高压直流输电直流控制与保护.ppt

2019/9/21,Chap.5 直流控制与保护,高压直流输电,2019/9/21,2,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,2019/9/21,3,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,2019/9/21,4,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,2019/9/21,5,5.1 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,双级控制级,极控制级,换流阀控制级,系统控制级,换流器控制级,单独控制级,可合并,可合并,2019/9/21,6,5.2 直流控制原理,HVDC等效电路-1,整流器等效电路,逆变器等效电路,外特性方程：,2019/9/21,7,5.2 直流控制原理,HVDC等效电路-2,整流器等效电路,逆变器等效电路,外特性方程：,2019/9/21,8,5.2 直流控制原理,直流电流,其中，理想空载直流电压：,或,定等效电路，定等效电路,2019/9/21,9,5.2 直流控制原理,直流功率,意味着可以通过改变角度（或）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, 定等效电路，定等效电路,2019/9/21,10,5.2 直流控制原理,直流控制手段 触发脉冲相位控制：调节(或) 换流变分接头控制：调节换流变分接头 两类控制手段比较,2019/9/21,11,5.3 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,2019/9/21,12,5.3.1 定触发角控制,控制特性方程: 特点,关于 的下倾的直线簇 增加，直线向下平移,通常,2019/9/21,13,5.3.2 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 的下倾的直线簇 增加，直线向下平移,通常,2019/9/21,14,5.3.3 定电流控制,定电流控制 (Current Control) 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,2019/9/21,15,5.3.3 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。,2019/9/21,16,5.3.3 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 Id ； 规定：,控制配置,2019/9/21,17,5.3 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min控制 逆变站：定关断角、定电流控制 HVDC系统特性：,直流基本控制特性,静态稳定 换相失败风险低 弱受端系统时可能出现换流母线电压不稳定,2019/9/21,18,5.3 直流基本控制及其控制特性,极弱受端系统时可能出现另一种电压不稳定“三交点不稳定”,稳态运行工作点,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,2019/9/21,19,5.3.4 定电压控制,定电压控制 (Voltage Control) 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,2019/9/21,20,5.3 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min控制 逆变站：定电压、定电流控制、定关断角 HVDC系统特性：,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,稳态运行工作点,适用性：弱受端系统,2019/9/21,21,5.3.5 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。,2019/9/21,22,5.3.5.1 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,2019/9/21,23,5.3.5.1 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 =1800 的角度解锁逆变器，建立直流电压（0.70.8p.u.）； 以=1500 的角度解锁整流器； 同时减小两侧 ，建立直流电流。,2019/9/21,24,5.3.5.1 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 =600700 的角度解锁整流器； 以 =11001200 的角度解锁逆变器； 同时减小两侧，建立直流电压（0.40.8p.u.）； 逐渐增大电流指令，建立直流电流。,2019/9/21,25,5.3.5.1 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,2019/9/21,26,5.3.5.2 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 =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,双极方式HVDC原理图， BPP电路,2019/9/21,27,5.3.5.3 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。 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： =12001500 （整流器） =11001200 （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ms,双极方式HVDC原理图， BPP电路,2019/9/21,28,5.3.5.4 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，,2019/9/21,29,5.3.6 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,2019/9/21,30,5.3.6.1 阀不闭锁方式潮流反转,实现方法 1）反置裕度整定 2）控制系统自动调节,双极方式HVDC原理图，,2019/9/21,31,5.3.6.2 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，,2019/9/21,32,5.3.7 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,2019/9/21,33,5.4 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,2019/9/21,35,5.4 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,2019/9/21,36,5.4 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,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 直流控制与保护 结束,文 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 hbd