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单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,1,第四章 直流输电系统的调节与控制,4,.1,直流输电系统的等值电路,4.2,基本控制原理,4.3,理想控制特性,4.4,实际的伏安特性,4.5,带有,VDCOL,的实际伏安特性,4.6,控制的实施,4.7,启停和潮流反转控制,2,4.1,、直流系统的等值电路,3,换流器等值电路图,整流器的等值电路如右图所示：,其外特性方程如下,：,V,dr,=,V,d0r,cos,R,cr,I,d,功率为,:,P,dr,=V,dr,I,d,4,换流器等值电路图,逆变器的等值电路如右图所示：,其外特性方程表示如下：,V,di,=,V,d0i,cos,+,R,ci,I,d,或者,V,di,=,V,d0i,cos,R,ci,I,d,功率为,:,P,di,=V,di,I,d,=P,dr,R,L,I,d,2,5,HVDC,等效电路图,6,HVDC,系统电压分布,7,4.2,、控制的基本原理,从整流侧流向逆变侧的稳态直流电流为：,从上式可以看出，改变直流电流,(,或功率,),可以从两个方面来进行调节,:,8,控制的基本原理,调节整流器的触发延迟角,a,或逆变器的熄弧角,/(,越前角,),，即调节加到换流阀控制极的触发脉冲相位。,采用这种方式调节不但调节范围大，而且非常迅速，是直流输电系统主要的调节手段。其控制速度很快，大约为,1,4ms,。,9,控制的基本原理,调节换流器的交流电势。一般靠改变换流变压器分接头来实现，调节速度相对较慢，是直流输电系统的辅助调节方式。,其控制时间较长，（每改变一档需,5,6 s,）。,（,1,）整流侧定,角，逆变侧定,角运行特性,（,2,）整流侧定,角，逆变侧定,角运行特性,运行方式分析,能稳定运行,交流电压波动引起直流功率和直流电流的大幅波动,逆变若系统时不能稳定运行,交流电压波动引起直流功率和直流电流的大幅波动,11,4.3,、换流器理想控制特性,在正常运行条件下，整流侧采用恒定电流控制，使整流器运行于恒定电流,(CC),状态以保持系统的稳定，逆变侧采用定熄弧角控制，使逆变器运行于恒熄弧角,(CEA),状态以保证有足够的换相裕度。,12,换流器理想控制特性（续）,正常状态理想伏安特性如下图所示,13,换流器理想控制特性（续）,图,10,中以电压,V,d,和电流,I,d,形成坐标，,AB,、,CD,线上的点与整流器端测量的值对应，从而逆变器特性包括了线路上的电压降。,整流器保持恒定电流时，其伏安特性为一垂直线，如图,10,中线段,AB,所示。,一般换相电阻略大于线路电阻，逆变器的特性具有一个小的负倾斜度，如图中,CD,线。,14,换流器理想控制特性（续）,为同时满足整流器和逆变器的特性，运行点定义在两特性的交点,E,上，即,E,点为理想稳态运行点。,15,4.4,、换流器实际稳态伏安特性,正常状态实际伏安特性如下图所示,16,实际稳态伏安特性（续）,整流器通过改变,a,角来保持恒定电流。但 是,a,角不能小于其最小值,(a,min,),。一旦到,a,min,，电压就不可能再升高，整流器将在恒触发延迟角,(CIA),状态。,所以，整流器特性曲线实际上有两部分，如图,11,中,AB,和,FA,所示。,FA,部分对应于定触发延迟角控制方式；,AB,段表示正常的定电流,(CC),控制方式。,17,实际稳态伏安特性（续）,在实际的系统中，恒电流特性可能不是真正垂直的，它决定于电流调节器。当采用比例加积分调节器时，,CC,特性便是非常垂直的。,在正常电压下，完整的整流器特性由,FAB,来定义。,电压降低时，它将移动，如,FAB,所示。,18,实际稳态伏安特性（续）,正常运行条件下,(,如图,11,中,E,点,),，整流器控制直流电流，逆变器控制直流电压。逆变器的,CEA,特性和整流器特性相交于,E,点。,整流器电压降低时，,FA,将移动，如,FAB,所示,运行条件如图,11,中,E,点所示。此时逆变器进入定电流控制，整流器进入定触发角控制，建立电压。,19,逆变侧定直流电压的运行方式,将逆变侧定,运行的方式改为,定直流电压,的方式,适用于弱系统的场合，能,提高受端系统的电压稳定性,当逆变侧交流电压下降时，自动减小,以维持直流电压不变，同时也提高了功率因数，防止交流电压进一步下降,缺点：,需要留有裕度，使得,0,稳态吸收的无功较多,20,4.5,、带,VDCOL,的实际稳态伏安特性,21,4.5.1,整流器控制特性,整流器侧方程如下：,其中,在 特性曲线中，线段,AB,表示,a,限制控制。,为了保证触发前阀上有足够的电压保证换相，触发角有最小限制为 。一旦调到,a,min,，电压就不可能再升高了，整流器将运行在恒触发延迟角（,CIA,）上了。,22,整流器控制特性（续）,图,13,中线段,BC,表示,定电流,控制特性。,通过调节“电流指令”可以使整流器特性即,BC,线水平移动。,最大电流限制,这是为避免换流阀受到过热损害，一般短时间最大电流限定在正常满负荷电流的,1.2,到,1.3,倍。,23,整流器控制特性（续）,图,13,中线段,DE,表示了,最小电流极限,，通常值为,0.2-0.3pu,。,最小电流限制当电流值较低时，一方面，电流的波动会引起其不连续或间断，在中断瞬间电流变化率会很高，会在交流变压器绕组和直流电抗器上感应出高电压,;,另一方面，当电流低值时，叠弧很小，可能会引起每个阀桥两端之间设置的保护间隙发生闪络。,24,整流器控制特性（续）,图,14,中线段,CD,表示低压限流特性。,V,H,、,V,L,为,VDCOL,的电压高、低门槛值,;,I,H,、,I,L,为直流电流的最大值、最小值。,25,整流器控制特性（续）,依赖于,电压的电流指令限制,(VDCOL),作用是在直流电压下降到一定程度之时相应地降低直流电流指令。,在低电压条件下，要想保持额定电流或额定功率不可能实现，原因：,（,1,）一个换流器交流电压下降很多时，其无功功率下降很多，另一个换流器无功需求将增加，对交流系统不利,（,2,）当逆变器交流下降时，可能会发生换相失败,26,4.5.2,逆变器控制特性,逆变侧方程如下,其中,图中线段,SR,表示,恒熄弧角,控制方式。通过调节逆变器的变压器抽头切换装置可以使逆变器特性即,SR,线上下移动。,图中线段,ST,表示定电流运行方式。,为了保证因为测量误差或者其他原因导致两条恒电流特性相交，设置了,电流裕度,27,逆变器控制特性（续）,其值一般为,0.1,倍的额定电流值。,图中线段,TU,表示最小,a,限制，防止逆变器变为整流器运行，其值一般为,100-110,。,28,4.5.3,变压器分接头控制,每当,和,超出了所需范围数秒之后，即用分接头控制将换流器的触发角调回到正常范围。,逆变器运行在恒熄弧角，从而和分接头切换器的叠加电压控制一起来固定线路电压。,整流器运行在电流控制方式，配之以分接头切换器的叠加,=,norm,控制。,29,4.6,、控制的实施,HVDC,系统的控制结构分为三层：主控制、极控制和桥或者换流器单元控制。几个层次既各司其职又相互协调。,30,4.6.1,各级的功能,主控制级,通常接收来自调度中心的直流输送功率指令，经过控制运算以后发送一个直流电流指令给极控制级；,极控制级,经过控制运算以后发送一个触发角指令给各个桥控制级；,桥或者换流器单元（阀组）控制级,功能为：取触发脉冲的同步信号；产生满足要求的触发脉冲系列以触发晶闸管阀。,31,控制的实施,-,各级响应时间,3,个层次在响应时间上有较大差别，控制的层次越高，响应速度越慢。,主控制层对功率作阶跃变化时的响应时间一般在,100ms,左右。,桥控制层触发角指令变化的响应时间只需要,1,4ms,。,底层阀组控制的核心是换流器触发控制系统。,32,4.6.2,主控制,主控制层,的任务是确定一个直流输电系统究竟运行于何点。它把从系统控制中心收到的功率指令,P,ord,转换为电流指令,I,ord,(,通常是用,P,ord,除以实测的直流电压,),，并将其传送至极控制。,双极直流系统的主控制通常装设在整流站里，因为这一侧换流器主要运行在恒电流控制方式下。如果要求直流系统具备双向传输功率的能力，则两侧换流站均需设置主控制。,33,主控制（续）,对于整流侧，应使直流电流跟踪指令电流值。正常运行时换流器触发角在,15,左右。,对于逆变侧，当采用最小熄弧角控制方式时，调节该侧换流变抽头以获得预定工作点所需的直流电压,;,当采用恒电压控制方式时，应调节抽头保证在获得指定直流电压的同时，熄弧角,等于或略微大于其最小限制,18,。,34,主控制（续）,在主控制图中包含以下辅助控制单元：,系统稳定控制器,频率控制器,紧急功率控制器,35,4.6.3,极控制,极控制,处于直流输电系统多层递阶控制结,构的中间层，其主要作用是协调一个极内,换流桥的控制。从电流整定值到触发角整,定值的转换、分接头控制和一定的保护序,列是由极控制来处理的。包括起动、解,除闭锁等。,36,极控制（续）,37,极控制（续）,直流输电的极控级具有承上启下的关键作用。,整流侧配备带定,min,限制的定电流控制器,;,逆变器配备定电压控制器、定电流控制器和定,角控制器。,38,定电流控制,每个换流站的极控制都装备有恒电流控制,回路，依照由主控制传递来的电流指令,I,ord,实现控制。在交流系统故障环境下，电流,指令经,VDCOL,环节重置。,恒电流控制回路的输出作用于触发装置，,即桥控制。在逆变侧，这一级控制中还包含恒电压或最小熄弧角控制，作为其控制方式。,39,定电流控制（续）,定电流控制是,HVDC,最基本的控制方式之一，这种控制特性可使得,HVDC,系统的运行十分稳定。定电流控制具有下述两个主要特点,:,因为电流为定值而不随电压的降低而加大，所以动态性能较好，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，并使因故障引起的损害最小,;,40,定电流控制（续）,防止系统因交流电压的波动而停运。因此，在正常运行过程中，,HVDC,系统整流侧基本上采用恒定电流控制。直流电流调节器的稳态和暂态性能是决定直流输电控制系统性能好坏的重要因素。,41,定电流控制（续）,定电流控制的,基本原理,是把实际的电流和电流的给定值进行比较，当出现差别时，通过一个闭环控制器控制换流器触发角，从而控制直流电压以使电流差值减小或,消失，来保证实际电流值等于或接近给定值。,42,定电流控制（续）,定电流控制原理框图如下,:,43,定关断角,控制,闭环实测型,角控制器，通过将上一周期测得的逆变侧,角最小值，作为关断角的测量值。,定关断角,控制器原理及典型参数示意见下图,:,44,45,定直流电压控制,定电压调节的原理与定电流调节相似，仅反馈量或被调量改为直流电压，它保持直流线路送端或受端的电压等于给定值。也是逆变器经常采用的一种控制方式。,46,定直流电压控制,（续）,定直流电压控制原理框图如下：,47,4.6.4,桥控制,换流桥或换流器单元控制处于直流输电系统多层递阶控制结构的最低层，在整个分层中有最快的响应，其作用是确定一个换流桥内阀的触发时刻。,桥控制层的最核心环节是触发脉冲相位控制装置，它接受极控制传递来的触发延迟角信号，将其转换为十二个触发脉冲,(,针对十二脉波换流器,),，并加到可控硅控制极，从而实现整流或逆变过程。,换流器的触发脉冲必须与交流系统电压同步。有两种基本的触发脉冲控制方式：分相控制和等间隔控制早期采用的分相触发脉冲控制会带来谐波和弱交流系统不稳定等大量问题。现代直流系统都采用等间隔触发脉冲控制。,49,按相控制方式原理方框图,50,相位控制电路,51,桥控制（续）,-,等间隔触发脉冲控制,由于,等间隔触发脉冲控制,比较复杂，略去不讲。有兴趣的同学可以参考浙江大学直流教研室编写的,直流输电,相关章节。,52,换流站控制和保护系统的总体结构图,4.7,、,启停和潮流反转控制,启停控制,（,1,）软启动,（,2,）正常停机,（,3,）快速停机,（,4,）旁通对启停,54,潮流反转方框图,潮流反转控制,55,
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