直流輸電技術4

第4章直流輸電系統

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

（不計觸發角、不計換相角）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

（計及觸發角、不計換相角）（5）

特點：增加，則減少5計及觸發延時、計及換相角時單橋的工作原理問題的提出：

ip能否突變？

ip的變化規律？假設短路電流ik

135462ibMNeaLcABCLd+ud

_IdiciaLcLcebecoik6推導換相電流公式KVL：135462ibMNeaLcABCLd+ud

_IdiciaLcLcebecoik-----（6）7推導換相電流公式計及：和線電壓：可得：（7）考慮初始條件：8換相電流計算公式（8）交流系統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換相角計算公式換相結束時：（10）特點：則10換相實質

換相實質：

換相是交流系統短時間的兩相短路。換相是依靠交流電源提供的短路電流進行的。

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：每相電源中性點到橋臂間的等值阻抗HVDC系統11整流電壓平均值（正常工況）空載時整流電壓的平均值（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---表達式2（15）整流電壓平均值---表達式3（16）14直流電壓的特點整流電壓平均值的特點：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

（單橋整流器）

（18）（17）（19）功率因數角：通常17單橋整流器的運行方式工況2-3---正常運行方式工況3---非正常運行方式工況3-4---故障運行方式工況2-3：在600的重復周期中，2個閥和3個閥輪流導通的運行方式。

成立的條件：

同時18工況3工況3：在600的重復周期中，始終只有3個閥輪流導通的運行方式。135462ibMNeaLcABCLd+ud

_IdiciaLcLcebeco

成立的條件：

同時

特點：

出現強制延遲現象

出現的原因：過大19工況3-4工況3-4：在600的重復周期中，3個閥和4個閥輪流導通的運行方式。135462ibMNeaLcABCLd+ud

_IdiciaLcLcebeco

特點：直流短路、交流三相短路

出現的原因：故障性增大

成立的條件：

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

Udr

－+

Udi

－A4MN12563BC21Ud

~

α的關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

整流器逆變器

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

成立的條件：

同時23換相電流計算公式交流系統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逆變運行的充要條件與交流系統相連---有源逆變；與足夠大的直流電源相連；具有使α在90°~180°

范圍內調節的控制能力。eaebecicLcibia+

udi－A4MN12563BCoLcLcIdLdik25名詞解釋

超前角/越前角/觸發越前角（

）：

用電氣角度表示的落后于自然換相點180°處到控制脈沖發出時刻之間的時間。

熄弧角/關斷越前角（）：

用電氣角度表示的熄弧閥上正向電壓為負的時間。（21）

同時適合條件：（20）26正常運行值

熄弧裕度角（）：

考慮足夠裕度的熄弧角。穩態運行數值：27換相失敗逆變器側的熄弧閥在換相結束后重新導通的過程。

原因：γ過小，熄弧閥在換相結束后沒有足夠的時間恢復其正向阻斷能力。

分類：一次換相失敗連續兩次換相失敗對策：控制系統閉鎖，HVDC系統短時停運。

一般，80%的一次換相失敗不會發展為連續兩次換相失敗。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出。

導出原則一：

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計算公式-（單橋逆變器）已知單橋整流器的μ計算公式：故μ計算公式（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計算公式-（單橋逆變器）已知單橋整流器的μ計算公式：故μ計算公式（單橋逆變器，工況2-3）（31）其中，36

計算公式-（單橋逆變器）工況2-3時，不同下的計算公式

和時

和時

和時（34）（32）（33）I電壓波形37計算公式-（單橋逆變器）已知單橋整流器的計算公式：故計算公式（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單橋逆變器的運行方式工況3-4：在600的重復周期中，3個閥和4個閥輪流導通的運行方式。

成立的條件：

同時

特點：直流短路、交流三相短路

出現的原因：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、交流端并聯的一個以上的單橋構成的換流器。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脈動換流單元串聯每極2組12脈動換流單元并聯

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

2.正常運行電流波形：不計α和μ

時，

1.換流變閥側電流，2.換流變網側電流，3.電源側電流

成立的條件：

同時工況4-5：在300的重復周期中，4個閥和5個閥輪流導通的運行方式。雙橋換流器等效電路43工況4-5的特點1.雙橋換流器的正常運行方式2.每個單橋的ud、iv和ip波形與工作在工況2-3時的對應波形一致。

即：（1）工況4-5時，鄰橋的換相與否，不影響本橋的電壓。

（2）工況4-5時，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3.橋間相互影響：

鄰橋的換相使本橋所有未導通閥的電壓產生畸變。

從而影響整流器側接班閥的正常開通，以及逆變器側熄弧閥的可靠關斷。雙橋換流器等效電路45橋間相互影響設V11、V12、V21、V22、V31導通

整流器側接班閥電壓：（37）

逆變器側熄弧閥電壓：（38）交流系統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：（39）結論：1.

2.越大，橋間相互影響越嚴重，未開通閥的波形畸變也越厲害。橋間相互影響的實質：兩橋間共有一個耦合電感雙橋換流器等效電路47雙橋換流器的計算公式-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計算公式-整流器3.雙橋整流器的μ角計算公式（43）（45）4.雙橋整流器的角計算公式交流系統兩相短路電流的幅值（44）50雙橋換流器的計算公式-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計算公式-逆變器3.雙橋逆變器的μ角計算公式（52）交流系統兩相短路電流的幅值（53）或54雙橋換流器的計算公式-逆變器4.雙橋逆變器的角計算公式（54）（55）55工況5工況5：在300的重復周期中，始終只有五個閥閥輪流導通的運行方式。雙橋換流器等效電路

成立的條件：

同時

特點：

1.出現強制延遲現象；

2.只有整流器才能出現。

出現的原因：過大

同時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）結論：可以通過改變角度（）和交流電壓（）數值來調節輸出電流和輸出功率。HVDC系統HVDC等效電路圖（定熄弧角，定超前角）60高壓直流控制系統的目的，是在保持每個極的最大獨立性和不危及設備安全的條件下，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。該控制系統應具有相當高速的控制性能，它能夠對交流系統和直流系統的擾動作出很好的響應。控制系統應使高壓直流系統消耗的無功功率最少。它還應能適應以下情況：1)增加并控制無功功率消耗，必要時還可控制交流電壓；2)頻率控制；3)有功功率調制；4)有功功率和無功功率聯合調制；5)次同步諧振（SSR）的阻尼；6)遠方控制。直流輸電基本控制策略61

保持直流功率、電壓、電流和控制角在穩態值范圍內；限制暫態過電壓和過電流；交直流系統故障后，在規定的響應時間內平穩地恢復送電。直流控制系統的主要作用:直流輸電基本控制策略62HVDC控制手段

觸發脈沖相位控制：調節

換流變分接頭控制：調節換流變分接頭項目觸發脈沖相位控制換流變分接頭控制調節范圍寬窄調節速度快慢調節平穩性平穩不平穩

結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系統正常運行所必需的最低限度的控制。包含：HVDC系統定觸發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控制64定觸發角控制

控制特性方程：

特點：

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

控制特性方程：通常：

特點：

關于的下傾的直線簇。增加，向下平移。o控制特性曲線HVDC系統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的上升。

的變化主要由決定；HVDC系統67定電流控制的配合

兩站均裝定電流控制HVDC系統

逆變站安裝定電流控制的目的：

當下降過多時，協助整流站的定電流控制，使迅速恢復正常值。68HVDC協調控制方式-1

協調控制方式-1整流站：定（直流）電流、定最小觸發角逆變站：定熄弧角、定（直流）電流HVDC協調控制特性曲線

穩態運行工作點69協調控制方式-1的特點

在協調控制方式-1下，HVDC系統的特性：

是靜穩的；逆變器發生換相失敗的風險降低；對于弱受端AC系統，可能導致母線電壓不穩定HVDC系統

協調控制方式-1

相對于HVDC系統而言，AC系統分為：

強（AC）系統：如葛上、天廣、三常、三廣、貴廣等

弱（AC）系統：如舟山、嵊泗70三交點不穩定

對于極弱受端AC系統，可能出現另一種電壓不穩定—“三交點不穩定”現象HVDC協調控制特性曲線

其中，--穩定運行工作點；--不穩定運行工作點。、HVDC系統71協調控制方式-1的適用性HVDC系統

協調控制方式-1整流站：

定（直流）電流控制、定最小觸發角控制逆變站：

定熄弧角控制、定（直流）電流控制協調控制方式-1：

適用性：強受端（AC）系統72定電流控制的配合

兩站均裝定電流控制時的協調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候應該足夠地大于逆變站定電流控制的電流整定值。也即，HVDC系統正常運行的充要條件：

，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，先增，后增；

減小時，先減，后減。HVDC系統

協調控制方式-1

兩側定電流控制的分工：

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

減少逆變站發生“電壓不穩定”的幾率；

配合整流站的定電流控制，實現對直流功率的控制；

HVDC系統

協調控制方式-1

三交點不穩定75HVDC協調控制方式-2

協調控制方式-2整流站：定（直流）電流、定最小觸發角逆變站：定電壓、定熄弧角、定（直流）電流HVDC協調控制特性-2曲線

穩態運行工作點定電壓控制定熄弧角控制76協調控制方式-2的特點

在協調控制方式-2下，HVDC系統的特性：

是靜穩的；逆變器發生“電壓不穩定”的風險降低；正常運行時逆變器吸收的無功功率較大；輕載時逆變器吸收的無功功率很大，無功投資增加。HVDC系統

協調控制方式-2,

適用性：弱受端（AC）系統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逆變側控制器結構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

低壓限流環節的任務是在直流電壓或交流電壓跌落到某個指令值時對直流電流指令進行限制。它的作用主要表現在如下幾個方面：防止在直流系統發生換相失敗等故障時某一換流閥長時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；實現平穩快速的故障后恢復靜態特性見圖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用最為廣泛。定電流控制的控制框圖如圖所示.在整流側，定電流控制器的輸入量是電流整定值TM3與實際電流TM4的偏差，由于這個偏差驅動PI調節器得到的輸出即作為觸發角的相關信號，通常PI調節器的輸出就是直接作為觸發延遲角的指令值83直流輸電基本控制策略定電流控制在逆變側，定電流控制器的整定值比整流側小一個電流裕額，因此在正常情況下，實際電流大于逆變側的電流整定值，使得逆變側的定電流控制總是按照減小直流電流的方向調節，因此角總被調節到其最大限制值，從而在逆變側三個控制器輸出選擇中定電流控制器的輸出總被排除在外。只有當實際直流電流小于逆變側電流整定值時，逆變側的定電流控制器的輸出才可能在三個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

—逆變側定電流控制和定熄弧角控制之間平穩過渡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置了定電壓控制功能模塊，這個控制器的功能是用于降壓運行，但它也有利于正常方式運行，其控制也采用的是PI調節方式。87定電壓控制

884.4.7定功率控制

8990逆變時，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，形成很大短路電流。逆變失敗與最小逆變角的限制當換流器作逆變運行時，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間所對應的角度稱之為熄弧角，又叫關斷角。如果熄弧角太小，以致于晶閘管來不及完全恢復其正向阻斷能力，又重新被加上正向電壓，它就會重新不觸發而導通，于是將發生倒換相的過程，其結果將使應該導通的閥關斷，而應該關斷的閥卻繼續導通，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

絕大多數直流工程的熄弧角定值都在15°～18°的范圍內，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角來間接調節。熄弧角不僅與逆變側觸發角有關，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

工程上實際應用的定熄弧角控制有兩種類型，一種是閉環控制，也稱為實測型控制，另一種是開環控制，也稱為預測型控制。實測型控制根據換流閥的電流過零點信號和換相電壓的過零點信號來確定實測的熄弧角，并與觸發角的參考值進行比較，根據其偏差進行PI調節；預測型控制根據直流系統的實際運行參數（如直流電壓、電流等）計算出要滿足為參考值時所需的觸發角，然后按照此觸發角對逆變側進行觸發控制，其實質是一開環控制。ABB的控制系統多采用開環調節方式。

93直流輸電基本控制策略定熄弧角控制

逆變側直流電壓可以寫為：對于定運行，直流電壓將反比于直流電流的變化，逆變側在低頻下具有負阻抗特性，為了提高系統的穩定性，人為的增加這樣一條曲線：此時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

為了獲取逆變側觸發角，逆變側直流電壓又可表示為：將兩式合并有：95定關斷角控制

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調控制器運行以及提高交直流系統的穩定性有著重要的作用。分接頭控制的目的是保持觸發角、熄弧角、直流電壓運行在指定范圍內，分接頭控制的特點是調節速度比較慢(3～5s調整一步)。98直流輸電基本控制策略當直流電壓和直流電流發生偏移或運行人員改變直流輸送功率以后,由于定電流控制的作用,整流側觸發角將發生很大變化。當過大時,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;而當角太小時,又將縮小可控制的范圍。因此此時通常需要應用切換整流側換流變壓器分接頭來協助控制角,使它接近于正常值15°。對于逆變側，同樣如此，保證熄弧角和直流電壓在正常值范圍內。

分接頭控制99直流輸電基本控制策略當整流側采用定電流控制時，通過調節換流變壓器分接頭的位置，把換流器觸發角維持在指定的范圍（15°±2.5°）；在逆變側，通過調整換流變壓器分接頭位置，把逆變側熄弧角維持在指定的范圍內（18°±2.5°），電壓限制在電壓參考值附近，當觸發角瞬時超過限定范圍時，分接頭不動作，以免分接頭調節頻繁動作。只有當觸發角連續超過限定范圍的時間大于時滯時間時，才允許啟動分接頭調節。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，當逆變側電壓下降或整流側電壓上升時，α變大，功率因數變差；整流側電壓下降時，直流電壓不滿足，調分接頭101變壓器閥側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，實現從最小到額定功率輸出分接頭只在補償交流系統電壓變動時用，不考慮直流電壓輕負荷時熄弧角變大，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現交直流無功功率交換的平衡或者交流母線電壓的穩定。目前大多數直流工程均采用投切電容器或濾波器組的方式進行無功功率控制。投切電容器或濾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，過電壓現象更加明顯，這就決定了最大濾波器組的投切容量。最大濾波器組產生過電壓的計算式：為投切濾波器組的無功補償容量為交流系統的短路容量為投切后并聯于交流母線總的無功補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外，還與投切濾波器組后直流系統的控制策略有關。此外，不同的直流工程其對過電壓的要求也不一樣，需要結合實際的工程進行整定。當無功補償的最大濾波器電容器組確定后，可通過交直流系統的無功功率或換流站交流母線電壓進行濾波器電容器組的投切控制。計算條件如下：無功功率控制策略為預先設定的控制死區，其應大于最大濾波器電容器組的補償容量，從而避免了開關投切動作的頻繁啟動及控制的不穩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定好無功功率及有功功率的關系曲線，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相關的控制功能，一般與直流站控制系統相配合。通過適當的控制，換流站可作為動態無功調節裝置，從而對交流系統電壓穩定起支撐作用力。由于換流站快速聯系的控制調節特點，它可用來控制交直流系統暫態情況下的無功功率交換。 為了進行換流站的無功功率快速動態調節，穩態工作時的熄弧角應大于最小熄弧角。控制角的裕度由閥組應力、無功補償容量裕度以及其它實際工程約束條件來進行合理選擇。直流輸電基本控制策略106在整流側，Pi、Qi方向指向直流換流變壓器；在逆變側，Pj方向指向交流系統，Qj方向指向換流變壓器。這表明，無論有功功率方向如何，交流系統總是向直流系統提供無功功率。考慮整流側和逆變側交流母線處無功補償容量，實際注入到交流電網的無功功率為107直流輸電基本控制策略圖2.2中直線段1、HD為整流側的控制特性。其中HD為恒電流控制的結果，是恒電流段；1表示觸發角不變情況下與的關系為線性關系，是恒觸發角段。1段的方程式為：

控制系統特性曲線圖2.2華中高壓直流控制系統特性曲線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特性曲線109在正常運行狀態下，整流側采用定電流控制，逆變側采用定熄弧角控制，即直流系統運行于A點，通過調節分接頭維持整流側觸發角和逆變側在正常范圍內。如果整流側電壓下降，整流側定電流控制器輸出到換流站的觸發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特性曲線110當觸發角被調節到其下限時，此時整流側被限制在定控制曲線上，即GH曲線。隨著整流側交流電壓的降低，控制曲線GH向下平移，直流系統將運行于B、C各點。C點為整流側定，逆變側定電流控制特性的交點，此時：直流輸電基本控制策略圖2.2華中高壓直流控制系統特性曲線111如果逆變側交流電壓下降而整流側交流電壓保持正常時，運行點移動到D點，它是整流側定電流控制特性與逆變側定熄弧角下移控制特性的交點。直流輸電基本控制策略圖2.2華中高壓直流控制系統特性曲線1122和3兩條平行的曲線為逆變側電壓控制曲線，電壓控制曲線主要用于降壓方式，其也有利于正常運行方式。因為在正常運行方式下，電壓控制器的參考值為正常電壓的1.25p.u,當交流系統過電壓時，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曲線為正常運行曲線，3曲線為降壓運行曲線。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節系統模型框圖；其工作流程如下：（1）獲取直流系統整流側的電壓值，其經過一階慣性環節后進入低壓限流環節（VDCOL），經VDCOL輸出的電流值作為整流和逆變的控制系統的電流整定值，與實際的直流電流比較，差值進入兩側換流器的控制系統。（2）整流和逆變兩側都裝有定電流控制器和定電壓控制器。整流側在正常運行方式下，由于比實際的大，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；而觸發延遲角的輸出按照選擇的，因此在正常工作狀態下，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，逆變側工作模式應被選中為定熄弧角控制方式。同時通過式：（3）逆變側觸發延遲角由下式決定：

計算出，然后與比較，若，輸出觸發延遲角傳遞到逆變側換流器方程；若，則認為發生換相失敗，進入換相失敗再啟動環節。直流輸電基本控制策略116（4）若由于整流側電壓降低或逆變側電壓升高造成Id實際值過小，整流側過小，定電流控制器輸出達到其限值，此時整流側定電流控制器將不能繼續維持，造成Id減少。與此同時，若Id減少到使逆變側<0

;則逆變側通過輸出角選擇將選中定電流控制器的輸出角作為觸發延遲角輸出。這種方式就是整流側運行于最小觸發角，逆變側運行于定電流的調節方式。直流輸電基本控制策略117118直流輸電仿真從圖中可以發現，系統在正常穩態運行下，直流電壓、直流電流和傳輸功率均為額定值且無波動。整流側觸發角（alpha）曲線與定電流控制器輸出角alphaI=0.2618（約15°）曲線重合，可知整流側運行于定電流控制，定電壓控制器輸出角alphaV=0.08727，約5°，此角度為整流側觸發角的下限。由于在逆變側，定電流和定電壓控制器輸出角曲線重合，其為逆變側觸發角輸出上限，可知逆變側觸發角Alpha與逆變側定熄弧角控制器的輸出角曲線重合，逆變側運行于定熄弧角控制的運行方式；且整流和逆變觸發角值未發生變化，整流側和逆變側交流母線電壓也保持平穩。119降壓運行在t=0秒設置逆變側直流電壓參考值＝0.8，使得系統降壓運行；t=16秒時，調整到1.0。直流輸電仿真120121122降壓運行時，直流電流基本保持定值，直流電壓及時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；降壓運行時，整流側觸發角接近0.6（約30°），在t=3秒時，整流側和逆變側的分接頭以及無功補償向上調節一步，整流側觸發角有下降趨勢，由于降壓運行持續時間較長，而流入到交流系統的無功量較多，因此整流側和逆變側無功補償裝置每隔三秒動作一次，來降低流入交流系統的無功功率量。降壓運行結束后，整流側和逆變側觸發角迅速恢復到穩定值。兩側交流系統電壓有波動，但波動幅度不是很大，波動在穩定范圍以內。1234.2直流輸電系統的分層控制1.主控制級接收調度中心直流功率輸送指令，計算后發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，關斷角控制，直流電壓控制，交流電壓控制），計算后發觸發角給閥控制級3.閥組控制級觸發脈沖發生器同時考慮阻尼系統振蕩的需求1241251264.3主控制級功能

4.3.1功率調制和快速功率變化控制1274.3.2直流電流指令計算模塊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計來運行的。定功率方式在隔絕兩側交流系統的相互影響方面有一定的優越性。但定功率運行也同時犧牲了兩側交流系統在發生事故時的相互緊急支援的能力。在國外的HVDC工程中，利用直流功率調制對兩側交流系統進行輔助頻率控制(AFC)已成為一種趨勢。歐洲及美國運行經驗表明，在HVDC線路安裝輔助頻率控制器在經濟性上具有以下優點:①利用HVDC的快速調節能力有助于防止系統頻率崩潰的發生，減少低頻減載帶來的國民經濟損失；②有利于全網的水、火電共同參與頻率調節，充分利用了各個區域網絡中的水電調頻容量。133直流功率調制是AFC的基礎。考慮HVDC作為兩交流系統之間的聯絡線這種最普遍的接線方式，加裝直流功率調制后的HVDC系統結構可用圖表示為綜合兩側控制器發出的調制指令后最終向主控站發出的調制電流指令;134直流功率調制的功能主要由其反饋的交直流狀態變量決定，選擇合適的狀態變量可以實現輔助頻率控制、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直流換流站分別設計了一個帶死區的PI調節器。兩站的輔助頻率控制器的傳遞函數方程為:135為整流側輔助控制器響應電網頻率變化后發出的調制指令為綜合兩側控制器發出的調制指令后最終向主控站發出的調制電流指令;和為整流側和逆變側輔助頻率控制器的調節死區。136仿真分析在1秒時整流站的交流母線附近發生三相短路故障，故障持續時間為0.1秒137從圖中可以看到，當換流站母線處發生三相短路故障時，換流站附近即格燃電站的發電機功角在無輔助頻率控制的作用下擺動較大；當輔助頻率控制起作用時，格燃電站的功角的整體擺動幅度得到抑制，且有較強的阻尼特性，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；當故障切除后，換流站母線頻率逐步趨于穩定范圍，直流傳輸功率跟隨頻率的變化，在故障發生4秒鐘后，直流輸送功率恢復到計劃的傳輸功率量，達到了穩定兩側頻率的目的。

140CIGRE直流輸電標準測試系統1411424.6整流器、逆變器協調控制143\1441.協調控制145潮流反轉/翻轉/功率反向每側控制系統均具有“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實現方法：潮流反轉示意圖

1）反置裕度整定新逆變器新整流器

2）控制系統自動調節HVDC系統

閥不閉鎖潮流反轉前后比較圖147閥閉鎖方式潮流反轉實現方法：先停運，后啟動1482.潮流反轉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控制直流電流設定值，到目標值，150-300ms4.停止——整體，部分慢慢將β增大到90o，減小直流電流值設定值，到最小，所有換流器的旁通對得到觸發信號，延時后停止觸發信號，時間數百ms；故障時，兩側都轉為逆變方式，將能量送交流系統。5.待機——交、直流側開關均合上，只要換流器得到觸發脈沖，就可以啟動6.再啟動——對應交流系統的重合閘150啟停控制分類：

正常啟動正常停運故障緊急停運

（故障后的）自動再啟動

為減小啟停過程產生的過電壓和過電流，以及對兩側AC系統的沖擊，正常啟停按照一定步驟順序進行。HVDC系統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）：同一相上的兩個橋臂HVDC系統152BPP法正常啟動控制步驟HVDC系統

BPP啟停電路圖

BPP法的主要步驟：使兩側換流器形成BPP；合兩側AC斷路器，使換流變壓器和換流器帶電；合兩側DC線路開關，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

BPP啟停電路圖合兩側AC斷路器，使換流變壓器和換流器帶電；合兩側DC線路開關，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；同時減小兩側，建立直流電流。154正常啟動控制正常啟動時間:一般為幾s幾十min受端AC系統越弱，正常啟動時間越長HVDC系統155正常停運控制步驟HVDC系統

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20-40ms后，閉鎖整流器；后，閉鎖逆變器，投入BPP；斷開兩側DC線路開關；斷開兩側AC斷路器正常停運時間:一般為幾百ms受端AC系統越弱，正常停運時間越長156故障緊急停運控制HVDC系統

BPP啟停電路圖

故障緊急停運的控制步驟：故障緊急停運：HVDC系統故障中的