高压直流输电 直流控制与 保护

Chap.5直流控制与保护高压直流输电3/11/2023chap.5直流控制与保护课程安排第五章直流控制与保护➢5.1直流控制系统的配置➢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3/11/20232chap.5直流控制与保护第五章直流控制与保护直流控制保护系统的重要性直流输电运行性能、保护均极大地依赖于控制系统。直流控制保护系统的基本功能起停控制直流功率大小及方向控制抑制HVDC不正常运行及对所连交流电网的干扰故障保护3/11/20233chap.5直流控制与保护第五章直流控制与保护直流控制保护系统的特点➢分层结构➢多重化设计3/11/20234chap.5直流控制与保护5.1直流控制系统的配置·

分层结构。两端直流输电控制系统一般分为6个层次等级双极方式HVDC原理图高层低层慢快极控制级换流阀控制级系统控制级双级控制级换流器控制级单独控制级可合并可合并3/11/20235chap.5直流控制与保护5.2直流控制原理·

HVDC等效电路-1逆变器等效电路整流器等效电路外特性方程:3/11/20236chap.5直流控制与保护5.2直流控制原理·

HVDC等效电路-2逆变器等效电路整流器等效电路外特性方程:3/11/20237chap.5直流控制与保护5.2直流控制原理其中，理想空载直流电压:·

直流电流或定γ等效电路,定β等效电路3/11/20238chap.5直流控制与保护5.2直流控制原理·

直流功率意味着可以通过改变角度（α或β）和交流电压（U1

）数值来调节直流电流和功率。双极方式HVDC原理图,定γ等效电路,定β等效电路3/11/20239chap.5直流控制与保护5.2直流控制原理·

直流控制手段➢触发脉冲相位控制：调节α(或β)3/11/202310换流变分接头控制:调节换流变分接头·两类控制手段比较chap.5直流控制与保护3/11/2023115.3直流基本控制及其控制特性·

基本控制保证HVDC正常运行所必需的最低限度的控制。包含定触发角控制定电流控制启停控制换流变分接头控制定关断角控制定电压控制潮流反转控制控制配置chap.5直流控制与保护5.3.1定触发角控制控制特性方程:特点关于α的下倾的直线簇α增加,直线向下平移通常o控制特性曲线3/11/202312定αmin控制chap.5直流控制与保护5.3.2定关断角控制关断角可直接测量,但不可直接控制。控制特性方程:特点关于γ的下倾的直线簇γ增加,直线向下平移通常o控制特性曲线3/11/202313chap.5直流控制与保护5.3.3定电流控制定电流控制(CurrentControl)控制特性方程:选Id为控制对象的原因➢Pd的变化主要由Id决定➢有效限制故障电流的上升两侧换流站均装设定电流控制,因此需要协调配合。协调控制1,控制配置3/11/202314chap.5直流控制与保护5.3.3定电流控制配合原则➢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目的当Id下降过多时,协助整流站定电流控制,使Id迅速恢复正常值。ΔId3/11/202315chap.5直流控制与保护5.3.3定电流控制基本控制原则----电流裕度法一直沿用至今，被证明是十分有效的控制方法；稳态、暂态运行下都必须保持足够的电流裕度ΔId；规定:控制配置直流基本控制特性ΔId稳态运行工作点3/11/202316chap.5直流控制与保护5.3直流基本控制及其控制特性·两站控制协调配合方式1➢整流站:定电流、定αmin控制➢逆变站:定关断角、定电流控制ΔId稳态运行工作点➢HVDC系统特性:√静态稳定√换相失败风险低3/11/202317√弱受端系统时可能出现换流母线电压不稳定直流基本控制特性chap.5直流控制与保护5.3直流基本控制及其控制特性ü

极弱受端系统时可能出现另一种电压不稳定—稳态运行工作点3/11/202318“三交点不稳定”其中,N、B--稳定运行点A—不稳定运行点两站控制协调配合方式1的适用性:强受端系统chap.5直流控制与保护5.3.4定电压控制定电压控制(VoltageControl)控制特性方程:选Ud为控制对象的原因:➢减少逆变站发生电压不稳定的几率➢配合整流站的定电流控制，实现对直流功率的控制协调控制2,控制配置,三交点不稳定3/11/202319chap.5直流控制与保护5.3直流基本控制及其控制特性·两站控制协调配合方式2➢整流站:定电流、定αmin控制➢逆变站:定电压、定电流控制、定关断角➢HVDC系统特性:稳态运行工作点3/11/202320√静态稳定√换流母线电压不稳定风险低√轻载时逆变器吸收无功大适用性:弱受端系统chap.5直流控制与保护3/11/2023215.3.5启停控制分类➢正常启动正常停运故障紧急停运（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,以及对两侧系统的冲击,正常启停按照一定步骤顺序进行。chap.5直流控制与保护3/11/202322正常启动控制顺序·正常启动控制类型➢先建电压,后建电流➢先建电流,后建电压chap.5直流控制与保护正常启动控制顺序·1.正常启动控制方法1（先建电压，后建电流）的控制顺序合两侧交流断路器,使换流变压器和换流器带电；合两侧直流线路开关,使直流线路与换流器相连；以α=1800的角度解锁逆变器,建立直流电压（0.7~0.8p.u.）；以α=1500的角度解锁整流器；同时减小两侧α,建立直流电流。3/11/202323chap.5直流控制与保护3/11/202324正常启动控制顺序·2.正常启动控制方法2（先建电流，后建电压又称“BPP法/旁通对启动法”）的控制顺序使两侧换流器形成BPP；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；以α=600 700的角度解锁整流器；以α=11001200

的角度解锁逆变器；同时减小两侧α,建立直流电压（0.4～0.8p.u.）；逐渐增大电流指令,建立直流电流。chap.5直流控制与保护3/11/202325正常启动控制顺序·正常启动时间➢一般为几秒 几十分钟➢受端系统越弱,正常启动时间越长双极方式HVDC原理图chap.5直流控制与保护双极方式HVDC原理图,BPP电路263/11/2023正常停运控制顺序·BPP法的主要步骤➢逐渐减小电流指令,降低直流电流；➢使α=12001500,延时20-40ms后,闭锁整流器；➢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；➢断开两侧交流断路器·正常停运时间➢一般为几百ms➢受端系统越弱,正常停运时间越长chap.5直流控制与保护双极方式HVDC原理图,BPP电路273/11/2023故障紧急停运控制顺序1200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控制顺序➢快速移相:α=1200 1500（整流器）α=1100（逆变器）➢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➢断开两侧交流断路器·故障紧急停运时间:一般为几十mschap.5直流控制与保护3/11/202328自动再启动控制顺序目的:直流线路瞬时故障后，迅速恢复送电主要步骤➢整流器紧急移相➢经过100-500ms的弧道去游离时间，按正常启动恢复HVDC的运行双极方式HVDC原理图,chap.5直流控制与保护5.3.6潮流反转控制每侧控制系统均具有“三段式组合控制”常用方法➢阀不闭锁方式➢阀闭锁方式组合控制特性3/11/202329chap.5直流控制与保护阀不闭锁方式潮流反转潮流反转示意图·

实现方法➢1）反置裕度整定新逆变器:新整流器:➢2）控制系统自动调节双极方式HVDC原理图,3/11/202330chap.5直流控制与保护阀闭锁方式潮流反转·实现方法:先停运,后启动双极方式HVDC原理图,3/11/202331chap.5直流控制与保护5.3.7换流变分接头控制目的保持触发角在合适的角度保持关断角在合适的角度保证直流电压在期望值保证换流变阀侧空载电压恒定控制原则:考虑数秒延时3/11/202332chap.5直流控制与保护3/11/2023335.4改善直流控制特性的其他控制·包含:低压限流（VDCOL）控制电流裕度平滑转移控制（Amax控制）电流裕度补偿控制（CMR）各种限制环节:如αmin、αmax、Idmin、Idmaxchap.5直流控制与保护5.4改善直流控制特性的其他控制·1.低压限流（VDCOL）➢目的√降低晶闸管在连续换相失败时所承受的压力；√避免交流系统故障时直流系统的不稳定性；√有利于交、直流系统故障后快速恢复功率传输；√减少恢复过程中发生连续换相失败的可能性。VDCOL静态特性3/11/202334chap.5直流控制与保护5.4改善直流控制特性的其他控制2、电流裕度平滑转移（Amax控制）3.电流裕度补偿控制（CMR）Amax控制3/11/202335chap.5直流控制与保护5.4改善直流控制特性的其他控制·4.限制环节HVDC静态稳定工作区αmin=3050γminIdmaxIdmin

=

0.1p.u.3/11/202336chap.5直流控制与保护5.4改善直流控制特性的其他控制·

直流工程控制特性3/11/202337Chap.5直流控制与保护结束3/11/2023Thank

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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_wenjun@126.com

chap.5直流控制与保护双极方式HVDC原理图209kV双极双桥葛洲坝

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