直流输电系统控制原理1第四章主要内容▪4.1 概述▪4.2 控制系统的配置▪4.3 基本控制原理▪4.4 基本控制及其控制特性▪4.5 改善HVDC控制特性的其他控制24.1 概述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。

3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(α)控制，使正常运行时α角较小，一般保持在10°～20°(或12°～18°)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(δ)控制，控制δ≥δmin(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δ，以兼顾安全和减小换流单元无功功率消耗，提高功率因数。

4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✓由分立模拟电子电路构成。

早期控制系统。

✓优点：响应快速、实时性好、控制方式简单可靠。

✓缺点：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。

5直流输电控制系统发展简介（续）（2）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。

✓优点：集成度较高、控制方式较灵活、逻辑处理能力较强。

✓缺点：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模混合型控制系统，吸收了模拟型和数字型的优点，得到一定的推广应用。

6直流输电控制系统发展简介（续）（3）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。

74.1 HVDC控制系统的配置89HVDC 控制系统配置的特点特点：分层控制站控双极控制阀控高层低层慢快系统控制极控换流器控制单独控制控制系统的分层结构⏹双极或站控制层：控制系统中的最高层，用于协调两个换流站和两个极的运行。

主要功能包括双极功率定值设置、双极电流平衡控制、紧急功率控制、功率反转控制以及双极故障后恢复运行控制等。

为提高控制系统可靠性，该层功能应尽量下放到极控层。

⏹极控制层：用于控制和协调整个极的运行，包括电流控制放大器，电流设定值限制、低电压减小电流限值控制、极主控制(主要功能：功率定值设置与电流定值计算、站间通信控制、过负荷控制和功率调制控制等)、本级启停及故障后恢复运行的顺序控制、本极直流线路保护、直流开关场有关设备的保护和报警等。

⏹换流器控制层：主要包括换流器触发相位控制CTC、定关断角控制、定电流控制、αmin 和αmax控制、换流变压器分接头切换控制、无功功率控制以及换流器触发闭锁和解锁顺序控制等。

该层还包括换流器保护、交流和直流滤波器保护、换流变压器保护、母线保护、交直流电流、电压测量以及有关报警信号等功能。

⏹阀控制层：这是直流系统最低层次的控制设备，换流器每个阀都有一套。

10断路器15直流功率直流功率：, dr dr d di di dP U I P U I ==（3）结论：可以通过改变角度（）和交流电压（）数值来调节输出电流和输出功率。

,αβE16HVDC 控制手段▪触发脉冲相位控制：调节▪换流变分接头控制：调节换流变分接头,αβ项目触发脉冲相位控制换流变分接头控制调节范围宽窄调节速度快1~4ms 慢每档5~10s 调节平稳性平稳不平稳结论主要控制手段辅助控制手段HVDC 控制手段：两类控制手段比较174.3 基本控制及其控制特性基本控制：•通常要求直流输电系统按照某种功率指令运行•保证HVDC 系统正常运行所必需的最低限度的控制包含：▪定触发角控制▪定电流控制▪定电压控制▪换流变分接头控制▪定熄弧角控制▪启停控制▪潮流反转控制功率控制⏹从系统稳定的角度来看，辅之以慢速功率控制的快速恒电流控制比较好；⏹从稳定角度看，直流输电系统进行恒电流/恒电压/恒熄弧角控制，而对调度员来说，它表现为恒功率控制；⏹快速的恒功率控制可能对交流系统稳定造成不良影响；1819定触发角控制(Constant Ignition Angular, CIA)✓控制特性方程：0cos dr d r xr dU U d I α=-α✓特点：关于的下倾的直线簇。

增加，控制特性曲线向下平移。

α020~10=α00min 5~3=α通常：o1α2α3α01cos d r U αdrU dI 02cos d r U α03cos d r U αtan xrd ξ=ξ控制特性曲线20定熄弧角控制(Constant Extinction Angular, CEA)✓控制特性方程：通常：0cos di d i xi dU U d I δ=-0001518δ= o1δ2δ3δ01cos d i U δdiU dI 02cos d i U δ03cos d i U δtan xid ξ=ξ✓特点：关于的下倾的直线簇。

增加，控制特性曲线向下平移。

δδ⏹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δ等于给定的关断裕度角δ0，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。

21定（直流）电流控制(Constant Current, CC)✓控制特性方程：d dref I I d I ✓选为控制对象的原因：dU dI O控制特性曲线deI •有效限制故障时的上升。

d I •的变化主要由决定；d P d I22定电流控制的配合✓两站均装定电流控制时的协调配合采用电流裕度法/HVDC 基本控制原则：⏹整流站定电流控制的电流整定值在任何时候应该足够地大于逆变站定电流控制的电流整定值。

也即，HVDC 系统正常运行的充要条件： ，且要保证一定的电流裕度；di dr I I23定电流控制的配合电流裕度：改变的步骤：d dr diI I I ∆=-通常10%~25%d deI I ∆=d I dr I di I d I ▪增大时，先增，后增；▪减小时，先减，后减。

di I dr I d I 两侧定电流控制的分工：▪整流站的定电流控制为主：全范围参与控制▪逆变站的定电流控制为辅：时参与控制ddi I I <24定电流控制的配合✓两站均装定电流控制✓逆变站安装定电流控制的目的：当下降过多时，协助整流站的定电流控制，使迅速恢复正常值。

d I d I定（直流）电压控制✓控制特性方程：d drefU UdUdI O控制特性曲线deU控制目标：⏹通常要求直流线路上一个期望点维持恒定电压，通常该点为送端（整流器）原因：⏹减少逆变站发生“电压不稳定”的几率；⏹配合整流站的定电流控制，实现对直流功率的控制；⏹该方式下关断角略高于关断裕度角，发生换相失败可能性较小。

25HVDC 控制特性260cos ()dr d i d xi dU U R d I δ=+-理想控制特性实际控制特性/()d d xr V I K d ∆∆=-+⏹每个换流器既可作整流器又可作逆变器⏹通过反置”域度整定值”等方式来实现反转27整流器和逆变器的组合特性28HVDC 协调控制方式-1协调控制方式-1•整流站：定（直流）电流、定最小触发角•逆变站：定熄弧角、定（直流）电流HVDC 协调控制特性曲线mincos 35.1αr E dU dI OdrI 1.35cos i E δdeU AdiI 00min 5~3=α稳态运行工作点协调控制方式-1的特点✓在协调控制方式-1下，HVDC系统的特性： 是静稳的；逆变器发生换相失败的风险降低；对于弱受端AC系统，可能导致母线电压不稳定✓相对于HVDC系统而言，AC系统分为：❑强（AC）系统：如葛上、天广、三常、三广、贵广等❑弱（AC）系统：如舟山、嵊泗2930三交点不稳定对于极弱受端AC 系统，可能出现另一种电压不稳定—“三交点不稳定”现象mincos 35.1αr E dU dI OHVDC 协调控制特性曲线drI 1.35cos i E δAdiI A 'A ''0min 5~3=α其中，--稳定运行工作点；--不稳定运行工作点。

A 'A 、A ''协调控制方式-1的适用性协调控制方式-1：•整流站：定（直流）电流控制、定最小触发角控制•逆变站：定熄弧角控制、定（直流）电流控制适用性：强受端（AC）系统31控制方式稳定性⏹控制方式混淆32⏹修正伏安特性(a) 恒β控制(b) 恒电压控制33HVDC 协调控制方式-2协调控制方式-2•整流站：定（直流）电流、定最小触发角•逆变站：定电压、定熄弧角、定（直流）电流mincos 35.1αr E d U dI O dr Iγcos 35.1i E de U A di Id I 'd I ∆HVDC 协调控制特性-2 曲线00min 5~3=α稳态运行工作点定电压控制定熄弧角控制协调控制方式-2的特点✓在协调控制方式-2下，HVDC系统的特性： 是静稳的；逆变器发生“电压不稳定”的风险降低；正常运行时逆变器吸收的无功功率较大；轻载时逆变器吸收的无功功率很大，无功投资增加。

适用性：弱受端（AC）系统34启停控制分类：正常启动正常停运故障紧急停运（故障后的）自动再启动⏹为减小启停过程产生的过电压和过电流，以及对两侧AC系统的冲击，正常启停按照一定步骤顺序进行。

35启停控制（续）⏹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；⏹直流架空线路的故障往往是瞬时性的，故控制系统通常设置用于紧急停机后自动再启动的功能模块，以便尽快恢复送电；⏹自动再启动类似于交流线路跳闸后的重合闸操作，但引起的扰动要小得多，因此必要时可以进行多次再启动。

再启动时间比正常启动时间快得多，大约在0.2～0.3秒左右；3637潮流反转/翻转/功率反向✓每侧控制系统均具有“三段式组合控制”，其控制特性见表1。