2019/9/21,Chap.5 直流控制與保護,高壓直流輸電,2019/9/21,2,課程安排,第五章 直流控制與保護 5.1 直流控制系統(tǒng)的配置 5.2 直流控制原理 5.3 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,2019/9/21,3,第五章 直流控制與保護,直流控制保護系統(tǒng)的重要性 直流輸電運行性能、保護均極大地依賴于控制系統(tǒng)。 直流控制保護系統(tǒng)的基本功能 起?？刂?直流功率大小及方向控制 抑制HVDC不正常運行及對所連交流電網(wǎng)的干擾 故障保護,2019/9/21,4,第五章 直流控制與保護,直流控制保護系統(tǒng)的特點 分層結(jié)構(gòu) 多重化設(shè)計,2019/9/21,5,5.1 直流控制系統(tǒng)的配置,分層結(jié)構(gòu)。兩端直流輸電控制系統(tǒng)一般分為6個層次等級,雙極方式HVDC原理圖,雙級控制級,極控制級,換流閥控制級,系統(tǒng)控制級,換流器控制級,單獨控制級,可合并,可合并,2019/9/21,6,5.2 直流控制原理,HVDC等效電路-1,整流器等效電路,逆變器等效電路,外特性方程：,2019/9/21,7,5.2 直流控制原理,HVDC等效電路-2,整流器等效電路,逆變器等效電路,外特性方程：,2019/9/21,8,5.2 直流控制原理,直流電流,其中，理想空載直流電壓：,或,定等效電路，定等效電路,2019/9/21,9,5.2 直流控制原理,直流功率,意味著可以通過改變角度（或）和 交流電壓（U1 ）數(shù)值來調(diào)節(jié)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,2019/9/21,10,5.2 直流控制原理,直流控制手段 觸發(fā)脈沖相位控制：調(diào)節(jié)(或) 換流變分接頭控制：調(diào)節(jié)換流變分接頭 兩類控制手段比較,2019/9/21,11,5.3 直流基本控制及其控制特性,基本控制 保證HVDC正常運行所必需的最低限度的控制。 包含,定觸發(fā)角控制 定電流控制 啟停控制 換流變分接頭控制,定關(guān)斷角控制 定電壓控制 潮流反轉(zhuǎn)控制,控制配置,2019/9/21,12,5.3.1 定觸發(fā)角控制,控制特性方程: 特點,關(guān)于 的下傾的直線簇 增加，直線向下平移,通常,2019/9/21,13,5.3.2 定關(guān)斷角控制,關(guān)斷角可直接測量，但不可直接控制。 控制特性方程: 特點,關(guān)于 的下傾的直線簇 增加，直線向下平移,通常,2019/9/21,14,5.3.3 定電流控制,定電流控制 (Current Control) 控制特性方程: 選Id 為控制對象的原因 Pd 的變化主要由Id決定 有效限制故障電流的上升 兩側(cè)換流站均裝設(shè)定電流控制，因此需要協(xié)調(diào)配合。,協(xié)調(diào)控制1, 控制配置,2019/9/21,15,5.3.3 定電流控制,配合原則 整流站定電流控制為主 逆變站定電流控制為輔 逆變站定電流控制目的 當Id下降過多時，協(xié)助整流站定電流控制，使 Id 迅速恢復正常值。,2019/9/21,16,5.3.3 定電流控制,基本控制原則-電流裕度法,一直沿用至今，被證明是十分有效的控制方法； 穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)運行下都必須保持足夠的電流裕度 Id ； 規(guī)定：,控制配置,2019/9/21,17,5.3 直流基本控制及其控制特性,兩站控制協(xié)調(diào)配合方式1 整流站：定電流、定min控制 逆變站：定關(guān)斷角、定電流控制 HVDC系統(tǒng)特性：,直流基本控制特性,靜態(tài)穩(wěn)定 換相失敗風險低 弱受端系統(tǒng)時可能出現(xiàn)換流母線電壓不穩(wěn)定,2019/9/21,18,5.3 直流基本控制及其控制特性,極弱受端系統(tǒng)時可能出現(xiàn)另一種電壓不穩(wěn)定“三交點不穩(wěn)定”,穩(wěn)態(tài)運行工作點,其中， N、B-穩(wěn)定運行點 A不穩(wěn)定運行點,兩站控制協(xié)調(diào)配合方式1的適用性：強受端系統(tǒng),2019/9/21,19,5.3.4 定電壓控制,定電壓控制 (Voltage Control) 控制特性方程: 選Ud為控制對象的原因： 減少逆變站發(fā)生電壓不穩(wěn)定的幾率 配合整流站的定電流控制，實現(xiàn)對直流功率的控制,協(xié)調(diào)控制2, 控制配置， 三交點不穩(wěn)定,2019/9/21,20,5.3 直流基本控制及其控制特性,兩站控制協(xié)調(diào)配合方式2 整流站：定電流、定min控制 逆變站：定電壓、定電流控制、定關(guān)斷角 HVDC系統(tǒng)特性：,靜態(tài)穩(wěn)定 換流母線電壓不穩(wěn)定風險低 輕載時逆變器吸收無功大,穩(wěn)態(tài)運行工作點,適用性：弱受端系統(tǒng),2019/9/21,21,5.3.5 啟?？刂?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(chǎn)生的過電壓和過電流，以及對兩側(cè)系統(tǒng)的沖擊，正常啟停按照一定步驟順序進行。,2019/9/21,22,5.3.5.1 正常啟動控制順序,正常啟動控制類型 先建電壓，后建電流 先建電流，后建電壓,2019/9/21,23,5.3.5.1 正常啟動控制順序,1、正常啟動控制方法1（先建電壓，后建電流）的控制順序 合兩側(cè)交流斷路器，使換流變壓器和換流器帶電； 合兩側(cè)直流線路開關(guān)，使直流線路與換流器相連； 以 =1800 的角度解鎖逆變器，建立直流電壓（0.70.8p.u.）； 以=1500 的角度解鎖整流器； 同時減小兩側(cè) ，建立直流電流。,2019/9/21,24,5.3.5.1 正常啟動控制順序,2、正常啟動控制方法2（先建電流，后建電壓又稱“BPP法/旁通對啟動法”）的控制順序 使兩側(cè)換流器形成BPP； 合兩側(cè)交流斷路器，使換流變壓器和換流器帶電； 合兩側(cè)直流線路開關(guān)，使直流線路與換流器相連； 以 =600700 的角度解鎖整流器； 以 =11001200 的角度解鎖逆變器； 同時減小兩側(cè)，建立直流電壓（0.40.8p.u.）； 逐漸增大電流指令，建立直流電流。,2019/9/21,25,5.3.5.1 正常啟動控制順序,正常啟動時間 一般為幾秒幾十分鐘 受端系統(tǒng)越弱，正常啟動時間越長,雙極方式HVDC原理圖,2019/9/21,26,5.3.5.2 正常停運控制順序,BPP法的主要步驟 逐漸減小電流指令，降低直流電流； 使 =12001500 ，延時20-40ms后，閉鎖整流器； 直流電流為零后，閉鎖逆變器，投入BPP； 斷開兩側(cè)直流線路開關(guān)； 斷開兩側(cè)交流斷路器 正常停運時間 一般為幾百ms 受端系統(tǒng)越弱，正常停運時間越長,雙極方式HVDC原理圖， BPP電路,2019/9/21,27,5.3.5.3 故障緊急停運控制順序,故障緊急停運：交直流系統(tǒng)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 控制順序 快速移相： =12001500 （整流器） =11001200 （逆變器） 直流電流為零后，閉鎖整流器，閉鎖逆變器，投入BPP 斷開兩側(cè)直流線路開關(guān) 斷開兩側(cè)交流斷路器 故障緊急停運時間:一般為幾十ms,雙極方式HVDC原理圖， BPP電路,2019/9/21,28,5.3.5.4 自動再啟動控制順序,目的：直流線路瞬時故障后，迅速恢復送電 主要步驟 整流器緊急移相 經(jīng)過100-500ms的弧道去游離時間，按正常啟動恢復HVDC的運行,雙極方式HVDC原理圖，,2019/9/21,29,5.3.6 潮流反轉(zhuǎn)控制,每側(cè)控制系統(tǒng)均具有“三段式組合控制” 常用方法 閥不閉鎖方式 閥閉鎖方式,2019/9/21,30,5.3.6.1 閥不閉鎖方式潮流反轉(zhuǎn),實現(xiàn)方法 1）反置裕度整定 2）控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié),雙極方式HVDC原理圖，,2019/9/21,31,5.3.6.2 閥閉鎖方式潮流反轉(zhuǎn),實現(xiàn)方法: 先停運，后啟動,雙極方式HVDC原理圖，,2019/9/21,32,5.3.7 換流變分接頭控制,目的 保持觸發(fā)角在合適的角度 保持關(guān)斷角在合適的角度 保證直流電壓在期望值 保證換流變閥側(cè)空載電壓恒定 控制原則：考慮數(shù)秒延時,2019/9/21,33,5.4 改善直流控制特性的其他控制,包含： 低壓限流（ VDCOL ）控制 電流裕度平滑轉(zhuǎn)移控制（Amax 控制） 電流裕度補償控制（CMR） 各種限制環(huán)節(jié)： 如min、 max 、 Idmin 、 Idmax,2019/9/21,34,5.4 改善直流控制特性的其他控制,1、低壓限流（ VDCOL ） 目的 降低晶閘管在連續(xù)換相失敗時所承受的壓力； 避免交流系統(tǒng)故障時直流系統(tǒng)的不穩(wěn)定性； 有利于交、直流系統(tǒng)故障后快速恢復功率傳輸； 減少恢復過程中發(fā)生連續(xù)換相失敗的可能性。,VDCOL靜態(tài)特性,2019/9/21,35,5.4 改善直流控制特性的其他控制,2、電流裕度平滑轉(zhuǎn)移（Amax 控制） 3、電流裕度補償控制（CMR）,Amax控制,2019/9/21,36,5.4 改善直流控制特性的其他控制,4、限制環(huán)節(jié) HVDC靜態(tài)穩(wěn)定工作區(qū),2019/9/21,37,5.4 改善直流控制特性的其他控制,直流工程控制特性,2019/9/21,Thank You !,Chap.5 直流控制與保護 結(jié)束,文 俊,華北電力大學 電氣與電子工程學院 柔性電力技術(shù)研究所 hbd