1、2023-4-30Chap.5 Chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 高压直流输电高压直流输电chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-302课程安排课程安排第五章第五章 直流控制与保护直流控制与保护5.1 直流控制系统的配置直流控制系统的配置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 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-303第五章第五章 直流控制与保护直流控制与保护 直流控制保护系统的重要性直流控制保护系统的重要性 直流输电运行性能、保护均极大
2、地依赖于控制系直流输电运行性能、保护均极大地依赖于控制系统。统。直流控制保护系统的基本功能直流控制保护系统的基本功能 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不正常运行及对所连交流电网的干扰不正常运行及对所连交流电网的干扰 故障保护故障保护 chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-304第五章第五章 直流控制与保护直流控制与保护 直流控制保护系统的特点直流控制保护系统的特点分层结构分层结构多重化设计多重化设计chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-3055.1 直流控制系统的配置直流控制系统的配置分层结构分层结构。两端
3、直流输电控制系统一般分。两端直流输电控制系统一般分为为6个层次等级个层次等级双极方式HVDC原理图 高层高层 低层低层 慢慢 快快双级控制级双级控制级极控制级极控制级换流阀控制级换流阀控制级系统控制级系统控制级换流器控制级换流器控制级单独控制级单独控制级可合并可合并可合并可合并chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-3065.2 直流控制原理直流控制原理 HVDC等效电路等效电路-1整流器等效电路整流器等效电路逆变器等效电路逆变器等效电路0cosdrd rxrdUUd I外特性方程：外特性方程：0cosdidixidUUd Ichap.5 直流控制与保护直流控制与保护 202
4、3-4-3075.2 直流控制原理直流控制原理 HVDC等效电路等效电路-2整流器等效电路整流器等效电路逆变器等效电路逆变器等效电路0cosdrd rxrdUUd I外特性方程：外特性方程：0cosdidixidUUd Ichap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-3085.2 直流控制原理直流控制原理 直流电流直流电流coscosdordoidxrdxiUUIdRd其中，其中，理想空载直流电压理想空载直流电压：coscosdordoidxrdxiUUIdRd或或0113 21.35dUUU定等效电路，定等效电路chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-3095.
5、2 直流控制原理直流控制原理 直流功率直流功率drdr dPU I 意味着可以意味着可以通过改变角度通过改变角度（或或）和和交流电压交流电压（U1）数值）数值来调节来调节直流电流和功率。直流电流和功率。双极方式HVDC原理图,定等效电路，定等效电路didi dPU Ichap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30105.2 直流控制原理直流控制原理 直流控制手段直流控制手段触发脉冲相位控制：调节触发脉冲相位控制：调节(或或)换流变分接头控制：调节换流变分接头换流变分接头控制：调节换流变分接头两类控制手段比较两类控制手段比较 项项 目目触发脉冲相位控制触发脉冲相位控制换流变分接头
6、控制换流变分接头控制调节范围调节范围宽宽窄窄调节速度调节速度快快慢慢调节平稳性调节平稳性平稳平稳不平稳不平稳 结结 论论主要控制手段主要控制手段辅助控制手段辅助控制手段chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30115.3 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 保证保证HVDC正常运行所必需的最低限度的控制。正常运行所必需的最低限度的控制。包含包含定触发角控制定触发角控制定电流控制定电流控制启停控制启停控制换流变分接头控制换流变分接头控制定关断角控制定关断角控制定电压控制定电压控制潮流反转控制潮流反转控制控制配置chap.5 直流控制与保护直流控制
7、与保护 2023-4-30125.3.1 定触发角控制定触发角控制控制特性方程控制特性方程:特点特点0cosdrd rxrdUUd I 关于关于 的下倾的下倾的直线簇的直线簇 增加，直线增加，直线向下平移向下平移 通常通常00152.500min53o12301cosd rUdrUdI02cosd rU03cosd rUtanxrd控制特性曲线控制特性曲线定定min控制控制chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30135.3.2 定关断角控制定关断角控制关断角可直接测量，但不可直接控制。关断角可直接测量，但不可直接控制。控制特性方程控制特性方程:特点特点0cosdid ix
8、idUUd I 关于关于 的下倾的直的下倾的直线簇线簇 增加，直线向增加，直线向下平移下平移 通常通常0018151coscos(32)/(3)drILUo12301cosd iUdiUdI02cosd iU03cosd iUtanxid控制特性曲线控制特性曲线chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30145.3.3 定电流控制定电流控制 定电流控制定电流控制(Current Control)控制特性方程控制特性方程:选选Id 为控制对象的原因为控制对象的原因Pd 的变化主要由的变化主要由Id决定决定有效限制故障电流的上升有效限制故障电流的上升 两侧换流站均装设定电流控制，
9、因此需要协调两侧换流站均装设定电流控制，因此需要协调配合。配合。ddrefII协调控制1,控制配置chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30155.3.3 定电流控制定电流控制配合原则配合原则整流站定电流控制为主整流站定电流控制为主逆变站定电流控制为辅逆变站定电流控制为辅逆变站定电流控制目的逆变站定电流控制目的 当当Id下降过多时，协助整下降过多时，协助整流站定电流控制，使流站定电流控制，使 Id 迅迅速恢复正常值。速恢复正常值。Idchap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30165.3.3 定电流控制定电流控制基本控制原则基本控制原则-电流裕度法电流裕度
10、法一直沿用至今，被一直沿用至今，被证明是十分有效的证明是十分有效的控制方法；控制方法；稳态、暂态运行下稳态、暂态运行下都必须保持足够的都必须保持足够的电流裕度电流裕度 Id；规定：规定：10%25%ddrefII控制配置直流基本控制特性直流基本控制特性Id稳态运行工作点稳态运行工作点chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30175.3 直流基本控制及其控制特性直流基本控制及其控制特性两站控制协调配合方式两站控制协调配合方式1整流站：定电流、定整流站：定电流、定min控制控制逆变站：定关断角、定电流控制逆变站：定关断角、定电流控制HVDC系统系统特性：特性：直流基本控制特性直
11、流基本控制特性Id稳态运行工作点稳态运行工作点静态稳定静态稳定换相失败风险低换相失败风险低 弱受端系统弱受端系统时可时可能出现换流母线能出现换流母线电压不稳定电压不稳定chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30185.3 直流基本控制及其控制特性直流基本控制及其控制特性极弱受端系统极弱受端系统时可能出现另一种电压不稳定时可能出现另一种电压不稳定“三交点不稳定三交点不稳定”稳态运行工作点稳态运行工作点其中，其中，lN、B-稳定运行点稳定运行点lA不稳定运行点不稳定运行点两站控制协调配两站控制协调配合方式合方式1的适用性：的适用性：强受端系统强受端系统chap.5 直流控制与保
12、护直流控制与保护 2023-4-30195.3.4 定电压控制定电压控制定电压控制定电压控制(Voltage Control)控制特性方程控制特性方程:选选Ud为控制对象的原因：为控制对象的原因：减少逆变站发生减少逆变站发生电压不稳定电压不稳定的几率的几率 配合整流站的定电流控制，实现对直流功率的配合整流站的定电流控制，实现对直流功率的控制控制ddrefUU协调控制2,控制配置，三交点不稳定chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30205.3 直流基本控制及其控制特性直流基本控制及其控制特性两站控制协调配合方式两站控制协调配合方式2整流站：定电流、定整流站：定电流、定min
13、控制控制逆变站：定电压、定电流控制、定关断角逆变站：定电压、定电流控制、定关断角HVDC系统系统特性：特性：静态稳定静态稳定 换流母线电压不稳定换流母线电压不稳定风险低风险低 轻载时逆变器吸收无轻载时逆变器吸收无功大功大稳态运行工作点稳态运行工作点适用性：适用性：弱受端系统弱受端系统chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30215.3.5 启停控制启停控制分类分类正常启动正常启动 正常停运正常停运 故障紧急停运故障紧急停运（故障后的）自动再启动（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，以及为减小启停过程产生的过电压和过电流，以及对两侧系统的冲击，正常启停按
14、照一定步骤顺序对两侧系统的冲击，正常启停按照一定步骤顺序进行。进行。chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30225.3.5.1 正常启动控制顺序正常启动控制顺序正常启动控制类型正常启动控制类型先建电压，后建电流先建电压，后建电流先建电流，后建电压先建电流，后建电压chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30235.3.5.1 正常启动控制顺序正常启动控制顺序1、正常启动控制方法、正常启动控制方法1（先建电压，后建电流）（先建电压，后建电流）的的控制顺序控制顺序合两侧交流断路器，使换流变压器和换流器带电；合两侧交流断路器，使换流变压器和换流器带电；合两侧直
15、流线路开关，使直流线路与换流器相连；合两侧直流线路开关，使直流线路与换流器相连；以以=1800 的角度解锁逆变器，建立直流电压的角度解锁逆变器，建立直流电压（0.70.8p.u.）；）；以以=1500 的角度解锁整流器；的角度解锁整流器；同时减小两侧同时减小两侧，建立直流电流。，建立直流电流。chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30245.3.5.1 正常启动控制顺序正常启动控制顺序2、正常启动控制方法、正常启动控制方法2（先建电流，后建电压又（先建电流，后建电压又称称“BPP法法/旁通对启动法旁通对启动法”）的控制顺序）的控制顺序使两侧换流器形成使两侧换流器形成BPP；
16、合两侧交流断路器，使换流变压器和换流器带电；合两侧交流断路器，使换流变压器和换流器带电；合两侧直流线路开关，使直流线路与换流器相连；合两侧直流线路开关，使直流线路与换流器相连；以以=600 700 的角度解锁整流器；的角度解锁整流器；以以=1100 1200 的角度解锁逆变器；的角度解锁逆变器；同时减小两侧同时减小两侧，建立直流电压（，建立直流电压（0.40.8p.u.）；）；逐渐增大电流指令，建立直流电流。逐渐增大电流指令，建立直流电流。chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30255.3.5.1 正常启动控制顺序正常启动控制顺序正常启动时间正常启动时间一般为几秒一般为几
17、秒 几十分钟几十分钟受端系统越弱，正常启动时间越长受端系统越弱，正常启动时间越长双极方式HVDC原理图chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30265.3.5.2 正常停运控制顺序正常停运控制顺序BPP法的主要步骤法的主要步骤逐渐减小电流指令，降低直流电流；逐渐减小电流指令，降低直流电流；使使=1200 1500，延时，延时20-40ms后，闭锁整流器；后，闭锁整流器；直流电流为零后，闭锁逆变器，投入直流电流为零后，闭锁逆变器，投入BPP；断开两侧直流线路开关；断开两侧直流线路开关；断开两侧交流断路器断开两侧交流断路器正常停运时间正常停运时间一般为几百一般为几百ms受端系统
18、越弱，正常停运时间越长受端系统越弱，正常停运时间越长双极方式HVDC原理图，BPP电路chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30275.3.5.3 故障紧急停运控制顺序故障紧急停运控制顺序故障紧急停运：交直流系统故障中的停运过程。故障紧急停运：交直流系统故障中的停运过程。目的：抑制直流电流，迅速消除故障点电弧目的：抑制直流电流，迅速消除故障点电弧控制顺序控制顺序快速移相：快速移相：=1200 1500（整流器）（整流器）=1100 1200（逆变器）（逆变器）直流电流为零后，闭锁整流器，闭锁逆变器，投入直流电流为零后，闭锁整流器，闭锁逆变器，投入BPP断开两侧直流线路开关断
19、开两侧直流线路开关断开两侧交流断路器断开两侧交流断路器故障紧急停运时间故障紧急停运时间:一般为几十一般为几十ms双极方式HVDC原理图，BPP电路chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30285.3.5.4 自动再启动控制顺序自动再启动控制顺序目的目的：直流线路瞬时故障后，迅速恢复送电：直流线路瞬时故障后，迅速恢复送电主要步骤主要步骤整流器紧急移相整流器紧急移相经过经过100-500ms的弧道去游离时间，按正常启动的弧道去游离时间，按正常启动恢复恢复HVDC的运行的运行双极方式HVDC原理图，chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30295.3.6 潮流
20、反转控制潮流反转控制每侧控制系统均具有每侧控制系统均具有“三段式组合控制三段式组合控制”常用方法常用方法阀不闭锁方式阀不闭锁方式阀闭锁方式阀闭锁方式 组合控制特性组合控制特性dUdIOdrefIchap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30305.3.6.1 阀不闭锁方式潮流反转阀不闭锁方式潮流反转实现方法实现方法1）反置裕度整定）反置裕度整定2）控制系统自动调节）控制系统自动调节双极方式HVDC原理图，潮流反转示意图潮流反转示意图dUdIOdrefINdiIAddIIdidrIIdrdiII新逆变器新逆变器:新新整流整流器器:chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 202
21、3-4-30315.3.6.2 阀闭锁方式潮流反转阀闭锁方式潮流反转实现方法实现方法:先停运，后启动先停运，后启动双极方式HVDC原理图，chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30325.3.7 换流变分接头控制换流变分接头控制目的目的 保持触发角在合适的角度保持触发角在合适的角度 保持关断角在合适的角度保持关断角在合适的角度 保证保证直流电压直流电压在期望值在期望值 保证换流变阀侧空载电压恒定保证换流变阀侧空载电压恒定控制原则控制原则：考虑数秒延时：考虑数秒延时 00152.5000(15 18)2.51 2%.dUpu chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 202
22、3-4-30335.4 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：低压限流（低压限流（VDCOL）控制）控制 电流裕度平滑转移控制（电流裕度平滑转移控制（Amax 控制）控制）电流裕度补偿控制（电流裕度补偿控制（CMR）各种限制环节：各种限制环节：如如min、max、Idmin、Idmax chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30345.4 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、低压限流、低压限流（VDCOL）目的目的降低晶闸管在连续换相失败时降低晶闸管在连续换相失败时所承受的压力；所承受的压力；避免交流系统故障时直流系统避免交流系
23、统故障时直流系统的不稳定性；的不稳定性；有利于交、直流系统故障后快有利于交、直流系统故障后快速恢复功率传输；速恢复功率传输；减少恢复过程中发生连续换相减少恢复过程中发生连续换相失败的可能性。失败的可能性。VDCOL静态特性静态特性chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30355.4 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2、电流裕度平滑转移（、电流裕度平滑转移（Amax 控制）控制）3、电流裕度补偿控制（、电流裕度补偿控制（CMR）Amax控制控制chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30365.4 改善直流控制特性的其他控制改善直流控制特
24、性的其他控制4、限制环节、限制环节HVDC静态稳定工作区静态稳定工作区dUdIOmin=30 50minIdmaxIdmin=0.1p.u.chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-30375.4 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直流工程控制特性直流工程控制特性2023-4-30文文 俊俊华北电力大学电气与电子工程学院 柔性电力技术研究所hbdl_chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-3039双极方式双极方式HVDC原理图原理图双极双桥双极双桥 葛洲坝葛洲坝南南 桥桥20932093525/209kVIdId19831983230/500
25、kV500kV500kV198kV220kVchap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-3040交流系统相对强度规定交流系统相对强度规定短路比：短路比：有效短路比：有效短路比：kdeSSCRP deCkPQSESCR规定规定强系统强系统弱系统弱系统极弱系统极弱系统SCR5353232换流母线短路容量换流母线短路容量额定直流功率额定直流功率换流站无功换流站无功补偿总容量补偿总容量chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-3041某直流工程控制特性某直流工程控制特性chap.5 直流控制与保护直流控制与保护 2023-4-3042BPP启停电路图启停电路图旁旁通对通对（By Pass Pair，BPP）
