(wěn)過渡86直流輸電基本控制策略定電壓控制在整流和逆變方式下都設(shè)置了定電壓控制功能模塊，這個(gè)控制器的功能是用于降壓運(yùn)行，但它也有利于正常方式運(yùn)行，其控制也采用的是PI調(diào)節(jié)方式。87定電壓控制

884.4.7定功率控制

8990逆變時(shí)，一旦換相失敗，外接直流電源就會通過晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯(lián)，形成很大短路電流。逆變失敗與最小逆變角的限制當(dāng)換流器作逆變運(yùn)行時(shí)，從被換相的閥電流過零算起，到該閥重新被加上正向電壓為止這段時(shí)間所對應(yīng)的角度稱之為熄弧角，又叫關(guān)斷角。如果熄弧角太小，以致于晶閘管來不及完全恢復(fù)其正向阻斷能力，又重新被加上正向電壓，它就會重新不觸發(fā)而導(dǎo)通，于是將發(fā)生倒換相的過程，其結(jié)果將使應(yīng)該導(dǎo)通的閥關(guān)斷，而應(yīng)該關(guān)斷的閥卻繼續(xù)導(dǎo)通，這稱之為換相失敗。91直流輸電基本控制策略定熄弧角控制

絕大多數(shù)直流工程的熄弧角定值都在15°～18°的范圍內(nèi)，熄弧角這一變量可以直接測量，卻不能直接控制，只能靠改變換流器的觸發(fā)角來間接調(diào)節(jié)。熄弧角不僅與逆變側(cè)觸發(fā)角有關(guān)，還取決于換相電壓和直流電流的大小。

92直流輸電基本控制策略定熄弧角控制

工程上實(shí)際應(yīng)用的定熄弧角控制有兩種類型，一種是閉環(huán)控制，也稱為實(shí)測型控制，另一種是開環(huán)控制，也稱為預(yù)測型控制。實(shí)測型控制根據(jù)換流閥的電流過零點(diǎn)信號和換相電壓的過零點(diǎn)信號來確定實(shí)測的熄弧角，并與觸發(fā)角的參考值進(jìn)行比較，根據(jù)其偏差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)；預(yù)測型控制根據(jù)直流系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)（如直流電壓、電流等）計(jì)算出要滿足為參考值時(shí)所需的觸發(fā)角，然后按照此觸發(fā)角對逆變側(cè)進(jìn)行觸發(fā)控制，其實(shí)質(zhì)是一開環(huán)控制。ABB的控制系統(tǒng)多采用開環(huán)調(diào)節(jié)方式。

93直流輸電基本控制策略定熄弧角控制

逆變側(cè)直流電壓可以寫為：對于定運(yùn)行，直流電壓將反比于直流電流的變化，逆變側(cè)在低頻下具有負(fù)阻抗特性，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，人為的增加這樣一條曲線：此時(shí)直流電壓正比與直流電流的變化，即圖2.2所示的正斜率的那一段94直流輸電基本控制策略定熄弧角控制

為了獲取逆變側(cè)觸發(fā)角，逆變側(cè)直流電壓又可表示為：將兩式合并有：95定關(guān)斷角控制

9697直流輸電基本控制策略分接頭控制分接頭控制作為直流輸電輸送功率的輔助手段對于協(xié)調(diào)控制器運(yùn)行以及提高交直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著重要的作用。分接頭控制的目的是保持觸發(fā)角、熄弧角、直流電壓運(yùn)行在指定范圍內(nèi)，分接頭控制的特點(diǎn)是調(diào)節(jié)速度比較慢(3～5s調(diào)整一步)。98直流輸電基本控制策略當(dāng)直流電壓和直流電流發(fā)生偏移或運(yùn)行人員改變直流輸送功率以后,由于定電流控制的作用,整流側(cè)觸發(fā)角將發(fā)生很大變化。當(dāng)過大時(shí),整流器所消耗的無功功率和直流電壓中的諧波分量將顯著增大;而當(dāng)角太小時(shí),又將縮小可控制的范圍。因此此時(shí)通常需要應(yīng)用切換整流側(cè)換流變壓器分接頭來協(xié)助控制角,使它接近于正常值15°。對于逆變側(cè)，同樣如此，保證熄弧角和直流電壓在正常值范圍內(nèi)。

分接頭控制99直流輸電基本控制策略當(dāng)整流側(cè)采用定電流控制時(shí)，通過調(diào)節(jié)換流變壓器分接頭的位置，把換流器觸發(fā)角維持在指定的范圍（15°±2.5°）；在逆變側(cè)，通過調(diào)整換流變壓器分接頭位置，把逆變側(cè)熄弧角維持在指定的范圍內(nèi)（18°±2.5°），電壓限制在電壓參考值附近，當(dāng)觸發(fā)角瞬時(shí)超過限定范圍時(shí)，分接頭不動作，以免分接頭調(diào)節(jié)頻繁動作。只有當(dāng)觸發(fā)角連續(xù)超過限定范圍的時(shí)間大于時(shí)滯時(shí)間時(shí)，才允許啟動分接頭調(diào)節(jié)。分接頭控制1004.1.2改變變壓器分接頭α，γ保持在一定范圍的控制方式換流器相位控制變壓器分接頭控制整流器定電流10度<α<20度逆變器定熄弧角定電壓整流器定電流控制，當(dāng)逆變側(cè)電壓下降或整流側(cè)電壓上升時(shí)，α變大，功率因數(shù)變差；整流側(cè)電壓下降時(shí)，直流電壓不滿足，調(diào)分接頭101變壓器閥側(cè)電壓保持一定的控制方式換流器相位控制變壓器分接頭控制整流器定電流閥電壓保持一定逆變器定電壓閥電壓保持一定不切換分接頭，實(shí)現(xiàn)從最小到額定功率輸出分接頭只在補(bǔ)償交流系統(tǒng)電壓變動時(shí)用，不考慮直流電壓輕負(fù)荷時(shí)熄弧角變大，減少換相失敗102無功功率控制目的：通過投切交流濾波器組或電容器組實(shí)現(xiàn)交直流無功功率交換的平衡或者交流母線電壓的穩(wěn)定。目前大多數(shù)直流工程均采用投切電容器或?yàn)V波器組的方式進(jìn)行無功功率控制。投切電容器或?yàn)V波器組會造成換流站交流母線的過電壓，特別是弱交流系統(tǒng)，過電壓現(xiàn)象更加明顯，這就決定了最大濾波器組的投切容量。最大濾波器組產(chǎn)生過電壓的計(jì)算式：為投切濾波器組的無功補(bǔ)償容量為交流系統(tǒng)的短路容量為投切后并聯(lián)于交流母線總的無功補(bǔ)償容量直流輸電基本控制策略103交流母線的過電壓，除了與最大濾波器組有關(guān)外，還與投切濾波器組后直流系統(tǒng)的控制策略有關(guān)。此外，不同的直流工程其對過電壓的要求也不一樣，需要結(jié)合實(shí)際的工程進(jìn)行整定。當(dāng)無功補(bǔ)償?shù)淖畲鬄V波器電容器組確定后，可通過交直流系統(tǒng)的無功功率或換流站交流母線電壓進(jìn)行濾波器電容器組的投切控制。計(jì)算條件如下：無功功率控制策略為預(yù)先設(shè)定的控制死區(qū)，其應(yīng)大于最大濾波器電容器組的補(bǔ)償容量，從而避免了開關(guān)投切動作的頻繁啟動及控制的不穩(wěn)定直流輸電基本控制策略104直流傳輸功率也可以作為電容器濾波器組無功投切的控制策略，允許人員通過事先設(shè)定好無功功率及有功功率的關(guān)系曲線，將其存儲于直流控制器中。直流輸電基本控制策略105無功功率控制作為與站控系統(tǒng)相關(guān)的控制功能，一般與直流站控制系統(tǒng)相配合。通過適當(dāng)?shù)目刂?，換流站可作為動態(tài)無功調(diào)節(jié)裝置，從而對交流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定起支撐作用力。由于換流站快速聯(lián)系的控制調(diào)節(jié)特點(diǎn)，它可用來控制交直流系統(tǒng)暫態(tài)情況下的無功功率交換。 為了進(jìn)行換流站的無功功率快速動態(tài)調(diào)節(jié)，穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的熄弧角應(yīng)大于最小熄弧角?？刂平堑脑６扔砷y組應(yīng)力、無功補(bǔ)償容量裕度以及其它實(shí)際工程約束條件來進(jìn)行合理選擇。直流輸電基本控制策略106在整流側(cè)，Pi、Qi方向指向直流換流變壓器；在逆變側(cè)，Pj方向指向交流系統(tǒng)，Qj方向指向換流變壓器。這表明，無論有功功率方向如何，交流系統(tǒng)總是向直流系統(tǒng)提供無功功率?？紤]整流側(cè)和逆變側(cè)交流母線處無功補(bǔ)償容量，實(shí)際注入到交流電網(wǎng)的無功功率為107直流輸電基本控制策略圖2.2中直線段1、HD為整流側(cè)的控制特性。其中HD為恒電流控制的結(jié)果，是恒電流段；1表示觸發(fā)角不變情況下與的關(guān)系為線性關(guān)系，是恒觸發(fā)角段。1段的方程式為：

控制系統(tǒng)特性曲線圖2.2華中高壓直流控制系統(tǒng)特性曲線108直流輸電基本控制策略圖2.2中直線段HH’、H’C為逆變側(cè)的控制特性。其中H’C為恒電流段；HH’為定熄弧角段，HH’段的方程式為：圖2.2華中高壓直流控制系統(tǒng)特性曲線109在正常運(yùn)行狀態(tài)下，整流側(cè)采用定電流控制，逆變側(cè)采用定熄弧角控制，即直流系統(tǒng)運(yùn)行于A點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)分接頭維持整流側(cè)觸發(fā)角和逆變側(cè)在正常范圍內(nèi)。如果整流側(cè)電壓下降，整流側(cè)定電流控制器輸出到換流站的觸發(fā)角將減小維持直流電流恒定，即控制曲線1向下平移。直流輸電基本控制策略圖2.2華中高壓直流控制系統(tǒng)特性曲線110當(dāng)觸發(fā)角被調(diào)節(jié)到其下限時(shí)，此時(shí)整流側(cè)被限制在定控制曲線上，即GH曲線。隨著整流側(cè)交流電壓的降低，控制曲線GH向下平移，直流系統(tǒng)將運(yùn)行于B、C各點(diǎn)。C點(diǎn)為整流側(cè)定，逆變側(cè)定電流控制特性的交點(diǎn)，此時(shí)：直流輸電基本控制策略圖2.2華中高壓直流控制系統(tǒng)特性曲線111如果逆變側(cè)交流電壓下降而整流側(cè)交流電壓保持正常時(shí)，運(yùn)行點(diǎn)移動到D點(diǎn)，它是整流側(cè)定電流控制特性與逆變側(cè)定熄弧角下移控制特性的交點(diǎn)。直流輸電基本控制策略圖2.2華中高壓直流控制系統(tǒng)特性曲線1122和3兩條平行的曲線為逆變側(cè)電壓控制曲線，電壓控制曲線主要用于降壓方式，其也有利于正常運(yùn)行方式。因?yàn)樵谡＿\(yùn)行方式下，電壓控制器的參考值為正常電壓的1.25p.u,當(dāng)交流系統(tǒng)過電壓時(shí)，電壓控制器動作，有效抑制電壓升高，并防止直流過電壓給閥造成影響。2曲線為正常運(yùn)行曲線，3曲線為降壓運(yùn)行曲線。直流輸電基本控制策略113圖2.3.直流輸電模擬框圖直流輸電基本控制策略114圖2.3示出的是兩端直流輸電及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型框圖；其工作流程如下：（1）獲取直流系統(tǒng)整流側(cè)的電壓值，其經(jīng)過一階慣性環(huán)節(jié)后進(jìn)入低壓限流環(huán)節(jié)（VDCOL），經(jīng)VDCOL輸出的電流值作為整流和逆變的控制系統(tǒng)的電流整定值，與實(shí)際的直流電流比較，差值進(jìn)入兩側(cè)換流器的控制系統(tǒng)。（2）整流和逆變兩側(cè)都裝有定電流控制器和定電壓控制器。整流側(cè)在正常運(yùn)行方式下，由于比實(shí)際的大，即<0,定電壓控制器輸出的角度總是小于定電流控制器的輸出角；而觸發(fā)延遲角的輸出按照選擇的，因此在正常工作狀態(tài)下，由定電流控制器維持電流直流輸電基本控制策略115在正常工況下，由于電流裕度的存在，以及>0，逆變側(cè)工作模式應(yīng)被選中為定熄弧角控制方式。同時(shí)通過式：（3）逆變側(cè)觸發(fā)延遲角由下式?jīng)Q定：

計(jì)算出，然后與比較，若，輸出觸發(fā)延遲角傳遞到逆變側(cè)換流器方程；若，則認(rèn)為發(fā)生換相失敗，進(jìn)入換相失敗再啟動環(huán)節(jié)。直流輸電基本控制策略116（4）若由于整流側(cè)電壓降低或逆變側(cè)電壓升高造成Id實(shí)際值過小，整流側(cè)過小，定電流控制器輸出達(dá)到其限值，此時(shí)整流側(cè)定電流控制器將不能繼續(xù)維持，造成Id減少。與此同時(shí)，若Id減少到使逆變側(cè)<0

;則逆變側(cè)通過輸出角選擇將選中定電流控制器的輸出角作為觸發(fā)延遲角輸出。這種方式就是整流側(cè)運(yùn)行于最小觸發(fā)角，逆變側(cè)運(yùn)行于定電流的調(diào)節(jié)方式。直流輸電基本控制策略117118直流輸電仿真從圖中可以發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)在正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下，直流電壓、直流電流和傳輸功率均為額定值且無波動。整流側(cè)觸發(fā)角（alpha）曲線與定電流控制器輸出角alphaI=0.2618（約15°）曲線重合，可知整流側(cè)運(yùn)行于定電流控制，定電壓控制器輸出角alphaV=0.08727，約5°，此角度為整流側(cè)觸發(fā)角的下限。由于在逆變側(cè)，定電流和定電壓控制器輸出角曲線重合，其為逆變側(cè)觸發(fā)角輸出上限，可知逆變側(cè)觸發(fā)角Alpha與逆變側(cè)定熄弧角控制器的輸出角曲線重合，逆變側(cè)運(yùn)行于定熄弧角控制的運(yùn)行方式；且整流和逆變觸發(fā)角值未發(fā)生變化，整流側(cè)和逆變側(cè)交流母線電壓也保持平穩(wěn)。119降壓運(yùn)行在t=0秒設(shè)置逆變側(cè)直流電壓參考值＝0.8，使得系統(tǒng)降壓運(yùn)行；t=16秒時(shí)，調(diào)整到1.0。直流輸電仿真120121122降壓運(yùn)行時(shí)，直流電流基本保持定值，直流電壓及時(shí)跟蹤電壓整定值的變化，直流輸送功率跟隨直流電壓下降，換流站消耗的無功功率Qci/Qcj增加；降壓運(yùn)行時(shí)，整流側(cè)觸發(fā)角接近0.6（約30°），在t=3秒時(shí)，整流側(cè)和逆變側(cè)的分接頭以及無功補(bǔ)償向上調(diào)節(jié)一步，整流側(cè)觸發(fā)角有下降趨勢，由于降壓運(yùn)行持續(xù)時(shí)間較長，而流入到交流系統(tǒng)的無功量較多，因此整流側(cè)和逆變側(cè)無功補(bǔ)償裝置每隔三秒動作一次，來降低流入交流系統(tǒng)的無功功率量。降壓運(yùn)行結(jié)束后，整流側(cè)和逆變側(cè)觸發(fā)角迅速恢復(fù)到穩(wěn)定值。兩側(cè)交流系統(tǒng)電壓有波動，但波動幅度不是很大，波動在穩(wěn)定范圍以內(nèi)。1234.2直流輸電系統(tǒng)的分層控制1.主控制級接收調(diào)度中心直流功率輸送指令，計(jì)算后發(fā)直流控制指令給極控制級2.極控制級選擇控制方式，（直流電流控制，關(guān)斷角控制，直流電壓控制，交流電壓控制），計(jì)算后發(fā)觸發(fā)角給閥控制級3.閥組控制級觸發(fā)脈沖發(fā)生器同時(shí)考慮阻尼系統(tǒng)振蕩的需求1241251264.3主控制級功能

4.3.1功率調(diào)制和快速功率變化控制1274.3.2直流電流指令計(jì)算模塊1284.4直流輸電極控級功能1291301314.5直流輸電閥組控制132直輔助頻率控制

目前，我國己建和在建的HVDC線路都是按定功率設(shè)計(jì)來運(yùn)行的。定功率方式在隔絕兩側(cè)交流系統(tǒng)的相互影響方面有一定的優(yōu)越性。但定功率運(yùn)行也同時(shí)犧牲了兩側(cè)交流系統(tǒng)在發(fā)生事故時(shí)的相互緊急支援的能力。在國外的HVDC工程中，利用直流功率調(diào)制對兩側(cè)交流系統(tǒng)進(jìn)行輔助頻率控制(AFC)已成為一種趨勢。歐洲及美國運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在HVDC線路安裝輔助頻率控制器在經(jīng)濟(jì)性上具有以下優(yōu)點(diǎn):①利用HVDC的快速調(diào)節(jié)能力有助于防止系統(tǒng)頻率崩潰的發(fā)生，減少低頻減載帶來的國民經(jīng)濟(jì)損失；②有利于全網(wǎng)的水、火電共同參與頻率調(diào)節(jié)，充分利用了各個(gè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中的水電調(diào)頻容量。133直流功率調(diào)制是AFC的基礎(chǔ)?？紤]HVDC作為兩交流系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)線這種最普遍的接線方式，加裝直流功率調(diào)制后的HVDC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可用圖表示為綜合兩側(cè)控制器發(fā)出的調(diào)制指令后最終向主控站發(fā)出的調(diào)制電流指令;134直流功率調(diào)制的功能主要由其反饋的交直流狀態(tài)變量決定，選擇合適的狀態(tài)變量可以實(shí)現(xiàn)輔助頻率控制、輔助電壓控制、抑止低頻振蕩和次同步振蕩等功能。輔助頻率控制輔助頻率控制是在兩側(cè)直流換流站分別設(shè)計(jì)了一個(gè)帶死區(qū)的PI調(diào)節(jié)器。兩站的輔助頻率控制器的傳遞函數(shù)方程為:135為整流側(cè)輔助控制器響應(yīng)電網(wǎng)頻率變化后發(fā)出的調(diào)制指令為綜合兩側(cè)控制器發(fā)出的調(diào)制指令后最終向主控站發(fā)出的調(diào)制電流指令;和為整流側(cè)和逆變側(cè)輔助頻率控制器的調(diào)節(jié)死區(qū)。136仿真分析在1秒時(shí)整流站的交流母線附近發(fā)生三相短路故障，故障持續(xù)時(shí)間為0.1秒137從圖中可以看到，當(dāng)換流站母線處發(fā)生三相短路故障時(shí)，換流站附近即格燃電站的發(fā)電機(jī)功角在無輔助頻率控制的作用下擺動較大；當(dāng)輔助頻率控制起作用時(shí)，格燃電站的功角的整體擺動幅度得到抑制，且有較強(qiáng)的阻尼特性，特別是第二擺的角度減少了十度多，控制特性良好。138139故障的發(fā)生引起交流母線頻率的波動，由于其波動量較大,AFC動作增加直流輸送功率；當(dāng)故障切除后，換流站母線頻率逐步趨于穩(wěn)定范圍，直流傳輸功率跟隨頻率的變化，在故障發(fā)生4秒鐘后，直流輸送功率恢復(fù)到計(jì)劃的傳輸功率量，達(dá)到了穩(wěn)定兩側(cè)頻率的目的。

140CIGRE直流輸電標(biāo)準(zhǔn)測試系統(tǒng)1411424.6整流器、逆變器協(xié)調(diào)控制143\1441.協(xié)調(diào)控制145潮流反轉(zhuǎn)/翻轉(zhuǎn)/功率反向每側(cè)控制系統(tǒng)均具有“三段式組合控制”，其控制特性見表1。表1組合控制特性常用方法：閥不閉鎖方式閥閉鎖方式146閥不閉鎖方式潮流反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)方法：潮流反轉(zhuǎn)示意圖

1）反置裕度整定新逆變器新整流器

2）控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)HVDC系統(tǒng)

閥不閉鎖潮流反轉(zhuǎn)前后比較圖147閥閉鎖方式潮流反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)方法：先停運(yùn)，后啟動1482.潮流反轉(zhuǎn)1493.啟動——整體啟動（軟啟動），部分停止的啟動所有換流器的旁通對得到啟動信號，α，β調(diào)整到大約90o，電壓大約為0，開始啟動，減小β，在直流電壓上升的同時(shí)控制直流電流設(shè)定值，到目標(biāo)值，150-300ms4.停止——整體，部分慢慢將β增大到90o，減小直流電流值設(shè)定值，到最小，所有換流器的旁通對得到觸發(fā)信號，延時(shí)后停止觸發(fā)信號，時(shí)間數(shù)百ms；故障時(shí)，兩側(cè)都轉(zhuǎn)為逆變方式，將能量送交流系統(tǒng)。5.待機(jī)——交、直流側(cè)開關(guān)均合上，只要換流器得到觸發(fā)脈沖，就可以啟動6.再啟動——對應(yīng)交流系統(tǒng)的重合閘150啟?？刂品诸悾?/p>

正常啟動正常停運(yùn)故障緊急停運(yùn)

（故障后的）自動再啟動

為減小啟停過程產(chǎn)生的過電壓和過電流，以及對兩側(cè)AC系統(tǒng)的沖擊，正常啟停按照一定步驟順序進(jìn)行。HVDC系統(tǒng)151正常啟動控制方法正常啟動方法分類：先建電流，后建電壓先建電壓，后建電流正常啟動方法1--BPP法/旁通對啟動法（屬于先建電流，后建電壓法）

旁通對（BPP-ByPassPair）：同一相上的兩個(gè)橋臂HVDC系統(tǒng)152BPP法正常啟動控制步驟HVDC系統(tǒng)

BPP啟停電路圖

BPP法的主要步驟：使兩側(cè)換流器形成BPP；合兩側(cè)AC斷路器，使換流變壓器和換流器帶電；合兩側(cè)DC線路開關(guān)，使DC回路與換流器相連；以的角度解鎖整流器；以的角度解鎖逆變器；逐漸降低，建立直流電壓（0.4～0.8p.u.）；逐漸增大電流指令，建立直流電流。153常用正常啟動控制方法正常啟動方法2（屬于先建電流，后建電壓法）HVDC系統(tǒng)

BPP啟停電路圖合兩側(cè)AC斷路器，使換流變壓器和換流器帶電；合兩側(cè)DC線路開關(guān)，使DC回路與換流器相連；以的角度解鎖逆變器，建立直流電壓（0.7~0.8p.u.）；以的角度解鎖整流器；同時(shí)減小兩側(cè)，建立直流電流。154正常啟動控制正常啟動時(shí)間:一般為幾s幾十min受端AC系統(tǒng)越弱，正常啟動時(shí)間越長HVDC系統(tǒng)155正常停運(yùn)控制步驟HVDC系統(tǒng)

BPP啟停電路圖

BPP法的主要步驟：逐漸減小電流指令，降低直流電流；使，延時(shí)20-40ms后，閉鎖整流器；后，閉鎖逆變器，投入BPP；斷開兩側(cè)DC線路開關(guān)；斷開兩側(cè)AC斷路器正常停運(yùn)時(shí)間:一般為幾百ms受端AC系統(tǒng)越弱，正常停運(yùn)時(shí)間越長156故障緊急停運(yùn)控制HVDC系統(tǒng)

BPP啟停電路圖

故障緊急停運(yùn)的控制步驟：故障緊急停運(yùn)：HVDC系統(tǒng)故障中的