高压直流输电直流控制与保护.ppt

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1、2025/7/11Chap.5 Chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 高压直流输电高压直流输电chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/112课程安排课程安排 第五章第五章 直流控制与保护直流控制与保护5.1 直流控制系统的配置直流控制系统的配置5.2 直流控制原理直流控制原理5.3 直流基本控制及其控制特性直流基本控制及其控制特性5.4 改善直流控制特性的其他控制改善直流控制特性的其他控制chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/113第五章第五章 直流控制与保护直流控制与保护 直流控制保护系统的重要性直流控制保护系统的重要性 直流输电运行性能、保护均极

2、大地依赖于控制系直流输电运行性能、保护均极大地依赖于控制系统。统。直流控制保护系统的基本功能直流控制保护系统的基本功能 起停控制起停控制 直流功率大小及方向控制直流功率大小及方向控制 抑制抑制HVDC不正常运行及对所连交流电网的干扰不正常运行及对所连交流电网的干扰 故障保护故障保护 chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/114第五章第五章 直流控制与保护直流控制与保护 直流控制保护系统的特点直流控制保护系统的特点分层结构分层结构多重化设计多重化设计chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/1155.1 直流控制系统的配置直流控制系统的配置分分层结构构。两端直

3、流。两端直流输电控制系控制系统一般分一般分为6个个层次等次等级双极方式HVDC原理图 高层高层 低层低层 慢慢 快快双级控制级双级控制级极控制级极控制级换流阀控制级换流阀控制级系统控制级系统控制级换流器控制级换流器控制级单独控制级单独控制级可合并可合并可合并可合并chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/1165.2 直流控制原理直流控制原理 HVDC等效等效电路路-1整流器等效电路整流器等效电路逆变器等效电路逆变器等效电路外特性方程：外特性方程：chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/1175.2 直流控制原理直流控制原理 HVDC等效等效电路路-2整流器等

4、效电路整流器等效电路逆变器等效电路逆变器等效电路外特性方程：外特性方程：chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/1185.2 直流控制原理直流控制原理 直流直流电流流其中，其中，理想空载直流电压理想空载直流电压：或或定等效电路，定等效电路chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/1195.2 直流控制原理直流控制原理 直流功率直流功率 意味着可以意味着可以通过改变角度通过改变角度（或或）和和交流电压交流电压（U1）数值）数值来调节来调节直流电流和功率。直流电流和功率。双极方式HVDC原理图,定等效电路，定等效电路chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 20

5、25/7/11105.2 直流控制原理直流控制原理 直流控制手段直流控制手段触触发脉冲相位控制：脉冲相位控制：调节(或或)换流流变分接分接头控制：控制：调节换流流变分接分接头两两类控制手段比控制手段比较 项项 目目触发脉冲相位控制触发脉冲相位控制换流变分接头控制换流变分接头控制调节范围调节范围宽宽窄窄调节速度调节速度快快慢慢调节平稳性调节平稳性平稳平稳不平稳不平稳 结结 论论主要控制手段主要控制手段辅助控制手段辅助控制手段chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11115.3 直流基本控制及其控制特性直流基本控制及其控制特性基本控制基本控制 保保证HVDC正常运行所必需的最低

6、限度的控制。正常运行所必需的最低限度的控制。包含包含定触发角控制定触发角控制定电流控制定电流控制启停控制启停控制换流变分接头控制换流变分接头控制定关断角控制定关断角控制定电压控制定电压控制潮流反转控制潮流反转控制控制配置chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11125.3.1 定触发角控制定触发角控制控制特性方程控制特性方程:特点特点关于关于 的下倾的下倾的直线簇的直线簇 增加，直线增加，直线向下平移向下平移 通常通常o控制特性曲线控制特性曲线定定min控制控制chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11135.3.2 定关断角控制定关断角控制关断角可直接

7、关断角可直接测量，但不可直接控制。量，但不可直接控制。控制特性方程控制特性方程:特点特点关于关于 的下倾的直的下倾的直线簇线簇 增加，直线向增加，直线向下平移下平移 通常通常o控制特性曲线控制特性曲线chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11145.3.3 定电流控制定电流控制 定定电流控制流控制(Current Control)控制特性方程控制特性方程:选Id 为控制控制对象的原因象的原因Pd 的的变化主要由化主要由Id决定决定有效限制故障有效限制故障电流的上升流的上升 两两侧换流站均装流站均装设定定电流控制，因此需要流控制，因此需要协调配合。配合。协调控制1,控制配置c

8、hap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11155.3.3 定电流控制定电流控制配合原配合原则整流站定整流站定电流控制流控制为主主逆逆变站定站定电流控制流控制为辅逆逆变站定站定电流控制目的流控制目的 当当Id下降下降过多多时，协助整助整流站定流站定电流控制，使流控制，使 Id 迅迅速恢复正常速恢复正常值。Idchap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11165.3.3 定电流控制定电流控制基本控制原基本控制原则-电流裕度法流裕度法一直沿用至今，被一直沿用至今，被证明是十分有效的证明是十分有效的控制方法；控制方法；稳态、暂态运行下稳态、暂态运行下都必须保持足够的都

9、必须保持足够的电流裕度电流裕度 Id；规定：规定：控制配置直流基本控制特性直流基本控制特性Id稳态运行工作点稳态运行工作点chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11175.3 直流基本控制及其控制特性直流基本控制及其控制特性两站控制两站控制协调配合方式配合方式1整流站：定整流站：定电流、定流、定min控制控制逆逆变站：定关断角、定站：定关断角、定电流控制流控制HVDC系系统特性：特性：直流基本控制特性直流基本控制特性Id稳态运行工作点稳态运行工作点静态稳定静态稳定换相失败风险低换相失败风险低 弱受端系统弱受端系统时可时可能出现换流母线能出现换流母线电压不稳定电压不稳定cha

10、p.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11185.3 直流基本控制及其控制特性直流基本控制及其控制特性极弱受端系极弱受端系统时可能出可能出现另一种另一种电压不不稳定定“三交点不三交点不稳定定”稳态运行工作点稳态运行工作点其中，其中，lN、B-稳定运行点稳定运行点lA不稳定运行点不稳定运行点两站控制协调配两站控制协调配合方式合方式1的适用性：的适用性：强受端系统强受端系统chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11195.3.4 定电压控制定电压控制定定电压控制控制(Voltage Control)控制特性方程控制特性方程:选Ud为控制控制对象的原因：象的原因：减

11、少逆减少逆变站站发生生电压不不稳定定的几率的几率 配合整流站的定配合整流站的定电流控制，流控制，实现对直流功率的直流功率的控制控制协调控制2,控制配置，三交点不稳定chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11205.3 直流基本控制及其控制特性直流基本控制及其控制特性两站控制两站控制协调配合方式配合方式2整流站：定整流站：定电流、定流、定min控制控制逆逆变站：定站：定电压、定、定电流控制、定关断角流控制、定关断角HVDC系系统特性：特性：静态稳定静态稳定换流母线电压不稳定换流母线电压不稳定风险低风险低轻载时逆变器吸收无轻载时逆变器吸收无功大功大稳态运行工作点稳态运行工作点适

12、用性：适用性：弱受端系统弱受端系统chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11215.3.5 启停控制启停控制分分类正常启正常启动 正常停运正常停运 故障故障紧急停运急停运（故障后的）自（故障后的）自动再启再启动 为减小启停减小启停过程程产生的生的过电压和和过电流，以及流，以及对两两侧系系统的冲的冲击，正常启停按照一定步，正常启停按照一定步骤顺序序进行。行。chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11225.3.5.1 正常启动控制顺序正常启动控制顺序正常启正常启动控制控制类型型先建先建电压，后建，后建电流流先建先建电流，后建流，后建电压chap.5 直流控

13、制与保护直流控制与保护 2025/7/11235.3.5.1 正常启动控制顺序正常启动控制顺序1、正常启、正常启动控制方法控制方法1（先建（先建电压，后建，后建电流）流）的的控制控制顺序序合两合两侧交流断路器，使交流断路器，使换流流变压器和器和换流器流器带电；合两合两侧直流直流线路开关，使直流路开关，使直流线路与路与换流器相流器相连；以以=1800 的角度解的角度解锁逆逆变器，建立直流器，建立直流电压（0.70.8p.u.）；）；以以=1500 的角度解的角度解锁整流器；整流器；同同时减小两减小两侧，建立直流，建立直流电流。流。chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/1124

14、5.3.5.1 正常启动控制顺序正常启动控制顺序2、正常启、正常启动控制方法控制方法2（先建（先建电流，后建流，后建电压又又称称“BPP法法/旁通旁通对对启启动动法法”）的控制）的控制顺序序使两使两侧换流器形成流器形成BPP；合两合两侧交流断路器，使交流断路器，使换流流变压器和器和换流器流器带电；合两合两侧直流直流线路开关，使直流路开关，使直流线路与路与换流器相流器相连；以以=600 700 的角度解的角度解锁整流器；整流器；以以=1100 1200 的角度解的角度解锁逆逆变器；器；同同时减小两减小两侧，建立直流，建立直流电压（0.40.8p.u.）；）；逐逐渐增大增大电流指令，建立直流流指令

15、建立直流电流。流。chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11255.3.5.1 正常启动控制顺序正常启动控制顺序正常启正常启动时间一般一般为几秒几秒 几十分几十分钟受端系受端系统越弱，正常启越弱，正常启动时间越越长双极方式HVDC原理图chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11265.3.5.2 正常停运控制顺序正常停运控制顺序BPP法的主要步法的主要步骤逐逐渐减小减小电流指令，降低直流流指令，降低直流电流；流；使使=1200 1500，延，延时20-40ms后，后，闭锁整流器；整流器；直流直流电流流为零后，零后，闭锁逆逆变器，投入器，投入BPP；断开

16、两断开两侧直流直流线路开关；路开关；断开两断开两侧交流断路器交流断路器正常停运正常停运时间一般一般为几百几百ms受端系受端系统越弱，正常停运越弱，正常停运时间越越长双极方式HVDC原理图，BPP电路chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11275.3.5.3 故障紧急停运控制顺序故障紧急停运控制顺序故障故障紧急停运：交直流系急停运：交直流系统故障中的停运故障中的停运过程。程。目的：抑制直流目的：抑制直流电流，迅速消除故障点流，迅速消除故障点电弧弧控制控制顺序序快速移相：快速移相：=1200 1500（整流器）（整流器）=1100 1200（逆（逆变器）器）直流直流电流流为零

17、后，零后，闭锁整流器，整流器，闭锁逆逆变器，投入器，投入BPP断开两断开两侧直流直流线路开关路开关断开两断开两侧交流断路器交流断路器故障故障紧急停运急停运时间:一般一般为几十几十ms双极方式HVDC原理图，BPP电路chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11285.3.5.4 自动再启动控制顺序自动再启动控制顺序目的目的：直流：直流线路瞬路瞬时故障后，迅速恢复送故障后，迅速恢复送电主要步主要步骤整流器整流器紧急移相急移相经过100-500ms的弧道去游离的弧道去游离时间，按正常启，按正常启动恢复恢复HVDC的运行的运行双极方式HVDC原理图，chap.5 直流控制与保护直流

18、控制与保护 2025/7/11295.3.6 潮流反转控制潮流反转控制每每侧控制系控制系统均具有均具有“三段式三段式组合控制合控制”常用方法常用方法阀不不闭锁方式方式阀闭锁方式方式 组合控制特性组合控制特性chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11305.3.6.1 阀不闭锁方式潮流反转阀不闭锁方式潮流反转实现方法方法1）反置裕度整定）反置裕度整定2）控制系）控制系统自自动调节双极方式HVDC原理图，潮流反转示意图潮流反转示意图新逆变器新逆变器:新新整流整流器器:chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11315.3.6.2 阀闭锁方式潮流反转阀闭锁方式潮

19、流反转实现方法方法:先停运，后启先停运，后启动双极方式HVDC原理图，chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11325.3.7 换流变分接头控制换流变分接头控制目的目的 保持触保持触发角在合适的角度角在合适的角度 保持关断角在合适的角度保持关断角在合适的角度 保保证直流直流电压在期望在期望值 保保证换流流变阀侧空空载电压恒定恒定控制原控制原则：考：考虑数秒延数秒延时 chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11335.4 改善直流控制特性的其他控制改善直流控制特性的其他控制包含：包含：低低压限流（限流（VDCOL）控制）控制 电流裕度平滑流裕度平滑转移控制

20、移控制（Amax 控制）控制）电流裕度流裕度补偿控制（控制（CMR）各种限制各种限制环节：如如min、max、Idmin、Idmax chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11345.4 改善直流控制特性的其他控制改善直流控制特性的其他控制1、低、低压限流限流（VDCOL）目的目的降低晶降低晶闸管在管在连续换相失相失败时所承受的所承受的压力；力；避免交流系避免交流系统故障故障时直流系直流系统的不的不稳定性；定性；有利于交、直流系有利于交、直流系统故障后快故障后快速恢复功率速恢复功率传输；减少恢复减少恢复过程中程中发生生连续换相相失失败的可能性。的可能性。VDCOL静态特性

21、静态特性chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11355.4 改善直流控制特性的其他控制改善直流控制特性的其他控制2、电流裕度平滑流裕度平滑转移（移（Amax 控制）控制）3、电流裕度流裕度补偿控制（控制（CMR）Amax控制控制chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11365.4 改善直流控制特性的其他控制改善直流控制特性的其他控制4、限制、限制环节HVDC静静态稳定工作区定工作区min=30 50minIdmaxIdmin=0.1p.u.chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/11375.4 改善直流控制特性的其他控制改善直流控制特

22、性的其他控制直流工程控制特性直流工程控制特性2025/7/11Chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 结束结束 文文 俊俊华北电力大学电气与电子工程学院 柔性电力技术研究所hbdl_chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/1139双极方式双极方式HVDC原理图原理图双极双桥双极双桥 葛洲坝葛洲坝南南 桥桥209kVIdId500kV500kV500kV198kV220kVchap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/1140交流系统相对强度规定交流系统相对强度规定短路比：短路比：有效短路比：有效短路比：规定规定强系统强系统弱系统弱系统极弱系统极弱系统SCR5353232换流母线短路容量换流母线短路容量额定直流功率额定直流功率换流站无功换流站无功补偿总容量补偿总容量chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/1141某直流工程控制特性某直流工程控制特性chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2025/7/1142BPP启停电路图启停电路图旁旁通通对（By Pass Pair，BPP）