直流输电系统控制原理与特性课件

直流输电系统控制原理直流输电系统控制原理一、概述一、概述 1.1 直流输电系统运行控制基本要求直流输电系统运行控制基本要求（1）减小因交流系统电压变化引起的直流电流波动；（2）限制最大直流电流，防止换流器过载损害；（3）限制最小直流电流，避免电流间断引起振荡及过电压；（4）减小逆变器发生换相失败的概率；（5）尽量减小换流器消耗的无功功率；（6）保持直流电压在要求值水平运行。1.2 直流输电系统应具备的基本控制直流输电系统应具备的基本控制（1）直流电流控制，保持电流等于给定值；（2）直流电压控制，保持直流线路送端或受端电压在给定的范围内或等于给定值；（3）整流器触发延迟角()控制，使正常运行时角较小，一般保持在1020(或1218)范围内，以减小无功消耗，并留有调节的余地。（4）逆变器关断角()控制，控制min(最小关断裕度角)，避免发生换相失败，在此前提条件下，尽量减小，以兼顾安全和减小换流单元无功功率消耗，提高功率因数。1.3 直流输电控制系统发展简介直流输电控制系统发展简介从控制系统本身结构特点看，大致可分为三阶段：（1）模拟型控制系统模拟型控制系统由分立模拟电子电路构成。早期控制系统。优优点点：响应快速、实时性好、控制方式简单可靠。缺缺点点：灵活性差、控制功能受限、结构涣散、易受温度等周围环境影响、控制精度低、控制系统自身的稳定性可靠性低等。（2）数字型控制系统数字型控制系统由中小规模数字集成电路构成，20世纪五、六十年代开始发展，但未得到推广应用。优优点点：集成度较高、控制方式较灵活、逻辑处理能力较强。缺缺点点：控制功能实现较复杂、某些控制性能及可靠性还不如模拟型的，故未能得到推广应用。同时期还研发了一种数数模模混混合合型型控制系统，吸收了模拟型和数字型的优点，得到一定的推广应用。1.3 直流输电控制系统发展简介（续）直流输电控制系统发展简介（续）1.3 直流输电控制系统发展简介（续）直流输电控制系统发展简介（续）（3）微机型控制系统微机型控制系统20世纪70年代末，随着大规模集成电路和微机技术的迅速发展而发展起来的，目前直流输电控制系统基本上都是微机型的。优优点点：集成度、可靠性高；控制方式灵活且更改方便；可实现快速、精确控制；控制功能和逻辑处理能力强，可实现复杂控制；运行稳定性高，基本不受温度等周围环境影响；可方便地通过多重化等措施进一步提高控制系统的可靠性。二、直流系统基本控制原理与特性二、直流系统基本控制原理与特性2.1 直流输电系统基本结构及其控制模式直流输电系统基本结构及其控制模式直流输电一次系统结构示意直流输电一次系统结构示意2.1 直流输电系统基本结构及其控制模式直流输电系统基本结构及其控制模式(续续)直流输电一次系统等值电路直流输电一次系统等值电路由图知，正常稳态情况下系统直流电流为：由图知，正常稳态情况下系统直流电流为：(1)(1)或或2.1 直流输电系统基本结构及其控制模式直流输电系统基本结构及其控制模式(续续)由式（由式（1）可知，）可知，正常运行情况下，两端直流输电系统可以采正常运行情况下，两端直流输电系统可以采取如下几种控制模式：取如下几种控制模式：整流器定整流器定，逆变器定，逆变器定；整流器定整流器定，逆变器定，逆变器定；整流器定电流整流器定电流I Id d、逆变器定关断角、逆变器定关断角；整流器定电流整流器定电流I Id d、逆变器定电压、逆变器定电压U Ud d等。等。上述四种控制模式中，上述四种控制模式中，模式模式直流电流直流电流I Id d易受两端交流系统易受两端交流系统母线电压波动的影响而产生大波动，对交、直流系统稳定母线电压波动的影响而产生大波动，对交、直流系统稳定运行都十分不利；模式运行都十分不利；模式只有在只有在(R(Rd dZZ)d dNN前提下才前提下才能保证直流系统运行稳定性，且同样存在模式能保证直流系统运行稳定性，且同样存在模式的问题。的问题。实际应用中，直流系统通常采用控制模式实际应用中，直流系统通常采用控制模式或或。当然还须。当然还须设置一些辅助控制功能，如：最大设置一些辅助控制功能，如：最大/最小触发角最小触发角（maxmax/minmin）限制、逆变器的后备定电流控制与最小关）限制、逆变器的后备定电流控制与最小关断角断角 minmin限制等，才能保证直流输电系统安全可靠地运行。限制等，才能保证直流输电系统安全可靠地运行。2.2 换流器触发脉冲相位控制方式换流器触发脉冲相位控制方式直流系统不论采用哪种控制方式（包括正常和异常控制），其最终都是通过调节换流器触发脉冲相位角来实现的。换流器触发脉冲控制可分为按按相相触触发发控控制制和等间隔触发控制等间隔触发控制两种。按相触发控制特点：等触发相位角控制，但不能保证换流器的等间隔触。等间隔触发控制特点：保证稳态情况下换流器的等间隔触发，但不保证各阀触发相位角的相等。2.3 直流系统微机控制基本原理和控制算法直流系统微机控制基本原理和控制算法A.A.A.A.换流器定值控制模型换流器定值控制模型换流器定值控制模型换流器定值控制模型DDCDDC模块：模块：模块：模块：根据采样得到的被控量与整定值之间的根据采样得到的被控量与整定值之间的偏差进行偏差进行直接数字控制直接数字控制 算法处理，获得控制信算法处理，获得控制信号号V Vcn。DPC模块：模块：由V Vcn经过数字相位控制算法得出用于调节触发脉冲相位的相位控制信号n。该模块还包含一个产生、分配等间隔触发脉冲的脉冲相位脉冲相位脉冲相位脉冲相位比较与分配环节比较与分配环节比较与分配环节比较与分配环节。2.3 微机型等间隔触发脉冲控制算法（续）微机型等间隔触发脉冲控制算法（续）B.等间隔控制算法，主要分两大类：等间隔控制算法，主要分两大类：1.1.脉冲频率控制脉冲频率控制（PFC）算法算法2.特点：存在积分效应，即所有历史采样或控制偏差对当前控制结果都产生影响，n与Vcn之间没有确定的对应关系，故其动态性能不太好。2.脉冲相位控制（脉冲相位控制（PPC）算法算法特点：稳态情况下，n与Vcn及第n次实测角平均值之间均保持确定的线性比例关系，彻底消除了控制过程中的积分作用，从而具有较好的动态响应特性。2.4 换流器定电流控制换流器定电流控制定电流控制定电流控制定电流控制定电流控制是换流器的基本控制之一，它通过控制换流器触发相位角，使直流电流等于设定值并保持不变。定电流控制才用最基本的安偏差比例控制时，电流调节器CAI的输出为：UC=U0-K 式中：U0为常数；K为放大系数；=Idr-Id。定电流控制静态伏-安特性曲线中=min的说明：AB线段：Ud1=Udo1cosminIdd1 AB线段：Ud2=Ud1-IdRL=Udo1cosmin-Id(d1+RL)2.5 逆变器定关断角控制逆变器定关断角控制定关断角控制定关断角控制定关断角控制定关断角控制是逆变器的主要控制方式，其任务是是通过控制触发相位角，使逆变器的越前关断角等于给定的关断裕度角0，以减小换相失败的概率，提高运行可靠性，同时兼顾降低无功功率的消耗量。定关断角控制中,关断角的最小临界值约为6o 10o，一般取min=18o。逆变器关断角和触发超前角的关系如下：或(=180o)2.5 逆变器定关断角控制逆变器定关断角控制(续续)定关断角控制分闭环闭环闭环闭环控制控制控制控制和预测控制预测控制预测控制预测控制两种。闭环定关断角控制方式与定电流控制类似，也是一种负反馈控制，其控制放大器CA的输出为：UC=U0 K，式中：U0为常数；K为放大系数；=0。闭环控制闭环控制闭环控制闭环控制是当检测到与0的偏差后才进行控制，因此对于0情况下的控制是不利的。例如当逆变侧交流系统发生故障，换相电压大幅度跃降、直流电流迅速上升，突然大幅度减小的情况下，在检测到0时，逆变器可能就已发生换相失败。2.5 逆变器定关断角控制逆变器定关断角控制(续续)因此逆变器采用闭环定控制方式时，一般都要增设一个紧急控制(EC)环节，以便当出现或预测到大幅度减小时，立即输出一短暂的信号e，使误差=0+e突然人为地增大，使角快速大幅度减小，从而有效防止换相失败。预测型关断角控制预测型关断角控制预测型关断角控制预测型关断角控制是一种开环预测控制过程，也可有效防止逆变器发生换相失败。预测公式如下：Y=cos-1(KcId/Enmcos d0)式中Kc为常数；Id受控整流器，也可认为是常数。因此只要能够准确预测换相电压峰值Enm，从而准确预测逆变器下一个触发脉冲的相位角。2.6 直流输电控制系统构成直流输电控制系统构成右图为直流输电控制系统 基本构成，图中，整流站主要包括：整流站主要包括：TCC：换流变分接头控制器 VTC：阀触发控制单元 CTC：触发相位控制单元 MIN.DET：最小值检出单元 MAX.DET：最大值检出单元 CAI：电流控制放大器 LIM：限幅环节 SYN：同步控制单元 COM：通信接口设备逆变站除上述外还需有：逆变站除上述外还需有：CA：关断角控制放大器 MU：关断角检测单元2.6 直流输电控制系统构成直流输电控制系统构成(续续)直流系统基本控制稳态特性直流系统基本控制稳态特性电流定值同步传输过程示意电流定值同步传输过程示意(a)整流器定Id，逆变器定(a)Idr1下降时的同步传输过程(b)逆变器减额定Id控制(b)Idr1上升时的同步传输过程(c)正常综合控制特性 Idr1：控制设定值(人工或自动)(d)非正常综合控制特性 Idr2/Idr2：整流/逆变站初步定值2.7 换流变压器分接头切换控制换流变压器分接头切换控制l分接头控制是触发角控制的辅控措施，二者配合可保持直流系统运行在最佳状态；l要求控制速度比触发角控制慢，一般每隔数秒钟执行一次即可；l对于定Id控制的整流器，一般通过切换换流变分街头，将触发角控制在15o(如12.5o17.5o之间)左右，以使其既有足够的调节裕度，又不致消耗太多无功；l对于定控制的逆变器，以控制直流电压在额定值的(1.5%2%)范围内波动为准，且每档分接头的切换量控制在(1%1.5%)之间；l对于定Vd控制的逆变器，则以控制其越前关断角在18o(如15o21o之间)左右，以使其既有足够的调节裕度，又不致消耗太多无功；l当直流系统切换到由逆变器控制Id的非正常模式时，逆变器的换流变压器分接头控制必须暂停工作，以防止因分接头的调节干扰控制、造成Id的异常波动。2.8 直流系统控制特性的改进直流系统控制特性的改进改进直流输电基本控制特性的目的，是为了进一步提高其控制性能和运行指标。常见的改进措施有：1.定关断角控制特性改进定关断角控制特性改进定关断角控制特性改进定关断角控制特性改进：比如当检测到Id小于运行设定值时，使逆变器从定控制改为定控制，从而可有效防止整流器进入定min控制时Id大波动情况的发生。2.增加VDCLVDCL(直流电流控制定值增加低电压减电流定值)功能：当控制系统检测到直流电压低于某一设定值(如50%70%)时，自动按某种规律降低整流、逆变站的控制电流定值，以防逆变器发生连续换相失败。2.9 直流系统的功率控制直流系统的功率控制现代直流系统一般都设置有功率控制功能，且通常是通过改变电流设定值，达到间接控制功率的目的。功率控制功率控制功率控制功率控制主要由如下几个模块组成：1.功率定值设置模块(PRS)，根据运行人员或远方调度中心输入的功率定值(Pdr0)及其变化速度限值(RSL)，初步确定功率控制定值(Pdr1)；2.附加功率控制模块(APC)，根据交流系统频差确定功率控制修正量(P0)；3.控制电流形成模块，根据修正后的功率控制定值Pdr(=Pdr1+P0)和实测电压Ud，获得电流控制定值Idr0；4.过载限流模块，Idr0必须过载计算单元(OLC)根据当前阀冷却介质温度和实测Id计算出的最大允许过载电流(Imax);5.还有低压减流限值和定值同步传输模块等。2.10 直流输电系统的启停控制直流输电系统的启停控制直流输电系统的启停控制包括正常启停控制和紧急停机控制。正常启停正常启停是一种慢速控制过程，时间延续几分钟至数十分钟不等，应根据两端交流系统承受功率变化的能力来具体确定。紧急停机紧急停机通常用来处理直流系统的故障，因此是一种快速过程，包括移相急停机和投旁通对急停机两种，前者主要用于处理处理直流线路的故障，后者主要用于处理换流器阀故障。2.11 直流输电系统的功率反送控制直流输电系统的功率反送控制直流系统其他信息l其他培训l列出书籍、文章、电子文档资源l顾问服务、其他资源谢谢大家！微机型直流输电控制系统结构示意微机型直流输电控制系统结构示意直流输电系统控制特性直流输电系统控制特性触发脉冲按相控制原理示意触发脉冲按相控制原理示意(a)(a)按相触发控制按相触发控制 电路原理示意电路原理示意(b)(b)各阀同步电压各阀同步电压 相量相序相量相序(c)(c)按相按相触发控制触发控制 电路工作原理波形图电路工作原理波形图等相位间隔触发脉冲控制原理示意等相位间隔触发脉冲控制原理示意 (a)(a)等间隔触发控制电路原理等间隔触发控制电路原理(b)(b)等间隔等间隔触发控制电路工作原理波形图触发控制电路工作原理波形图换流器定电流控制原理换流器定电流控制原理(a)(a)原理框图原理框图 (b)(b)控制特性控制特性 闭环关断角控制原理闭环关断角控制原理示意闭环关断角控制原理示意 (a)(a)原理图原理图(b)(b)稳态外特性曲线稳态外特性曲线定关断角控制特性的改进逆变器控制特性的改进 低压减流(VDCL)控制特性低电压减电流控制特性 直流系统功率控制原理示意直流系统功率控制原理示意 双向输电直流系统控制特性双向输电直流系统控制特性 换流器基波无功消耗特性换流器基本无功消耗特性(a)(a)整流器整流器(b)(b)逆变器逆变器 交流系统频率控制原理示意交流系统频率控制原理示意(a)(a)定频率控制；定频率控制；(b)(b)功率功率/频率控制频率控制 交直流混合互联系统示意交直流混合互联系统示意控制系统的分层结构 控制系统的分层结构上：PFC算法；下：PPC算法等间隔触发脉冲控制算法脉冲相位比较分配环节脉冲相位比较分配环节正常启动过程逆站要求慢停1整站要求慢停1整站要求慢停2逆站要求慢停2紧急停机过程p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后Thank You在别人的演说中思考，在自己的故事里成长Thinking In Other PeopleS Speeches，Growing Up In Your Own Story讲师：XXXXXX XX年XX月XX日