高压直流系统的控制

第六章高压直流系统的控制直流输电的一个重要优点就是通过各种控制和调节元件组成的系统，对直流系统实现快速和多种调节。改善直流输电系统本身的运行特性，并可以扩大到以交流系统为对象的调节。本章着重讨论直流输电系统的主要控制和调节方式的基本原理。6.1引言直流输电系统在稳态正常运行方式下的运行参数主要是两端的直流电压、直流电流和输送功率。在运行中，各种因素的变化（如负荷的变化、电压的波动以及各种扰动）都会使上述运行参数发生变化。这就需要各种有关的控制和调节元件来进行调节，以使各运行参数回到设计所要求的原来的或新的稳态值。控制系统的基本控制功能１、直流输电系统的起停控制２、直流输送功率的大小和方向３、抑制换流器不正常运行及对所连交流系统的干扰４、发生故障时，保护换流站设备５、对换流站、直流线路的各种运行参数的信息监视６、与交流变电站设备接口及与运行人员联系一、控制系统的配置控制系统的配置总控制是高压直流输电控制系统的一部分，它的主要作用是对直流系统的每一个换流站提供该站控制系统所需的输入指令，使直流输电系统按设计要求运行（例如实现功率、频率或电流的控制等）。站控制是构成一个完整的整流站或逆变站的控制、监视和保护系统的公共部分，它对换流站内每一个极（正、负极）提供互相协调的被调量指令，如电流或功率指令等。控制系统的配置极控制是使换流站内每一个极的各个换流器单元（又称换流桥）的控制系统互相协调，使提供的被调量指令只产生最小的谐波量。桥控制用于控制构成换流器的每个阀的触发相位。所设计的直流输电系统的各种运行控制特性，最终是通过桥控制来实现的。桥控制通常包括以下几部分：1）脉冲相位控制装置；用来产生触发换流阀的控制脉冲2）换流桥监视装置：用来测量、记录和显示与换流桥有关的重要电气量、机械量和热量的参数3）换流桥保护装置：用来保护换流桥有关部件，以防止由于异常工况或事故而造成的损害4）换流桥程序控制装置：用来使换流桥的相位控制装置、监视和保护装置的工作协调起来，并且能够在运行工况发生变化时，对换流桥进行有关的程序控制二、控制系统的基本要求1）为了避免电流流过阀和其它载流元件出现危险的状况，应限制电流的最大值。2）要求限制由于交流系统的波形而引起的直流电流波动。3）尽可能使功率因数保持较高的值。4）尽可能防止逆变器换相失败。5）为了使功率损耗最小，要求保持线路送端电压恒定并且等于额定值。6）为控制所输送的功率，有时则要求控制某一端的频率。尽可能使功率因数保持较高值的原因1）对于给定的阀和变压器的电流和电压额定值，要求尽可能高的保持换流器的功率额定值。2）减小阀和阻力回路的应力。3）使接至换流器的交流回路中所需要的电流和铜耗达到最小值。4）当换流器的负荷减小时，使换流器的交流端的电压降低到最小值。功率因数可以通过接入并联电容器而得到提高，当然这样必然增加电容器的投资及增设当换流器负荷变化时改变电容的切换装置。换流器的功率因数对整流站：对逆变站：从上两式可知，如果要得到较高的功率因数，则应使延迟角α或熄弧角γ尽可能小。1coscoscos21coscoscos2对于整流器，可使α＝０，则cosΦ=1，但为确保触发前阀上有足够的电压，有一个最小α角的限制，大约为５°正常运行时α角的范围为15°-20°。对于逆变器，为了避免换相失败，在换相电压易号之前换相必须完成，所以γ必须要大于某一临界值。50Hz系统可采纳的裕度为15°，60Hz为18°6.2控制的基本方式12dddlVVIR当越前角β恒定时'111cosddcEVIR'222cosddcVEIR''1212coscosdclcEEIRRR当熄弧角γ为恒定时'222cosddcVEIR''1212coscosdclcEEIRRR改变直流电流（或功率）的方式：1调节整流器的触发延迟角α或逆变器的越前角β（或熄弧角γ)，即调节加到换流阀控制极的触发脉冲相位，简称控制极调节。2调节换流器的交流电势Ｅ１、Ｅ２，一般靠调节发电机励磁或改变换流变压器分接头来实现。用控制极进行调节，不但调节范围大，而且非常迅速，是直流输电系统的主要调节手段，用改变发电机励磁和换流变分接头来进行调节其速度较慢，如改变换流变分接头通常每挡需要5s-6s，而改变α或β（或γ）则只需要20ms-30ms，通常这两种方法是配合使用的。直流输电系统基本的控制方式有：定电流控制、定电压控制、定越前角β控制、定熄弧角γ控制和定延迟角α控制等。在直流电流控制的基础上，如果修改控制指令，即可发展成为功率控制、交流系统频率控侧以及潮流翻转控制等。