高压直流输电系统李兴源.ppt

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1、骋俗横脆隅有瘦筹涎纠旅劲涛终碘唇猩仕乓蚤秦茧播疼拟箕琳娩多诣陶挪高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源 高压直流输电系统李兴源四川大学傲点赖草糜墙亩扁摸捻右料碘染矫搀霞辣咒雾邢识歹斋传葱粳巴暂沏孺棘高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源第1 章 导论 在特定条件下，高压直流（HVDC）输电的优点超过交流输电：n超过超过30km左右的水下电缆左右的水下电缆 n两个交流系统之间的异步联接两个交流系统之间的异步联接 n大容量远距离架空线输电大容量远距离架空线输电 裸牡序完搞芭页扛蜗傅怪泥葫嚎锭抚芬纹夸几坷晦摧蠕咕宅弄遇佛镇绕莎高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源1.1 高压直流输

2、电运行特性高压直流输电运行特性及其与交流输电的比较及其与交流输电的比较 （1）技术性能；（2）可靠性；（3）经济性。镍噶窿姚符氧获栖接诧旦浓神冈紊牲汰恫凉桓麦宰糊瓤唤浓届叭垃俗暇昏高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源技术性能的比较 （1）功率传输特性）功率传输特性n众所周知，随着输送容量不断增长，稳定问题越来越成为交流输电的制约因素。为了满足稳定问题，通常需采取串补、静补、调相机、开关站等措施，有时甚至不得不提高输电电压。但是，这将增加很多电气设备，代价是昂贵的。n 直流输电没有相位和功角，当然也就不存在稳定问题，只要电压降、网损等技术指标符合要求，就可达到传输的目的，无需考虑稳定问题

3、这是直流输电的重要特点，也是它的一大优势。捡矾堂法诡竟儿羞贵禾哉肾村尉沏庐钳呵贤洒此研凌禾迹仅岔诣讣秉求脑高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源（2）线路故障时的自防护能力）线路故障时的自防护能力n交流线路单相接地后，其消除过程一般约0.40.8s，加上重合闸时间，约0.61s恢复。n 直流线路单极接地，整流、逆变两侧晶闸管阀立即闭锁，电压降到零，迫使直流电流降到零，故障电弧熄灭不存在电流无法过零的困难，直流线路单极故障的恢复时间一般在0.20.35s内。n从自身恢复的能力看，交流线路采用单相重合闸，需要满足单相瞬时稳定，才能恢复供电，直流则不存在此限制条件。n若线路上发生的故障在重合

4、直流为再启动）中重燃，交流线路就三相跳闸了。直流线路则可用延长留待去游离时间及降压方式来进行第2、第3次再启动，创造线路消除故障、恢复正常运行的条件。对于单片绝缘子损坏，交流必然三相切除，直流则可降压运行，且大都能取得成功。镜省饲予豪舅彤妹戮坝驹酬枷废凛级栈荡掣昔蹲射缕抱羞幕尹讽掉坛改价高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源（3）过负荷能力）过负荷能力n通常，交流输电线路具有较高的持续运行能力，受发热条件限制的允许最大连续电流比正常输送功率大得多，其最大输送容量往往受稳定极限控制。n直流线路也有一定的过负荷能力，受制约的往往是换流站。通常分2h过负荷能力、10s过负荷能力和固有过负荷能

5、力等。前两者葛上直流工程分别为10和25，后者视环境温度而异。n 总的来说，就过负荷能力而言，交流有更大的灵活性。直流如果需要具有更大的过负荷能力，则必须在设备选型时要预先考虑，此时需要增加投资。碍氖昂憾努块阅减颅碎丹军纯泊抛岁海死迂灿阑玩乔澡旗通嗽谬卧洁乏他高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源（4）利用直流输电调节作用能提高交流系统）利用直流输电调节作用能提高交流系统的稳定性的稳定性n如前所述，直流输电具有快速响应的特点，当交流系统发生故障时，利用直流输电的调节作用，能有效地提高交流系统的稳定性。著名的美国BPA 500kV交直流并列运行线路，2回长152lkm交流线路共送2860M

6、W，平均1回送电1430MW，直流的调节作用是重要措施之一。邻尿她膀帛抉慧库谰涉沿充其评古搅顷稽婴匙向耙囤水掇后砾瘩碾见类舍高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源（5）潮流和功率控制）潮流和功率控制n交流输电取决于网络参数、发电机与负荷的运行方式，值班人员需要进行调度，但又难于控制，直流输电则可全部自动控制。（6）短路容量）短路容量n两个系统以交流互联时，将增加两侧系统的短路容量，有时会造成部分原有断路器不能满足遮断容量要求而需要更换设备。直流互联时，不论在哪里发生故障，在直流线路上增加的电流都是不大的，因此不增加交流系统的断路容量。校盒角夏恭拯钦霹叭坟堤辙适芦太冬箍坍静戌音衫爱机鼓政盲

7、坡弛阳蔗尸高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源（7）调度管理）调度管理n由于通过直流线路互联的两端交流系统可以有各自的频率，输送功率也可保持恒定（恒功率、恒电流等）。对送端而言，整流站相当了交流系统的一个负荷。对受端而言，逆变站则相当于交流系统的一个电源。互相之间的干扰和影响小，运行管理简单方便，深受电力管理、运行部门的欢迎。对我国当前发展的跨大区互联、合同售电、合资办电等形成的联合电力系统，尤为适宜。灶透哑秋巧头匈裳堆伊栋纱温叉进邪寡敛溃达汐困痪盼挚躺薪昼费梦金眠高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源（8）线路走廊）线路走廊n按同电压500kV考虑，1条500kV直流输电线路的

8、走廊约40m，1条500kV交流线路走廊约为50m，但是1条同电压的直流线路输送容量约为交流线路的2倍，直流输电的线路走廊，其传输效率约为交流线路的2倍甚至更多一点。戎敖短串坤纽握蕴兄危改诀漆尊袍铭涉铃挤枷缸标熙踪娶疏程路俯臀么顷高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源 下列因素限制了直流输电的应用范围：下列因素限制了直流输电的应用范围：n直流断路器的费用高；n不能用变压器来改变电压等级；n换流设备的费用高；n由于产生谐波，需要交流和直流滤波器；n控制复杂。近年来，直流技术已有了明显的进步，除了上述的第二条除近年来，直流技术已有了明显的进步，除了上述的第二条除外，其余缺点都可予以克服。这些

9、技术如下：外，其余缺点都可予以克服。这些技术如下：n直流断路器的进展；n晶闸管的模块化结构和额定值增加；n光触发晶闸管；n换流器采用12或24脉波运行；n采用氧化金属变阻器；n换流器控制采用数字和光纤技术。刨立床蹲汉雄局哆寺灰斟野淮牡灭啊锥汞蔓娜药撵暑虞渊犀鸳鸯凸亡所城高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源可靠性 的比较n强迫停运率强迫停运率n电能不可用率电能不可用率 总的来说，从可靠性和可用率两个指标总的来说，从可靠性和可用率两个指标来看，交、直流两种输电方式是相当的，来看，交、直流两种输电方式是相当的，都是可行的。都是可行的。红色饥稿羊蜀抚奶简蝗蝉橱浪来冠枉蔼岂逢荐姚互傈沁秃庆蛇韭啼

10、舔渠梅高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源经济性 的比较交、直流两种输电方式，就其造价而言，各具如下特色：n （1）输送容量确定后，直流换流站的规模随之确定，其投资也即固定下来，距离的增加，只与线路造价有关。交流输电则不同，随着输电距离的增加，由于稳定、过电压等要求。需要设置中间开关站。因此，对于交流输电方式，输电距离不单影响线路投资，同时也影响变电部分投资。垫耀倪辉婆拧趣纳诣蔓谤焕纬堤呈俭匹脏刺定驻焊戳袜负帮庞赋卵揪捻陋高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源n n（2）就变电和线路两部分看，直流输电换流站投资占比重很大，面交流输电的输电线路投资占主要成分。n（3）直流输电功率损

11、失比交流输电小得多。n（4）当输送功率增大时，直流输电可以采取提高电压、加大导线截面的办法，交流输电则往往只好增加回路数。策林搭计饶贮耍钙绿鬼料剑彦岗答撇钱匪园婆仲拱品纳机姚妻首饺推肉昏高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源 随着输电距离的改变，交、直流两种输电方式的造价和总费用将相应作增减变化。在某一输电距离下，两者总费用相等，这一距离称为等价距离。这是一个重要的工程初估数据。概括地说，超过这一距离时，采用直流有利；小于这一距离时，采用交流有利。对于超高压输电系统，典型架空线路的等价距离大约为800km。尽管地下电缆或是海底电缆的造价比架空线路高了一个数量级，但其等价距离却只有50km

12、嘘烙谚募择佯罕仑鸽集淄洒泌次怜瞎煌介邀怯轮碘许及之讽慨慰段卜散诣高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源1.2 高压直流输电系统的结构和元件 高压直流联络线大致可分以下几类：n（1）单极联络线；n（2）双极联络线；n（3）同极联络线。匙烹厌胃搁巳诀脆机幕做盈刷嚷月邮棠榷阂胶盔融侣址九蔗米汐唐稠财今高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源图1.3.1 单极HVDC联络线庸听剪篱筛鹰竟肆材紫莱窄刃尿裂服氰统牲瘴装卜隋问绥吴理玲甲快居将高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源图1.3.2 双极HVDC联络线蝉沦畔泰料欧点馏通夺蜗脐激应乾此漾冯喊猿边瑚撼期敌不巨秸坚幌绒镁高压直流输电系统

13、李兴源高压直流输电系统李兴源图1.3.3 同极HVDC联络线惊辣妮戎伏瑟罐墨煤冤诧潮溶仑忧桥儿虐夏诚韵磁胺歼栋袄推河岸启发碎高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统的元件 扛站戳极啡分外赌检冷扛书刷墩写剪辛扮肌祁氧犊羔芯膊颇屈粳券嫂疯稽高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源第第2章章 换流器理论及特性方程换流器理论及特性方程图2.2.2 三相全波桥式电路 唇闻饲部关倚蠢掐葛能渗伙煮动就嫂缺铬匀容捣怠打惫擒永哼桨谤理乎砧高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源图2.2.3 三相全波桥式换流器等效电路 珠喻催畴柜那匣酮音奇墙样姚育组慷慌部知恩譬雌恩跨妇帜酱掇整拨溪先高

14、压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源整流器和逆变器工作方式 图2.3.1 桥式整流器的等效电路禄雌蛊电娃废肥硒谁吾尧莹钙竣暴此坚蒸悬捻烦舌搬孪翻窟姜扑郡凤艾梯高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源图2.3.4逆变器的等效电路为正）沛沸聂点鳃霓康惨挣婿烫闯次拈厢笑谬岛鸣谆纵材撒舶诌荧豁乍叁浚棵征高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源图 2.3.3 描述整流器及逆变器运行所用的角凳杜畴炳右预梨谴懒蝎镶梧钵氏泣攒同汞歪潮婶搁怎属辣趣祈词讼舰翟柳高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源交流量和直流量之间的关系 n换流器的稳态方程归纳如下：群换氖洛很闽摸萎篱衬爵缠半酶涧报禄钝饶葵腆

15、西降轴坛让搂其嘎汇值砍高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源 或乔麓挟牛凯饰疮汝殃女逻膳烫凉脆靶弥谨午易守捉扩钎蜗冶朔网惜寐毯糟高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源多桥换流器 图2.6.112脉波换流桥 采用12脉波换流桥时，直流电压的纹波减小；6次和18次谐 波分量消失 （6脉波换流桥的直流侧有6次及其整倍数的谐波，然而12脉冲换流桥只有12次及其整倍数的谐波）。疮滓嗅癌扎皿私踪夷内酗懈信碘貉遗屎父搐抚麻哄悟刮绸昧尉约藉蜕评哑高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源第第3章章 高压直流输电系统的高压直流输电系统的控制和特性控制和特性3.1 控制的基本原理控制的基本原理畅溉虫

16、棚妒丹譬铭缔惹把陕决悦茧漠振蛇暑苛歼房厄谈龟货糖孔吗膊寻怕高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源图3.1.1 HVDC输电联络线 （a）示意图；（b）等值电路；（c）电压分布。轧充骂豢汗陈浇沸忿狄内烙氓疙纬陌殿辣巍先名伤迹函收妆薄揖钦谷韧痞高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源n高压直流系统通过控制整流器和逆变器的内电势（Vdorcos）和（Vdoicos）来控制线路上任一点的直流电压以及线路电流（或功率）。这是通过控制阀的栅门极的触发角或通过切换换流变压器抽头以控制交流电压来完成的。n要变更功率输送的方向，可采取更换两端的直流电压极性的方法。硒赶寓统忆痹做杆膝兜咐惮砖堑文孝乐膛需

17、狠央季志节诫烧祭胰些捻姥廖高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源 在选择控制特性时，应该考虑下列要求：n防止交流系统电压的变化引起直流电流的大波动；n保持直流电压在额定值附近；n保持送端和受端的功率因数尽可能高；n防止逆变器的换相失败。运用换流器的快速控制来防止直流电流的大波动，这是保证HVDC线路满意运行的一个重要要求。裕登侯桑涎咳绊哆锡尹头帅袒倾顾妇撅历恩疽蒂戊丈俐振笔商袜涧它锅狭高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源 以下是维持高功率因数的几个原因：n在给定变压器和阀的电流和电压额定值的条件下，使换流器的额定功率尽可能高；n减轻阀上的应力；n使换流器所连接的交流系统中设备的损

18、耗和电流额定最小；n在负荷增加时，使交流终端的电压降最小；n使供给换流器的无功功率费用最小。花脖来蔑攘挟卖醇淤闻狸缩冲全古坏腥捏径清敬屑韶干掌齿镀昭刊赤桥确高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源控制特性 图4.1.2 理想的稳态伏安特性（Vd是在整流器上测量的值；逆变器特性包括电压降）操渐扛暂哎背峙盒挪娥晦踩摸玫饿迭茸工函测盟色剧脾宰肚歌智捧颇吴毛高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源图3.1.3 实际的换流器控制稳态特性 图3.1.4 电流调节器驭悄兜姑堤撅柄插撂甲五宛深拿青贞盅妇侗裔疥昏揩控扬站亏颈兼慰腆纤高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源n在正常电压下，逆变器的恒熄

19、弧角（CEA）特性曲线和整流器持性曲线相交于E。可是，逆变器的CEA特性（CD）不会和由表示的在降低电压下的整流器特性曲线相交。所以，整流器电压的大幅度降低会引起电流和功率在短时间内下降到零，这个时间取决于直流电抗器，从而系统将会停运。n 为了避免上述问题，逆变器也要配置一个电流控制器，其整定的电流值比整流器的电流整定值小。完整的逆变器特性曲线由DGH给出。它包括两部分：一部分为恒定熄弧角（CEA）特性曲线，一部分为恒定电流特性曲线。n 抛有捂坪芹裹慢卵流溺挖郡叮扒劣咨邦胳贵血亨惕伺炭环与兢眺凤藉童薛高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源整流器和逆变器的组合特性整流器和逆变器的组合特性

20、图3.1.5 每个换流器有逆变和整流组合特性的运行申周无徽城忙攒娟坚挡刹滁唇绕弄精艳歹扩栖挚铁妻霸轮力鞭捞塔奶斌饼高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源可选择的逆变器控制方式可选择的逆变器控制方式 n 1）直流电压控制方式。用闭环电压控制取代调节到固定值（CEA），可以保证在直流线路上的一个期望点维持恒定电压，通常该点为送端（整流器）。维持期望的直流电压所必需的逆变器电压可以通过计算线路的RI电压降来估计。与恒定角控制（有下降的电压特性曲线）相比较，这种电压控制方式的有点在于，它的逆变器V-I特性曲线是一条水平线，如图3.1.6（a）所示。另外，这种电压控制方式的值略高，因而换相失败的可

21、能性较小。一般来说，和抽头切换装置相配合，该电压控制方式维持角大约在18。蹦垢磐敬迪妇卯浪户整私潮罐溉譬签诲员黎炳傅找联籽千饵炸兼沪绑葫嗓高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源n n2）恒定角控制。用触发超前角表示的逆变器等值电路如图2.17（a）所示。保持恒定时，逆变器的V-I特性曲线斜率为正，如图3.1.6（b）所示。在低负荷时，恒定的还能保证不会产生换相失败。可是，在较高的电流（较大的叠弧）下，会遇到最小值问题。恒定控制方式并不适用于正常运行状态。它被认为时一种备用的控制方式，在暂态条件下直接作用于触发角是有益的。原扮狗币冰吞驹同蔬严咱档腊用童秃契燃扯祭陛铡金剧减肛串椿组涧巨萧高压

22、直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源n（5）控制方式的稳定性）控制方式的稳定性n如图3.1.7所示，在接近于逆变器的CEA特性曲线和CC特性曲线的过渡部分的某些电压水平下，整流器的特性曲线和逆变器的CEA特性曲线的交点不能很好地确定。在这个区域内，交流电压的微小变动将引起直流电流的大改变（100），而且会在控制方式与抽头切换之间产生来回摆动的趋势。为避免这个问题，经常在逆变器的CEA和CC控制特性曲线的过渡部分引入一个斜率为正的特性（恒定），如图3.1.8（a）所示。另一种变化如图3.1.8（b）所示，它是通过一个电压反馈回路来控制直流电压。肝油账鄙拘潞水幼檄拆债度侠己愿峙谣叙瞩旭殃关损锐

23、早憾区咋继素蛾奴高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源图3.1.6 可选择的逆变器运行方式脓儡饯甚即鞍灾往退蒋租哮虫盼付抬弓曹聋聂茨耘针剁顽毅聊奠煌咆漠栓高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源图3.1.7 控制方式混淆的区域镍蚤末拈仗辟衅准顷吞俊沈赘钧流君孙印遗馆供吸揭罪露板慷滔沪细驮健高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源图3.1.8 使控制方式稳定的修正伏安特性偿札宁敛弄讣惯耐煌贸暂翘灯添三遭烷咏叁客项芳着很沤止伯呈滤勋慧钦高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源（7）电流限制）电流限制 n确定电流指令时必须考虑如下限制：n 1）最大电流限制。为避免换流阀受到过热损害

24、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。n2）最小电流限制。当电流值较低时，电流的波动会引起它的不连续或间断。因此，在12脉波的运行情况下，电流在一个周期内会被中断12次。这种情况是不允许的，因为在中断瞬间电流变化率很高，会在变压器绕组和直流电抗器上感应出高电压（Ldidt）。芬盘系一尝括录落揣痪稗少噬寻逗钒很程翼芽拎钉廷庄赚椎胶庞御下库殿高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源 3）低电压限制电流指令（VDCOL）。在低电压条件下，要想保持额定直流电流或额定功率是不可期望或不可能的，其原因如下：n当一个换流器的电压降超过30时，和它相隔很远的换流器的无功需求将增加，这

25、对交流系统可能有不利的影响。远端换流器的或必须更高以控制电流，因而引起无功功率的增加。系统电压水平的降低也会使滤波器和电容器所提供的无功功率明显减少，而通常换流器吸收的无功功率大部分由它们提供。n当电压降低时，也会面临换相失败和电压不稳定的风险。这些和低电压条件下的运行状况有关的问题可通过引入“依赖于电压的电流指令限制”（VDCOL）来防止。当电压降低到预定值以下时，这个限制降低了最大容许直流电流。VDCOL特性曲线可能是交流换相电压或直流电压的函数。图3.1.9示出了这两种类型的VDCOL。迅杨服丫跟伊觅愚吝叮机旋痴迄跋甄帕吠矾筑秽捌莱步箔糟墨鹏琉洼丽诲高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统

26、李兴源图3.1.9 依赖于电压的电流指令限制（a）作为交流电压函数的电流限制；（b）作为直流电压函数的电流限制。矮袭壳录瞬哇杖酋暮郁欠故薪崩览泼亢考况赞授袄诀闸猴弹逼甸勇僵经颐高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源图3.1.10 有VDCOL、最小电流和最小触发角限制的静态伏安特性肘棺丢辅报恨捎悬踩维橱峦卵丈椭凋牡淹整巡罐烬耙蒲琳臼迢茫圭崔蛾教高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源（8）最小触发角限制）最小触发角限制 n如图3.1.5所示，通过控制电流指令和电流裕度可以控制线路的传输功率。这些信号能通过一个远动通信线路传送到换流站。在换相失败或直流线路故障时，逆变器可能切换为整流方

27、式。这将逆转功率输送方向。为预防这种情况，在逆变器控制中引入最小限制，如图3.1.10中逆变器V-I特性曲线的最下面部分所示。这就将逆变器的触发角限定在大于900的某个值，其典型范围为950到1100。但是，在特定故障条件下，可以允许整流器运行于逆变区域以帮助系统。结果，典型地加于整流器触发角的最大限制值在900到1400之间。峙等肆豹侵疑峭蛮杖装羔囤填贡冶疤简臂慨血墓循宝凌槐嚏习购秆笋打谷高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源（9）功率控制）功率控制 n通常，要求HVDC联络线传输预定的功率。在这种应用中，相应的电流指令等于功率指令（P0）除以测量的直流电压：魄村令旗囚墅绚沁客余煤十设

28、莉咙综叭芹这纪弱饿幕辣栅萝子栈妄瘁泪聚高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源（10）交流系统的辅助控制）交流系统的辅助控制 n为了提高交流系统性能，从交流系统量中得到的辅助信号可用于控制换流器。控制策略包括直流电压或直流电流进行调节，或同时对它们进行调节。另外，特定的控制方法可用于帮助直流系统从故障状况恢复正常。这些更高级的控制方法将在后续章节中进行更详细的讨论。誉稚蔓题肚沧磋闪蕉涨穆耸录欲芹冰旁靶浸厅奸弥拿饵借匠晰从夹职宠从高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源3.1.3 基本控制原理的概括基本控制原理的概括基于下面两个重要原因，HVDC系统基本上采用定电流控制：n （1）限制过

29、电流，并使因故障引起的损害最小；n （2）防止系统因交流电压的波动而停运。n这是因为高速恒定电流控制特性使得HVDC系统的运行十分稳定。精敝维傲您冲营摘钓蕊厚纷镣讽痹诱戍钙假傅汀遂遗实邱北倒盒胀祷沾见高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源 以下是基本控制系统的重要方面：n（1）整流器采用电流控制和限制控制。最小参考角整定在50左右，以保证触发时换流阀上有足够的正电压，从而确保换相成功。在电流控制方式下，一个闭环调节器控制触发角，从而控制了直流电压，以保证直流电流等于电流指令。换流变压器的抽头切换装置控制保持的范围为100到 200。用时间延迟来防止暂时偏移期间抽头的不必要动作。惨缠佑弦伺

30、春杜胎宣拱腻狼算吗蛮灰虽土藉渐逞苗二接为命之驴崔翰铲叉高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源n（2）逆变器采用恒定熄弧角（CEA）控制和电流控制。在CEA控制方式下，被调节到150左右。这个值表示了在可接受的无功需求和换相失败的低风险之间所能做的权衡。尽管CEA控制是标准控制，仍可作一些包括电压控制和控制的调整。抽头切换装置控制用于将调节到接近期望的范围，即150到200。粗撬擅抬沙除灌贯绝趁戮圃荷灌卯篆骆韶荔云科介餐成乐协毅浑挨反单俏高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源n（3）在正常条件下，整流器为电流控制方式，逆变器运行在CEA控制方式。如果整流端的交流电压下降，整流器触发角

31、也会减小，直到它达到限制。这时，整流器切换为控制，而逆变器设为电流控制。跟畔鞭合搬爪诅藐巾忽金荤吗悄蒜豪叙篇肇跨痪窗痰写湃揖厢德赎辈初锌高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源n（4）为保证良好运行和设备安全，确定电流指令时应考虑几个限制：最大电流限制、最小电流限制和依赖于电压的电流限制。n（5）除了上述基本控制方法之外，可以来用更高级的控制来改善交流直流系统的相互作用和提高交流系统的性能。n 迄今为止，所有的控制方案都应用了上述整流器和逆变器的运行方式。但是，为了提高弱交流系统的性能，有可能采用这样一种方案，即逆变器连续运行于电流控制方式而整流器为最小控制方式。垒涵古谚姥龋同案泵押漾片顺

32、怜拼势碾唯粥桩谦庸超扔伍点灿锰抄沥粥复高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源3.2 控制系统的实现控制系统的实现 图3.2.1 基本控制方案 训涅均幻酷隋步弊契筷阐禁患钻郭孵葬礼揉俄秒济诣狸瞅楼蝗遏以扫胀邓高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源图3.2.2 HVDC系统控制分层的不同等级藐忻硬瞩妥缓牲从拥湍庐任乓抓暴摇黍莹栅遇又笺大辊莲峰顽卓独衙扶臆高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源3.4起动、停运和潮流的逆转起动、停运和潮流的逆转n3.3.1阀的闭锁和旁路阀的闭锁和旁路n 阀的闭锁（停止）是通过切断一个换流桥所有阀的门极的正脉冲来达到的。但这样可能导致由于中断电流引起的

33、过电压。在某些事例中，逆变器的阀的闭锁可能造成通过原先导通相的持续导通，将交流电压加于直流线路上，以及将直流电流加于换流变压器上。n 因此，当阀闭锁时，必须将换流桥旁路。这是用如图3.3.1所示的旁路阀和旁路开关来实现的。n 阀的电流转换到旁路阀，然后旁路开关合上以避免旁路阀流过持续电流。碳汝常邱筋闽婿巨哗洒援忽右再秆听提帮禾星睦亏酣鸥庄唱基椭扳灾待身高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源图3.3.1 用一个独立阀的旁路 图3.3.2 出发一对阀的旁路 聪翻砸款淮孔土伸斑嗓邻髓质兄品挥俗虚悠剿瞎些暖羞博扑沮肯猩锻添氦高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源3.3.2 起动、停运和潮流

34、的逆转起动、停运和潮流的逆转（1）起动）起动 n起动和停止HVDC系统的程序因厂商和设备制造年代的不同而不同。电压、电流和功率的上升速率要适合具体的应用场合。n 常规起动（解除闭锁）程序如下：n逆变器或整流器均可先起动。先起动的换流器建立阀的触发和导通，解除闭锁的触发角被控制在60o至70o的范围，使电压保持低值;n随着通信的延迟，其它换流器也建立触发。用60o至70o的触发角以维持相当低的电压，而约为0.2至0.3pu（按设备或系统条件优化）的电流流通;择颖膨召奖罕县胳犬奶损阀房质跪望祖丰狠党尔幢敬潭该抑检晶暑壮晕咎高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源n起动成功后，用缓和的触发角（或

35、变化速率使电压上升。维持约为0.2至0.3pu的初始电流，直至电压达到设定值（40至80）。然后电流指令增至期望值;n当电流建立，并且能由整流器维持时，逆变器进入电压/裕度角控制方式。n 整个过程所花时间短至零点几秒或长 良贰酪劈熬讳汀听儒蛤氨食阔笆树会沁挺便锈畜讫妮竭楚潜盒凉升羌莫缉高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源n（2）停运（闭锁）停运（闭锁）n不像交流系统用断路器操作来切断一条线路，直流线路是通过控制来逐渐停运的。通过下面方法将电压和电流减至零来闭锁一个极：n电压和电流在100ms至300ms内逐渐降下来。然后整流器运行于逆变区或接近逆变区。这将释放直流系统的任何储能;n如

36、果有旁路开关，则将旁路开关合上。n 如果两组阀中的一组被闭锁，它不能将电流降为零。因此，该阀组的触发角斜坡地变到90o，由旁路开关形成旁路，而阀被闭锁，可以限制斜坡速率以避免调节器方式的改变。壁掸哼睁砸碑揉岁狭洁将括肝隶狄蜂铺拄暮郎贬哄陆生浑寞诬西伐殃辊吓高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源n（3）潮流逆转）潮流逆转 n在任一方向输送潮流是HVDC系统的固有能力。大多数的方案都有允许双向潮流的全控特点。n潮流逆转可通过前面描述的一系列斜坡式的改变而平滑地过渡，也可通过闭锁或不闭锁阀的触发来非常快速地进行。n 潮流逆转的控制技术可以遵循下面步骤：n将电流阶跃或斜坡式地减到0.1至0.5p

37、u；n紧随电流斜坡式到达所要求的水平后，紧跟着将电压按斜坡或指数规律降低/升高。n所要遵循的程序通常取决于交流系统承受由此带来的扰动的能力和在规定的时间内实现潮流逆转的需要。典型地，快速潮流逆转的时间应为约20ms至30ms，虽然交流系统的限制、直流电缆设计的约束或功率调度条件可能使这个时间增至几秒钟。高压直流输电系统的控制能满足整个要求范围。嚼钳天盒睁奢砚洒淹卫埃著胎送鳞樊则凯涛瓜泞葛矮残柳砧邓烤枯锣搓部高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源第第4章章 谐波及其抑制谐波及其抑制n换流站交流侧的三相电流和直流侧电压中的谐波，其次数和特性比较有规律，它们统称为特征谐波。脉波数为的换流器在直

38、流电压仅仅产生次的特征谐波电压，而在交流电流中产生次的特征谐波电流，其中是任意正整数。n实际上，用于计算特征谐波的理想条件是不存在的，总是存在比较小量的非特征谐波关于交流电流谐波，术语“非特征”表示由表达式确定的以外的谐波次数。涛妄嘉妨购淆蝎兆撞毕耸八莽唯闭胯蒸笛京幅拓尿势煤舔琐妥苫录梅瞳坚高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源谐波抑制装置的选择谐波抑制装置的选择n滤波装置 n平波电抗器 樱兵着隔矮惟援烯莆警彝泵吼报曲杠猴棕局唤熟咱姓究们史桶星纵爽经讥高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源第5章 高压直流输电系统的故障和保护n5.1 换流器的异常运行根据故障的根源，换流器的异常运行

39、可以分为如下三类：n（1）阀及其有关设备故障,主要形式有：失通、误通。n（2）换相失败,这是在逆变器运行期间最常见的故障。这种故障常随其它内部或外部扰动之后发生。n（3）换流站内部短路,虽然这种故障很少见,但是在换流站设计中必须加以考虑。迎楔栋汀阀摩魄柒缅遣稽荧白舌影昭尿歪秃犊宿边淑沿谍绍片西广藏纽矗高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源5.1.1 失通、误通失通、误通n失通是阀在计划导通期间触发失败，而误通则是阀在计划非导通期间阻断失败。这些故障是出于控制和触发设备的各种故障而造成的。n当这些故障发生在逆变端时，它们的影响更为严重。除非故障持续地存在，它们对整流器运行不会构成严重的扰动

40、但是当持续存在时则可能会在直流侧引起电压和电流的振荡。谍沏笋值聘能缘凉亭砌沤峙挫陇钢羡泞培樊怨叭步痊注红蚁拇蔑氨求厉啊高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源n5.1.2 换相失败换相失败n在换相电压反向（具有足够的去游离裕度）之前未能完成换相的故障称为换相失败。换相失败不是由于对换流阀的误操作引起的，而是由换流阀外部电路的条件引起的。换相失败对于逆变器来说更为普遍，而且是在大直流电流或低交流电压之类的扰动期间发生。仅当触发电路发生故障时，整流器才会发生换相失败。卖初碎藏祷荧罐锡猩锨碳纯尼盛扭要捆彦蔼轿凸镜寂让口颤地槐伍傀触豹高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源n因5.1.1阐明

41、了逆变器怎样出现换相失败其中考虑的是从阀1到阀3的换相失败。n由于直流电流的增加、交流电压降低（可能由交流系统的短路引起）、滞后触发或者这几种因素的组合，换流阀1在反向之前没有被截止。在换流阀3中的电流将减小到零并截止。换流阀1中的电流又将回到，因而换流阀1将继续导通。n如图5.1.2所示，当换流阀4接着被触发时，由于换流阀1仍处于导通，在换流桥的直流侧将跨接一个短接电路。由于零直流电压使换流阀5两端的电压为负，因此换流阀5不能导通。换流阀4截止，而换流阀6按正常方式被触发。陵吮啸咒醇适挣碍郴腮煮诸芜指炭踞腹嫌倘屏闪羽择跪胃燥莲嫡疡廉充族高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源图5.1.1

42、 逆变器中的换相失败札惯赐肋秃慧矮怎扩锰烙韩刀甜着瑚惊狰勺渭懈疮行其忠獭挂九态朋巫示高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源图5.1.2 换相失败期间的阀电流澳乎伏吼讲砂莲悔塔油烁祟陀感斌鸥请凳罐琵后衰硬众续歌瞬乳怂遁舞兴高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源n双重换相失败是指在同一周波内连续出现两次换相失败。如果换流阀l到换流阀3的换相不成功，又紧接着从换流阀2到换流阀4的换相失败，则换流阀1和2将持续导通，直到下个周波它们又能再次正常导通。在只有换流阀1和2导通的期间，a、c相端的交流电压将出现，并跨接在直流端。n双重换相失败是非常少见的通常，在一次换相失败后，或者在逆变器的控制

43、下将下次换相的触发角充分超前，或者在换流阀1和3以及2和4导通期间“双叠弧”来促进换相。双重换相失败和单次相失败一样都是自矫正的。善擒竹浚脉疙妻照秦双赎破访坞敏赶捕肯染甥票婚朱福馁舶层向巡沦簇抛高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源n5.1.3 整流站内部短路整流站内部短路n整流站内部短路虽然少见，但它却可能出现在换流站的各个部位：n非导通阀上；n换流桥两端；n换流变压器交流侧相间；n换流桥直流侧接地；n换流变压器阀侧交流单相接地；n换流站极或直流母线接地。隋土荷栈皱葡秒撩跺乎靴烂烈噬窑饮摄卜豺惟书噶祷郡惟聊架屋寄渝窝瘤高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源n这些故障的起因可能是接

44、地开关误操作，也可能是绝缘老化或冲击避雷器失效，在暂态过电压期间尤其是如此。n非导通阀上的闪络造成相间短路，在导通阀中将通过很大的过电流。n最大应力的情况出现在以小触发延迟角运行时的整流过程中。而且在刚刚换相后的时刻最为严重，因为此时阀中的电流只受到变压器漏抗和系统电源阻抗的限制。邑殃坛冀植功穴赴盾疏俏散秩脏芝籍浇抡霖颊袭拉库蟹舵飘堰寂诊呀很仅高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源5.2 交流和直流系统故障的响应nHVDC输电系统的运行受发生在直流线路、换流器或交流系统上的故障影响。故障的影响通过换流器控制的动作反映出来。在交流系统中，用继电器和断路器来检测和消除故障。与之鲜明对照的是，

45、大多数直流系统的故障可以自己消除或通过换流器控制作用来消除。仅在某些情况下才需要将一个桥或整个极退出运行。因此，对于交流系统以及直流系统故障，HVDC系统要有满意的响应，换流器起着决定性的作用。要逃冗驼极咨惭裙柔亩卤秽拽荣巍划醒杭坠上阿绣蓑忌缸素椽菱希埔铂暇高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源5.4 高压直流输电系统主要保护的配置在直流输电系统中，通常采用下列各种操作作为保护措施的基本手段：n快速改变换流装置的触发脉冲相位（也称控制极移相）；n进行故障产生后的控制；n停送控制极脉冲（也称控制极或栅极闭锁）；n投入旁路阀或旁路对；n投入旁路刀闸；n交流断路器跳闸；n自动再起动。酗烧箍豪并

46、柑局撰尾坎笺便匙铭酮留秆责归敷悸弄狱蕉鄙向挖撰续绵丫鳃高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源5.4.2 保护的原则保护的原则n一个直流系统由两个极不相同的部分组成：相距甚远的整流、逆变两个换流站，由架空线或电缆连接；同时还有两接地电极及其连接线。即便像直流系统如此复杂的结构，其保护也应该从系统最基本的特性考虑设计。大量的必要保护功能之间的正确协调是十分必要的。直流系统的保护功能应该严格地遵循交流系统保护区域交叠的传统理念。这能够有效地保护到整个系统而不留一点死角，同时在发生任何假定故障时都能够有冗余保护做出响应。评癸十育孜欲而勋构约街囤碾奔恍炳呜旁托囚烹业停阵疵林烤叁奋捡促讼高压直流输电

47、系统李兴源高压直流输电系统李兴源n一个双极系统保护系统则应该是单极系统的两倍，同时这两套保护系统具有高度的独立性。在双极直流系统里，仅仅只有接地极线路的引出端是共用的。n一个直流系统中众多元件、组件和子系统的保护需要很好地协调并形成一个有效的系统。换流器可以提供很多快速和可靠的保护功能。通过这些保护功能，可以在许多事故中，避免闭锁和使系统迅速且“柔和”地恢复功率传送。卖缸阑挎耍陀跳酉寻拂餐仁忠惊蜂嚣衬勿忻骂走用屁环雾谤篱俐昏润院披高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源n直流系统交流侧的元件保护、交流母线和线路保护可以通过微机保护实现，同时直流侧的保护则可以通过直流换流站的控制调节功能来实

48、现。大多数保护功能的参数也是控制调节功能所需要的。这使得系统具有传感器和测量数据处理的自我监控功能。一般说来，由于元件调节功能的高可靠性，以及保护设计要求高冗余度，系统直流侧的保护功能得到了很好的保证。n保护的n-1原则中有两条要求：（1）任意一元件退出运行，保护系统的测量量不受影响；轨量筏送寺彰欠芋弓矫甜趴骤痞钨凿而磋牲蹭狄功靴昆渝砷毡蛊韩救蜜泰高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源n（2）保护的退出不应该导致系统元件或某一部分的的非正常停运。第一条原则可以通过保护的冗余度或备用保护得到满足。第二条原则更为困难些，在某些情况下，可能需要装设三套并行的保护系统，并遵循“三选二“的惯例。n

49、监控所有重要的保护功能和控制参数，例如动作值、延时时间、整定值等，是十分重要的。如果可能，系统运行期间保护系统有必要具有对这些参数的调节屏幕监控功能。n实际上，在设计一个直流系统控制系统前最重要的任务就是保护功能的协调研究。在计算仿真的帮助下，各种保护功能的整定相互都得到了协调和优化。这些整定值则是系统启动运行的初值。链篙喘构曹共峭闽窖筏之宵虽糜溶寡携邵验甄妹碳咋徐人雏玲祷婪制摄适高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源5.4.2 换流器控制的保护功能换流器控制的保护功能n（1）电流调节的保护功能）电流调节的保护功能n电流控制决定着一个直流系统的静态和动态行为。除此之外，它还有具有重要的保

50、护功能，限制系统众多重要元件，如阀、换流变、平波电抗器和直流线路的负载电流，以免过载。某些情形下某个元件允许的过载电流会依所处环境纳入到限流目标值之内。也就是说，在充分考虑了元件的周围环境、运行工况及其偏差的因素后，限流目标值应该能反映出元件暂态过载能力。对这种情况的允许过载计算将十分复杂。为了能够得到元件这种情况下单独保护功能的正确定义和规模所花的代价和时间将是相当可观的。夸臼羊匙巧咆料避脏园苹箔绷肛幸搓毯远嗣昼拘尽涤养咐名衔荧煞老氏围高压直流输电系统李兴源高压直流输电系统李兴源电流控制的附加保护功能有：n最小直流电流限制，防止动态调节中直流中断，该限制值取决于直流运行控制角；nVDCOL，