1、2022-3-8 文文 俊俊華北電力大學電氣與電子工程學院 柔性電力技術研究所hbdl_Chap.5 Chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 高壓直流輸電高壓直流輸電chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-82課程安排課程安排第五章第五章 直流控制與保護直流控制與保護5.1 直流控制系統的配置直流控制系統的配置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 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-83第五章第五章 直流控制與保護直流控制與保護 直流控制保護

2、系統的重要性直流控制保護系統的重要性 直流輸電運行性能、保護均極大地依賴于控制系直流輸電運行性能、保護均極大地依賴于控制系統。統。直流控制保護系統的基本功能直流控制保護系統的基本功能 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不正常運行及對所連交流電網的干擾不正常運行及對所連交流電網的干擾 故障保護故障保護 chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-84第五章第五章 直流控制與保護直流控制與保護 直流控制保護系統的特點直流控制保護系統的特點分層結構分層結構多重化設計多重化設計chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-855.

3、1 直流控制系統的配置直流控制系統的配置分層結構分層結構。兩端直流輸電控制系統一般分。兩端直流輸電控制系統一般分為為6個層次等級個層次等級雙極方式HVDC原理圖 高層高層 低層低層 慢慢 快快雙級控制級雙級控制級極控制級極控制級換流閥控制級換流閥控制級系統控制級系統控制級換流器控制級換流器控制級單獨控制級單獨控制級可合并可合并可合并可合并chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-865.2 直流控制原理直流控制原理 HVDC等效電路等效電路-1整流器等效電路整流器等效電路逆變器等效電路逆變器等效電路0cosdrd rxrdUUd I外特性方程：外特性方程：0cosdidixid

4、UUd Ichap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-875.2 直流控制原理直流控制原理 HVDC等效電路等效電路-2整流器等效電路整流器等效電路逆變器等效電路逆變器等效電路0cosdrd rxrdUUd I外特性方程：外特性方程：0cosdidixidUUd Ichap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-885.2 直流控制原理直流控制原理 直流電流直流電流coscosdordoidxrdxiUUIdRd其中，其中，理想空載直流電壓理想空載直流電壓：coscosdordoidxrdxiUUIdRd或或0113 21.35dUUU定等效電路，定等效電路chap.5

5、 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-895.2 直流控制原理直流控制原理 直流功率直流功率drdr dPU I 意味著可以意味著可以通過改變角度通過改變角度（或或）和和交流電壓交流電壓（U1 ）數值）數值來調節來調節直流電流和功率。直流電流和功率。雙極方式HVDC原理圖, 定等效電路，定等效電路didi dPU Ichap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8105.2 直流控制原理直流控制原理 直流控制手段直流控制手段觸發脈沖相位控制：調節觸發脈沖相位控制：調節(或或) 換流變分接頭控制：調節換流變分接頭換流變分接頭控制：調節換流變分接頭兩類控制手段比較兩類控制手段比

6、較 項項 目目觸發脈沖相位控制觸發脈沖相位控制 換流變分接頭控制換流變分接頭控制調節范圍調節范圍寬寬窄窄調節速度調節速度快快慢慢調節平穩性調節平穩性平穩平穩不平穩不平穩 結結 論論主要控制手段主要控制手段輔助控制手段輔助控制手段chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8115.3 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 保證保證HVDC正常運行所必需的最低限度的控制。正常運行所必需的最低限度的控制。包含包含定觸發角控制定觸發角控制定電流控制定電流控制啟停控制啟停控制換流變分接頭控制換流變分接頭控制定關斷角控制定關斷角控制定電壓控制定電壓控制潮流反轉控

7、制潮流反轉控制控制配置chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8125.3.1 定觸發角控制定觸發角控制控制特性方程控制特性方程:特點特點0cosdrd rxrdUUd I 關于關于 的下傾的下傾的直線簇的直線簇 增加，直線增加，直線向下平移向下平移 通常通常00152.500min53o12301cosd rUdrUdI02cosd rU03cosd rUtanxrd控制特性曲線控制特性曲線定定min控制控制chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8135.3.2 定關斷角控制定關斷角控制關斷角可直接測量，但不可直接控制。關斷角可直接測量，但不可直接控制。

8、控制特性方程控制特性方程:特點特點0cosdid ixidUUd I 關于關于 的下傾的直的下傾的直線簇線簇 增加，直線向增加，直線向下平移下平移 通常通常0018151coscos(32) /(3)drILUo12301cosd iUdiUdI02cosd iU03cosd iUtanxid控制特性曲線控制特性曲線chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8145.3.3 定電流控制定電流控制 定電流控制定電流控制 (Current Control)控制特性方程控制特性方程:選選Id 為控制對象的原因為控制對象的原因Pd 的變化主要由的變化主要由Id決定決定有效限制故障電流的

9、上升有效限制故障電流的上升 兩側換流站均裝設定電流控制，因此需要協調兩側換流站均裝設定電流控制，因此需要協調配合。配合。 ddrefII協調控制1, 控制配置chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8155.3.3 定電流控制定電流控制配合原則配合原則整流站定電流控制為主整流站定電流控制為主逆變站定電流控制為輔逆變站定電流控制為輔逆變站定電流控制目的逆變站定電流控制目的 當當Id下降過多時，協助整下降過多時，協助整流站定電流控制，使流站定電流控制，使 Id 迅迅速恢復正常值。速恢復正常值。Idchap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8165.3.3 定電流控

10、制定電流控制基本控制原則基本控制原則-電流裕度法電流裕度法一直沿用至今，被一直沿用至今，被證明是十分有效的證明是十分有效的控制方法；控制方法；穩態、暫態運行下穩態、暫態運行下都必須保持足夠的都必須保持足夠的電流裕度電流裕度 Id ；規定：規定：10%25%ddrefII控制配置直流基本控制特性直流基本控制特性Id穩態運行工作點穩態運行工作點chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8175.3 直流基本控制及其控制特性直流基本控制及其控制特性兩站控制協調配合方式兩站控制協調配合方式1整流站：定電流、定整流站：定電流、定min控制控制逆變站：定關斷角、定電流控制逆變站：定關斷角、

11、定電流控制HVDC系統系統特性：特性：直流基本控制特性直流基本控制特性Id穩態運行工作點穩態運行工作點靜態穩定靜態穩定換相失敗風險低換相失敗風險低 弱受端系統弱受端系統時可時可能出現換流母線能出現換流母線電壓不穩定電壓不穩定chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8185.3 直流基本控制及其控制特性直流基本控制及其控制特性極弱受端系統極弱受端系統時可能出現另一種電壓不穩定時可能出現另一種電壓不穩定“三交點不穩定三交點不穩定”穩態運行工作點穩態運行工作點其中，其中，lN、B-穩定運行點穩定運行點lA不穩定運行點不穩定運行點兩站控制協調配兩站控制協調配合方式合方式1的適用性：的

12、適用性：強受端系統強受端系統chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8195.3.4 定電壓控制定電壓控制定電壓控制定電壓控制 (Voltage Control)控制特性方程控制特性方程:選選Ud為控制對象的原因：為控制對象的原因：減少逆變站發生減少逆變站發生電壓不穩定電壓不穩定的幾率的幾率 配合整流站的定電流控制，實現對直流功率的配合整流站的定電流控制，實現對直流功率的控制控制ddrefUU協調控制2, 控制配置， 三交點不穩定chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8205.3 直流基本控制及其控制特性直流基本控制及其控制特性兩站控制協調配合方式兩站控制

13、協調配合方式2整流站：定電流、定整流站：定電流、定min控制控制逆變站：定電壓、定電流控制、定關斷角逆變站：定電壓、定電流控制、定關斷角HVDC系統系統特性：特性： 靜態穩定靜態穩定 換流母線電壓不穩定換流母線電壓不穩定風險低風險低 輕載時逆變器吸收無輕載時逆變器吸收無功大功大穩態運行工作點穩態運行工作點適用性：適用性：弱受端系統弱受端系統chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8215.3.5 啟停控制啟停控制分類分類正常啟動正常啟動 正常停運正常停運 故障緊急停運故障緊急停運 （故障后的）自動再啟動（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，以及為減小啟停

14、過程產生的過電壓和過電流，以及對兩側系統的沖擊，正常啟停按照一定步驟順序對兩側系統的沖擊，正常啟停按照一定步驟順序進行。進行。chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8225.3.5.1 正常啟動控制順序正常啟動控制順序正常啟動控制類型正常啟動控制類型先建電壓，后建電流先建電壓，后建電流先建電流，后建電壓先建電流，后建電壓chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8235.3.5.1 正常啟動控制順序正常啟動控制順序1、正常啟動控制方法、正常啟動控制方法1（先建電壓，后建電流）（先建電壓，后建電流）的的控制順序控制順序合兩側交流斷路器，使換流變壓器和換流器帶電

15、；合兩側交流斷路器，使換流變壓器和換流器帶電；合兩側直流線路開關，使直流線路與換流器相連；合兩側直流線路開關，使直流線路與換流器相連；以以 =1800 的角度解鎖逆變器，建立直流電壓的角度解鎖逆變器，建立直流電壓（0.70.8p.u.）；）；以以=1500 的角度解鎖整流器；的角度解鎖整流器；同時減小兩側同時減小兩側 ，建立直流電流。，建立直流電流。chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8245.3.5.1 正常啟動控制順序正常啟動控制順序2、正常啟動控制方法、正常啟動控制方法2（先建電流，后建電壓又（先建電流，后建電壓又稱稱“BPP法法/旁通對啟動法旁通對啟動法”）的控制

16、順序）的控制順序使兩側換流器形成使兩側換流器形成BPP；合兩側交流斷路器，使換流變壓器和換流器帶電；合兩側交流斷路器，使換流變壓器和換流器帶電；合兩側直流線路開關，使直流線路與換流器相連；合兩側直流線路開關，使直流線路與換流器相連；以以 =600 700 的角度解鎖整流器；的角度解鎖整流器；以以 =1100 1200 的角度解鎖逆變器；的角度解鎖逆變器；同時減小兩側同時減小兩側，建立直流電壓（，建立直流電壓（0.40.8p.u.）；）；逐漸增大電流指令，建立直流電流。逐漸增大電流指令，建立直流電流。chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8255.3.5.1 正常啟動控制順序

17、正常啟動控制順序正常啟動時間正常啟動時間一般為幾秒一般為幾秒 幾十分鐘幾十分鐘受端系統越弱，正常啟動時間越長受端系統越弱，正常啟動時間越長雙極方式HVDC原理圖chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8265.3.5.2 正常停運控制順序正常停運控制順序BPP法的主要步驟法的主要步驟逐漸減小電流指令，降低直流電流；逐漸減小電流指令，降低直流電流；使使 =1200 1500 ，延時，延時20-40ms后，閉鎖整流器；后，閉鎖整流器； 直流電流為零后，閉鎖逆變器，投入直流電流為零后，閉鎖逆變器，投入BPP；斷開兩側直流線路開關；斷開兩側直流線路開關；斷開兩側交流斷路器斷開兩側交流

18、斷路器正常停運時間正常停運時間一般為幾百一般為幾百ms受端系統越弱，正常停運時間越長受端系統越弱，正常停運時間越長雙極方式HVDC原理圖， BPP電路chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8275.3.5.3 故障緊急停運控制順序故障緊急停運控制順序故障緊急停運：交直流系統故障中的停運過程。故障緊急停運：交直流系統故障中的停運過程。目的：抑制直流電流，迅速消除故障點電弧目的：抑制直流電流，迅速消除故障點電弧控制順序控制順序快速移相：快速移相： =1200 1500 （整流器）（整流器） =1100 1200 （逆變器）（逆變器）直流電流為零后，閉鎖整流器，閉鎖逆變器，投入直

19、流電流為零后，閉鎖整流器，閉鎖逆變器，投入BPP斷開兩側直流線路開關斷開兩側直流線路開關斷開兩側交流斷路器斷開兩側交流斷路器故障緊急停運時間故障緊急停運時間:一般為幾十一般為幾十ms雙極方式HVDC原理圖， BPP電路chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8285.3.5.4 自動再啟動控制順序自動再啟動控制順序目的目的：直流線路瞬時故障后，迅速恢復送電：直流線路瞬時故障后，迅速恢復送電主要步驟主要步驟整流器緊急移相整流器緊急移相經過經過100-500ms的弧道去游離時間，按正常啟動的弧道去游離時間，按正常啟動恢復恢復HVDC的運行的運行雙極方式HVDC原理圖，chap.5

20、 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8295.3.6 潮流反轉控制潮流反轉控制每側控制系統均具有每側控制系統均具有“三段式組合控制三段式組合控制”常用方法常用方法閥不閉鎖方式閥不閉鎖方式閥閉鎖方式閥閉鎖方式 組合控制特性組合控制特性dUdIOdrefIchap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8305.3.6.1 閥不閉鎖方式潮流反轉閥不閉鎖方式潮流反轉實現方法實現方法1）反置裕度整定）反置裕度整定2）控制系統自動調節）控制系統自動調節雙極方式HVDC原理圖，潮流反轉示意圖潮流反轉示意圖dUdIOdrefINdiIAddIIdidrIIdrdiII新逆變器新逆變器:新

21、新整流整流器器:chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8315.3.6.2 閥閉鎖方式潮流反轉閥閉鎖方式潮流反轉實現方法實現方法: 先停運，后啟動先停運，后啟動雙極方式HVDC原理圖，chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8325.3.7 換流變分接頭控制換流變分接頭控制目的目的 保持觸發角在合適的角度保持觸發角在合適的角度 保持關斷角在合適的角度保持關斷角在合適的角度 保證保證直流電壓直流電壓在期望值在期望值 保證換流變閥側空載電壓恒定保證換流變閥側空載電壓恒定控制原則控制原則：考慮數秒延時：考慮數秒延時 00152.5000(15 18 )2.51

22、2% . .dUpu chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8335.4 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： 低壓限流（低壓限流（ VDCOL ）控制）控制 電流裕度平滑轉移控制（電流裕度平滑轉移控制（Amax 控制）控制） 電流裕度補償控制（電流裕度補償控制（CMR） 各種限制環節：各種限制環節： 如如min、 max 、 Idmin 、 Idmax chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8345.4 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、低壓限流、低壓限流（ VDCOL ）目的目的降低晶閘管在連續換相失敗時降低晶閘管在連續換相失敗時所承受的壓力；所承受的壓力；避免交流系統故障時直流系統避免交流系統故障時直流系統的不穩定性；的不穩定性；有利于交、直流系統故障后快有利于交、直流系統故障后快速恢復功率傳輸；速恢復功率傳輸；減少恢復過程中發生連續換相減少恢復過程中發生連續換相失敗的可能性。失敗的可能性。VDCOL靜態特性靜態特性chap.5 直流控制與保護直流控制與保護 2022-3-8355.4 改善直流控制特性