直流基本控制理论PPT课件

.,1,直流基本控制理论,超高压输电公司安宁局韩建伟2020年5月20日,800kV云广特高压直流输电工程,.,2,目录,一、换流器U/I控制特性图二、控制方式基本原理三、几种基本控制方式介绍四、控制系统实际应用五、换流变分接头控制方式,.,3,一、换流器U/I控制特性图,.,4,1-整流器直流电压控制特性，用来限制最大直流电压，可取电压整定值为1.1倍额定电压；2-最小控制特性，一般为5度；3-整流器定直流电流控制特性，电流整定值可在最小值和最大值之间变化，最小值取额定电流的10%，最大值为过负荷电流值；4-整流器的低压限流VDCL控制特性，通常取电压降低到30%-40%的额定电压时，可将直流电流降低到30%的额定电流；5-低压限流动作后，整流器的定电流控制特性，可取额定直流电流的30%；6-逆变器定熄弧角控制特性，可取15-18度,.,5,7-逆变器的电流差值控制特性，是为了防止在整流器定电流控制转为逆变器定电流控制过程中产生电流振荡的不稳定情况（逆变器采取的一种控制特性）；8-逆变器的定电流特性，整定值比整流器小大约10%；9-逆变器的低压限流控制特性，当直流电压降低到额定值的40-50%时，控制系统自动将直流电流降低到额定电流的20%；10-逆变器在VDCL动作后的定电流控制特性，可取额定电流的20%；11-逆变器的最大控制特性，可取60-70度,.,6,12和13为额定直流功率和1/2额定功率的整流器的定功率特性。整流侧定电流控制逆变侧定角控制时的稳态运行工作点为A，当整流侧交流电压降低或逆变侧直流电压升高，而使整流器运行在最小控制，逆变器运行在定电流控制时，则工作点移到B。整流器定功率控制(Pd为1/2的额定值），逆变器定直流电压控制（额定直流电压）的稳态工作点为C。,.,7,二、控制方式基本原理,.,8,根据上图的等效电路图，我们可以得出下列式子：,.,9,通过调节整流器的触发延迟角或逆变器的触发超前角（或熄弧角），即调节加到换流阀控制极或栅极的触发脉冲相位，快速而大范围地控制直流线路的电流、电压和功率，所需时间1ms-10ms。控制极调节，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，也是直流系统区别于交流系统的最大优点。利用换流变分接头的带负荷切换调节换流器的交流电势，进行慢速的控制。换流变压器分接头的改变通常每当需要5s-6s。,.,10,基本控制策略的关键：,（一）、确定触发角：确定控制对象和控制策略，然后根据交流系统的强弱程度及自己对直流系统控制保护要求的认识和研究结果，针对不同换流器和其他直流主设备应力设计以及控制保护设备本身的性能等因素来设计、确定两端调节器类型的配合和参数的匹配。对稳态下整流/逆变两端的基本控制模式，ABB公司选择的是定电流/定熄弧角调节器，西门子公司选择的是定电流/定电压调节器。（二）、触发脉冲发生1、确定触发角的起始点：于交流换相电压取得同步锁相同步,.,11,硬件倍频发生器；软件数字信号处理器；2、触发方式按相触发：换流器触发角计时的起始点按照各自交流电压的相位为基准；等间距触发：控制系统以某相交流电相位为基准，按照触发角的控制指令发出触发脉冲，此后的触发脉冲依次等距发出。,.,12,三、几种基本控制方式介绍,（一）、定电流控制：控制特性为一垂直线，维持直流电流为恒定值。,.,13,通过光CT测量实际的直流电流Id，然后将Id与整定值Id0在加法环节中进行比较得到电流偏差量。将差值输入控制放大器A中进行放大，把放大的信号输入相位控制单元PC中，然后进行所需的相位控制。,.,14,整流侧和逆变侧配置完全一致的闭环电流调节器，只是用于逆变状态时，电流的整定值必须要减小一个电流裕度，以避免两侧换流器的定电流特性重叠而引起运行点漂移不定。一般I=（0.1-0.15）Id0。当0，电流控制试图增加PI控制器的输出使触发角向5度改变。当0，将增大PI控制器输出试图使触发角向5度改变以减小电压，当0将减小PI控制器输出试图使触发角向180度改变增大电压。在整流站，直流电压控制主要用于通过增大触发角来限制直流不过电压，一般还要增加一个电压裕度以保证在正常情况下不起作用。在逆变站，正常运行时直流电压控制起作用以保持该极的直流电压。,.,19,整流站电压控制的一个重要作用是，当换流器强制移相释放时，在逆变站闭锁情况下防止过度的过电压。同时，电压控制不能对恢复过程中的电流控制器产生影响。为此，整流站的电压裕度在故障恢复期间被设定为30%，只有在直流电压超过103%时，才被切换成4%。这样既避免了恢复期间电压控制对电流控制的干扰，又防止了过度过电压。另外在直流线路轻载运行时，由于逆变器的角比满载时大，采用定电压控制对防止换相失败有利。,.,20,（三）、定触发角控制,定触发角控制分为两种：整流侧延迟角控制（定角）逆变侧定越前角控制（定角）,.,21,整流侧：1、一组斜率为-Rcr的平行线组；2、越大，相应的伏安特性越低；3、当交流电压E1或变压器变比K1变化时，特性直线将平行地上下移动。,.,22,逆变侧：1、一组斜率为-Rci的平行线组；2、越大，相应的伏安特性越低；3、当交流电压E2或变压器变比K2变化时，特性直线将平行地上下移动。,.,23,由于伏安特性的斜率一般很小，因此交流电网的微小电压波动，都会引起直流电流和直流功率的大幅变化。直流功率的大幅变化将导致两端交流系统运行变得困难。直流电流大幅变化会使直流系统的运行产生安全问题。（1）Id过大会导致换流器过载；（2）Id过小则可能发生直流电流间断而引发过电压。,.,24,（四）、定熄弧角控制,在直流输电系统中，当换流器作为逆变器运行时，必须设定熄弧角控制系统，才能保证直流输电系统的安全、经济运行。在实际应用中，逆变器的控制方式并不以作为控制对象，而是以熄弧角作为控制对象。实际上两者的控制方式基本相同。=+所以对进行控制实质上就是对进行了控制。,.,25,定熄弧角控制：1、一组斜率为-Rci的平行线组；2、越大，相应的伏安特性越低；3、当交流电压E2或变压器变比K2变化时，特性直线将平行地上下移动。,.,26,逆变器熄弧角和触发超前角的关系：,如果角（或）不变，Id减小或E2增大时，角都将会增大；反之都要使角减小。尤其是交流系统发生故障导致E2大幅度下降、Id瞬时上升时，将急剧减小。逆变器运行时，如果某阀的角小于最小临界值，就不可避免地要发生换相失败。为了使逆变器能够承受一定程度的E2和Id的扰动，要求它在正常运行时实际的角大于临界值，具有足够的裕度。,.,27,减小换相失败的发生机率，要求逆变器的熄弧角必须不小于最小熄弧角min，以保证可控硅正向阻断能力恢复并具有一定安全裕度。另外，为了尽量提高逆变器运行的功率因数，则要求熄弧角尽量小一些。在实际运行中就要平衡这两者之间的矛盾，使效果达到最佳。一般对可控硅原件构成的高压阀，熄弧角最小临界值为6-10度，故定熄弧角控制的整定值一般取18度。,.,28,四、控制系统实际应用,在高压直流输电系统中，实际应用的控制方式并不是某一种，而是集中基本方式的组合，它们各自负担着不同的控制调节任务而又互相配合，即使在整流器或逆变器中也不是仅仅单一地采用某一种控制方式。,整流侧：定触发角定电流逆变侧：定熄弧角（定电压）定电流Im称为电流裕度。,.,29,电压控制输出将作为电流控制的上限值或下限值。当处于逆变运行时，它将作为电流控制器的上限值，以限制最大触发角输出；当处于整流运行时，它将作为电流控制器的下限值，以限制最小触发角输出。电流裕度是为了避免两端电流调节器同时工作引起的调节不稳定，逆变侧电流调节器的定值比整流侧小10%。当逆变侧电流控制起作用后，Iref-Imarg将决定整个直流系统的电流大小。因此整流侧电流裕度补偿将起作用增大整流侧电流命令并将该命令送到逆变侧以保证整个直流系统电流没有很大幅度的减小。,.,30,低压限流功能,低压限流环节的任务是在直流电压降低时对直流电流指令进行限制，它的主要作用在于：1、交流侧扰动后，提高交流系统电压稳定性；2、帮助直流系统在交直流故障后快速可控的回复；3、避免连续的换相失败引起的阀应力。U/I特性图中的5和10分别表示整流器和逆变器在低电压时的最小电流限制，用来防止直流电流间断而引起的过电压，减小线路有功损耗和逆变器的无功损耗。,.,31,触发角限制,在通信失效或者直流线路故障的暂态期间，为了防止逆变器进入整流工况，逆变器还应装设相应的相角限制器，以保证控制角不进入整流状态（即保证90）。一般逆变器的触发超前角限制在70-85的范围内。整流器是可以运行于逆变区，以便在某些故障条件下支持系统。整流器触发角的最大限制一般为90-140之间。,.,32,五、换流变分接头控制方式,定角度控制模式通过调节分接头位置来保持触发角在一定范围内，当检测到触发角大于其范围的上限值时，则通过切换分接头位置使换流变变比降低，再通过换流器控制器的作用使控制角减小；当检测到控制角小于其范围的下限时，反方向切换分接头位置，使换流变压器变比上升来增大控制角。定电压模式分接头定电压控制通过调节分接头位置来保持换流变二次侧电压在一定的范围内，其动作原理与定角度差不多，只是控制参考量不同。,.,33,换流变有载分接头采用定电压控制，由于只需检测换流变二次侧电压，再经过公式换算，求得的值与整定值进行比较并根据差值决定动作，所以控制较为简单，而且分接头动作不太频繁，有利于延长分接头控制机构的寿命。但是由于要保持换流变二次电压恒定，所以不管输送功率和直流电压如何变化，这一值都不变，从而导致触发角波动范围较大，尤其是在较小功率或降压运行时，换流器将运行在较大的触发角和熄弧角，这样导致一下不利影响:换流器运行不经济，吸收无功多；阀和直流开关场设备承受的电气应力增大；阀阻尼回路损耗大；交直流