ABB成套设计(三常中文)ABB阀触发控制系统

1 + 阀触发控制系统阀触发控制系统 文文 件件 号：号：1JNL100037-013 REV.00 翻 译： 张 勇 本报告为三峡常州500KV HVDC 直流输电工程换流阀触发控制系统功能 说明。换流站触发控制系统（CFC）从极功率控制（PPC）接受电流指令，发出触发 脉冲，使直流电流保持为指定电流。HVDC 输电系统动态特性主要取决于电压受控电 流指令限制器（VDCOL）和电流控制放大器（CCA） 。 直流电压降低时，VDCOL 降低电流指令，使直流系统在交流系统受到扰动时保 持功率稳定。也可以在交流故障切除后快速、有限地重起动。另外，也可以避免持续 换流失败造成的阀过电压。 CCA 主要是一个 P-I 调节器,比例部分反映瞬间变化,积分部分在稳态条件下保持 值。 CCA 有足够的增益， 保证运行电流等于指定电流和动态性能的快速性和稳定性。 触发控制把 CCA 的指令转换为触发脉冲。为保证在规定的时间内进行触发， 触发控制中加入限制条件，这些限制条件应能保证整流桥和换流阀的性能特性。 控制脉冲发生器 （CPG） 发出控制脉冲触发换流阀。 另外， CPG 还包括如下功能： 闭锁，带旁通带闭锁，解锁和旁通对选择。 2 目录 1 内容介绍内容介绍 4 11 字母缩写 7 2 控制原理控制原理 8 21 整流站和逆变站的配合 8 22 闭环电流控制 9 23 两个闭环电流控制器的配合 10 3 电流控制电流控制 11 31 电压受控电流指令限制器 （VDCOL） 11 311 功能说明 12 32 电流控制放大器 (CCA) 14 321 功能说明 16 4 电压控制电压控制 17 41 开路试验控制 (OLT) 17 411 功能说明 18 42 过电压限制器 (OVL) 19 421 功能说明 20 43 电压调节器 (VCAREG) 21 431 功能说明 23 5. 触发控制触发控制 24 51 运行方式解码器 (BSQCOM) 25 511 功能说明 25 52 AMIN 的计算 （AMINCALC） 26 521 功能说明 27 53 逆变器 AlfaMAX 控制 (AMAX) 28 531 功能说明 29 54 换相失败预测 (CFPRED) 30 541 功能说明 30 55 逆变器 Gamma 0 启动 (GAMMA0) 31 551 功能说明 31 552 暂态 AMAX 32 56 整流器 alpha min 限制器 (RAML) 33 57 电流放大器的限制条件(CCALIM) 34 571 功能说明 36 58 触发单元(FIREXEC) 38 59 触发方式解码器 (FMD) 39 591 功能说明 41 510 触发角的测量 (FIRANG) 42 5101 功能说明 42 511 换流重叠角的计算 (OVLCALC) 43 512 相位控制振荡器 (PCO) 44 5121 功能说明 44 5122 锁相换 （PLL） 45 51221 功能说明 45 3 513 alqha 变化率限制条件 （LIMCALC,FIRLIM） 46 5131 功能说明 49 514 紧急触发 (EMG) 51 5141 功能说明 51 6 控制脉冲发生器控制脉冲发生器 52 61 控制脉冲的产生 52 62 旁通对的解码 53 7 硬件说明硬件说明 54 71 换流器触发控制 （CFC） 55 7.2 控制脉冲发生器 (CPG) 55 1 介绍介绍 本报告为 HVDC 工程的换流器触发控制（CFC）,图 1 为 CFC 工作原理图 图 1 极功率控制发出电流指令,经过 VDCOL 进入电流控制放大器（CCA） 。 CCA 发出的指令在触发控制中限幅。 其中一个最小值限制根据可控硅的电压参 数（UMIN）确定。另一个最小值限制为 ALPHAMIN，它在逆变器运行状态下工作并 防止进入整流区。最大值限制是根据完全换相的残余电压-时间预测确定（AMIN） 。 同时也要满足可控硅恢复时间的要求。 各种触发条件在触发控制中产生。这些条件输入控制脉冲发生器（CPG） ，触发换 流发或闭锁。 闭锁图如下图 2 所示，更详细的图见图 3 4 图 2 5 图 3 6 1 1 缩写 AMAX 逆变控制的最小角 AMIN 换相后的残余电压-时间区 AMINCALC AMIN 的参考计算值 BPP 旁通对指令 BSQ 闭锁时序 BSQCOM 运行方式解码器 CCA 电流控制放大器 CCALIM 电流控制放大器的限制器 CFC 换流器触发控制 CFPRED 换相失败预测 CP 控制脉冲 CPG 控制脉冲发生器 CPU 中央控制单元 DSP 数字信号处理器 EMG 紧急触发 FIRANG 角度测量 RIREXEC 点火单元 FIRLIM 点火时间限制 FMD 触发方式解码器 FPGA 场可编程门极阵列 GAMMA0 逆变器 GAMMA0 启动 HPERTIME 半周期时间测量 Id 直流电流 I0 电流指令 LCA 逻辑单元阵列 LIMCALC 变化率限制 OLT 开路试验控制 OVL 过电压限制器 OVLCALC 换流重叠角计算 PCO 相控振荡器 PLL 锁相环 RAML 整流器最小角限制 REFCALC 参考值及比例系数 THM 可控硅监视器 Ud 直流电压 Udi0 空载直流电压 UMIN 可控硅最小触发电压 VARC 电压和角度参考值计算器 VCAREG 电压调节器 VDCOL 电压受控电流指令限制器 VMP 阀误触发保护 触发角 熄弧角 换流重叠角 7 2 控制原理 2 控制原理 本章将讨论 HVDC 输电工程的基本控制原理。 2.1 整流站和逆变站的配合 2.1 整流站和逆变站的配合 HVDC 单极输电系统如下图 4 所示 图 4 在 HVDC 输电程中，整流侧功率如下式： 由上公式可见， 功率正比于整流器和逆变器的电压差， 并随两侧电压变化而改变。 因此，传输功率可以通过改变整流侧和逆变侧的电压进行控制。由于直流线路的阻抗 相对很小，两侧很小的电压变化将引起直流电流的很大变化，即直流功率的变化也很 大。 在正常的 HVDC 输电系统中，一侧换流站控制电压，另一侧控制电流。 2.2 闭换电流控制闭换电流控制 图 5 为一基本的闭换电流控制。包括电流控制放大器（CCA） ，触发控制（FC） 和控制脉冲发生器（CPG） 图 5 控制电流偏差I(Iorder Iresp)输入到具有高静态增益和良好动态性能的 CCA， 保 持电流控制系统的稳定性和快速性。 CCA 产生的指令输入 FC。 FC 内部的相控振荡 器与实际的触发角比较，以修正触发角度。这样，控制偏差就会减小，并在稳态时偏 差为零。从而形成闭环电流控制。 23 闭换电流控制器间的配合闭换电流控制器间的配合 在 HVDC 输电工程中，所有的换流站都有一个基本的闭换电流控制器。在一般 8 的两端输电系统中，整流端控制电流而逆变端控制电压。这是通过逆变侧电流指令减 去一个电流裕度实现（一般为正常电流值的 10） 。这样，逆变侧的有效电流指令低 于整流侧。因为闭环电流控制器要建立指令电流，逆变侧的控制器将增加触发角以降 低输送电流。它将增大触发角直到达到最大值限制。这就意味着逆变器输出全压（直 流电压为 cos的函数） 。 总之，电流指令大的一侧为整流站，另一侧为逆变侧。 两控制器之间的配合如图 6 所示。 图 6 最初的逆变器特性为-min 方式，从整流侧看为一负阻抗，会对电流控制环产生 不利影响。 为提高稳定性，逆变器特性采用一正斜率，见图 6。此功能在 5.3 节详述。 （最大 角逆变器控制） 3 电流控制电流控制 整流站和逆变站都有电流控制功能，包括两个子功能： 电压受控电流指令限制器 电流控制放大器 31 电压受控电流指令限制器（电压受控电流指令限制器（VDCOL） 当直流电压降低时，电压依赖电流指令限制器减小电流指令。VDCOL 的主要功 能是： 在交流系统出现干扰或干扰消失后使系统保持稳定 在交直流故障切除后，为快速、有效的重启动创造条件 在持续换相失败时避免可控硅过电压 防止恢复过程中发生连续换相失败 VDCOL 的静态特性如图 7 所示 9 图 7 VDCOL 是电流控制的最后一个功能，VDCOL 向电流控制放大器输入可执行的 电流指令。 VDCOL 对 Ud/Id 特性的影响如图 8 所示： 图 8 311 功能说明功能说明 VDCOL 简化模块图见图 9 由图 9 可见，VDCOL 包括一个最小电流指令限制功能（IO ABS MIN） 。目的是 防止电流太低时可控硅在导通期间关断电流。IO ABS MIN 的一般取值为 0.1pu，但在 应用时可降低此值。当 HVDC 工程用于联网频率控制时，应将此值降为 0pu。这样可 使两换流站在启动过程中小负荷运行。但若发生连续的电流关断，应减少这种情况下 10 的运行时间。否则可控硅阻尼回路承受很大的过电压。 VDCOL 功能也包括一个最大电流指令限制(IO ABS MAX),此值一般与最大过负 荷限制相等。 如果由于某种原因，直流电压低于 UD HIGH（见图 7） ，电流指令的最大值限制 将会降低。如果输入值超过限制值，最大电流指令将减小输出的电流指令。减小的电 流指令可以防止逆变器交流故障时电压波动。若逆变侧的交流系统为强网，可以减小 UD HIGH。当设定 UD HIGH 值时，必需考虑欠压运行方式和其他可导致直流电压降 低的运行方式，如：无功功率控制。 如果实际电流指令低于最大电流指令，当直流电压为低于 UD HIGH 的某一个值 时，电流指令开始减小，这取决于最大限制值达到实际电流指令的时间。如果逆变侧 交流网很弱，会导致电压不稳定。为防止这种情况的发生，VDCOL 的最后一个功能 使 UD HIGH 对应于所有在 IO LIM 和 IO ABS MIN 之间的电流指令都保持在同一水 平。在这种情况下，在 UD LOW 和 UD HIGH 之间的最大电流指令的斜率对于所有低 于 IO ABS MAX 的电流指令将会减小。 如果直流电压持续降低并低于 UD LOW， 最大限制值的减少停止并保持限制值为 IO LIM。 一般情况下， IO LIM 为 0.3pu， 以防止换流阀在持续换相失败时承受过电压。 IO LIM 可以根据需要低于 0.3pu。但是，若设定值太低，交流故障切除后，重启动时 间变长，因为输入 CCA 的电流指令很小。 VDCOL 也包括一个对输入直流电压进行滤波的非线性 LP 滤波器。升高和降低 直流电压的时间常数不相等。整流侧和逆变侧的升高直流电压的时间常数也不相同。 因此整流站时间常数比逆变站小以保证电流裕度的产生。这些参数的设定应保证故障 切除后可进行有限的重启动。 一般情况下，降低直流电压的时间常数较低（不大于 10 毫秒）以保证发生故障 时快速强制降低电流指令。目的是防止逆变站故障时发生连续换相失败。若根据实际 情况有必要逆变站故障时降低整流站的电压，降低直流电压的时间常数可以设定大一 些。 增大时间常数的另一个目的是， 若相连接的交流系统很强， 则可进行快速重启动。 整流和逆变站时间常数的差值也影响重启动时间。一般情况下，整流站的时间常 数等于或小于逆变站的时间常数。若逆变站的时间常数过小，逆变站电流指令在暂态 时高于整流站，则故障后无法重启动。 32 电流控制放大器（电流控制放大器（CCA） 电流控制放大器的主要目的是使电流控制环保持正确的动态特性。应满足如下要 求： 足够快的阶跃响应 稳态时的零电流偏差 稳定的电流控制 故障电流的快速减小 允许两个电流控制器工作 电流控制放大器向换流器触发控制发出指令。慢速反馈环必须使电流控制器与 交流网络保持同步。这样，就可以减少谐波不稳定。 电流控制放大器的传输函数如图 10 所 11 由以上传输函数可见，低频增益很大。也就是稳态电流偏差为 0。要获得这个低 频增益，电流控制放大器需引入积分环节。积分器的增益为：KI = 1/TI 。HVDC 输 电系统一般都有 5-20HZ 的临界频率，这与直流线路，所连接的交流系统等情况有关。 在这些频率下要得到足够的相位裕度，CCA 需引入一个低通滤波器。这样的 CCA 示 意图如上所示。 传输函数为： 在频率 = fc 时，CCA 滞后相位最小： 如果调整 CCA 的参数使 fc 与电流控制环的临界频率相等，就可得到最佳的相位 裕度。 321 功能说明功能说明 电流控制放大器的基本框图如图 11 所示： 图 11 总的增益必须保证正确的动态性能。 要有两个统一的电流控制器，逆变站的电流响应和电流指令的差要有一个电流裕 度。 这将迫使逆变站 CCA 达到最大延迟角 （INT MAX） ， 可能使逆变站直流电压最高。 积分部分和 CCA 的最后输出都有最大、最小限制。这些限制为 CCA 在特殊情况 下设置限制条件。在暂态控制中也可以强迫触发角达到预先设好的角度。 （详见 5.7 节） 12 4 电压控制电压控制 电压控制包括如下功能: 开路试验控制 过电压限制器（仅用于整流站） 电压调节器 4.1 开路试验控制开路试验控制(OLT) 开路试验是一项由运行人员手动操作的用直流电压给直流侧充电的测试功能。此 测试功能用于在经过一段时间的放电后，测试直流侧的绝缘情况。开路试验由手动操 作。直流电压由运行人员设置。整流端直流极正常升压，逆变端直流极反向升压。 12 脉冲桥的波峰整流的直流电压为： 这个方程表明直流电压在等于 150 度时开始上升， 在等于 60 度时达到最大值。 这个方程仅在电流为 0 时适用，如果直流开关场也包括在试验中，也近似满足这个方 程式。如果试验也包括直流线路，电晕损耗和其它损耗将使直流电压降低，但由于使 用闭环控制，将降低进行补偿。 411 功能说明功能说明 OLT 功能图见图 12 OLT 的输入是运行人员设置的参考电压 UD REF OLT。这个输入值经过一个变化 率限制器。此限制器的设定值由工程实验测试得出。 电压参考值和实际值的差值 UD POL 输入 PI 控制器。 积分部分的时间常数 T1 和 比例部分的增益 K 必须满足实际工程的需要。 积分器的输出限制在 0 度和 95 度之间。在稳态条件下，OLT 的输出如下： 这里 OLT ALPHA ORD 用电角度表示。 由于控制器限制在 95 度以内，触发角的最小值为 60 度，此时直流电压可以达到最大 值。 42 过电压限制器过电压限制器 如果整流站在线路开路时启动，前面已经讨论过，在直流电流为 0 时，由于和 UD 之间的关系将会产生过电压。开线端的反射波将使过电压加剧。 如果控制放大器解除闭锁，它将使降低以建立最小的电流。当电压达到 UMIN 时停止降低（5 电角度） 。从 4.1 节的的方程式可看出，当等于 60 度时达到最大电 压。也就是如果开线启动，触发角必须增加到大约 80-90 度以防止过电压。 13 在下列情况下可能发生直流线路开路启动： 逆变站没有启动，整流站无通讯情况下进行启动（人为错误） 逆变站在无通讯运行时被无旁通对闭锁，或者使用低速通讯（通讯延迟 50-100ms）时被闭锁。这是最严重的情况，因为电流指令很大并使直流 电压上升最快。 可通过高电压和低电流的判据确定是否开线启动。但是，一般直流侧的放电电流 也可以很大。 在许多情况下，过电压限制器并不能完全防止高直流电压的产生，这取决于直流 电压的变化率的大小。因此必须引入指令变化率限制器，以防止直流电压的快速变 化，5.12 节将详细介绍。架空线路可能发生这种情况。只有整流站可以产生过电压， 在逆变站上述功能无效。 421 功能说明功能说明 图 13 为过电压限制器功能简图 过电压参考值（OVL REF）和直流电压之间的差值输入 PI 控制器。比例部分的 增益 K 可调且响应迅速，积分器时间常数 T1 也可调但作用于指令输出较慢（OVL ALPHA ABS） 。 整流站运行时， OVL ALPHA ORD 信号形成电流控制放大器 （比例和积分部分的总和） 的最小限制，比例增益 K 的设置必须合适、并能快速地抑制过电压。 积分器时间常数 T1 必须使稳态电压平滑，其调节范围应该与开线试验控制的积分器 时间常数相同。 4.3 压调节器（压调节器（VCAREG） 整流站和逆变站都采用电压调节器。其主要功能适用于降压运行，但对常压运行 也有利。 电压调节器是一个 PI 调节器，作用于电流控制器的最大和最小值限制。逆变运 行时将减小 CCA 的最大值限制，当整流运行时会加大 CCA 的最大值限制。电压调节 器的输出是外部控制源限制的最大和最小值。见（5.7 节 CCALIM 和 5.3 节 AMAX） 。 下图 14 为电压调节器的示意图： 14 在常压运行时，电压调节器的参考电压比运行电压大一些，这样不会干扰分接头 控制。一般情况下，要高于运行电压 1-1.5%,相当于分接头的一个档距。如果交流电 压上升很快，保持运行电压接近运行电压，有利于控制器动作并保持直流电压在参考 值附近。 降压运行时，参考电压低于目标值，控制器将降低直流电压。 整流侧参考电压一般较高以使逆变站可以进行电压调节。如果逆变站要进行电流 调节，整流站的参考值要低于逆变站的参考值。 （这里不考虑直流线路电压下降的影 响） 选择整流站控制器的参考电压要与开路试验控制相配合。若电压调节器的参考值 较小，将限制开路试验的电压。 电压控制器对 Ud/Id 特性的影响如图 15 所示： 图 15 可见逆变站电压调节器的运行工作点。新的工作点从min移走，移到稳定 的工作方式（降低 AMIN 触发的可能性） 。 431 功能说明功能说明 图 16 为电压调节器的功能简图 15 电压参考值 UD REF VARC 由电压和角度参考控制处理器输入（VARC） 。改变运 行方式 RECT/INV，可以相应地改变极性以获得调节器正确的控制动作。 当直流电流为0时， 根据要求的电压计算需要的触发角以设置积分器的限制条件。 计算公式为 Ud=Udi0*cos,这里直流电流为 0。若没有此功能，启动时电压会产生过 冲，因为积分器一直处于控制边界上，直到测量电压超过参考值。信号 ID LOW 用于 启动此功能。但是，正常的最小和最大限制比计算的角度有优先权。 5 触发控制触发控制 触发控制是换流阀触发控制中最复杂的部分。 功能包括有： 运行方式解码器（BSQCOM） AMIN 计算（AMINCALC） 逆变器最大角控制（AMAX） 换相失败预测（CFPRED） 逆变站 Gamma0 启动（GAMMA0） 整流站最小限制器（RAML） 电流控制放大器的限制条件（CCALIM） 触发单元（FIREXEC） 触发方式解码器（FMD） 角的测量（FIRANG） 重叠角计算（OVLCALC） 相控环（PCO） 变化率限制器（LIMCALC，FIRLIM） 紧急触发（EMG） 51 运行方式解码器（运行方式解码器（BSQCOM） 运行方式解码器可以通过设置 CCA 的参数使控制触发角达到预定角度。 BSQCOM 的输出通过 CCALIM 功能直接控制 CCA 的限制条件。 （详见 5.7 节） 当主电路故障，保护动作，控制动作使触发角移至大于 150 度。这样换流器无法 从波峰整流产生电压。RETARD 命令通过设置 CCA 输出为 AMIN 强迫触发角快速移 至逆变运行方式。 直流线路发生故障，RETARD 命令使整流站在预定的时间内强迫使电流为 0。在 移相过程中，CCA 强制为 AMIN 值，之后 HVDC 系统尽快重启动，直流电压在达 到 90 度后开始上升。为了加速重启动时间，RESTART 命令通过设置 CCA 值至整流 16 区快速降低角。这要持续很短的一段时间(5ms)，因为要迫使积分器进入整流区。 这一小段时间内如果故障没有切除，还可以防止可能的过电流。启动时选择命令还 要考虑移相时直流线路开路的情况。在这种情况下，启动时可能发生过电压。这时过 电压限制器将起作用。 511 功能说明功能说明 运行方式解码器方框图见图 17： 52 AMIN 计算计算(AMINCALC) 当换流阀换相时，同一换相组的三个阀中的两个阀在很短的时间内共同导通，这段 时间也就是重叠角对应的时间， 换相裕度就是重叠区的末端到电压过零点的电压-时间 区域。 （见图 18） 在 AMINCALC 功能中，计算出重叠区 AMIN-CALC 并与最小允许参考值 AMINREF-FINAL 比较。如果 AMIN-CALC 低于此值，为防止阀因换相时间太短而无 法换相，需加一触发脉冲。 当发生交流故障，增加 AMINREF-FINAL 以防止换相失败。见 5.4 节换相失败预 测的功能说明 CFPRED。 如果发生换相失败，增加下一个触发脉冲的换相裕度并做好重启动准备。这只需 增加 AMIN 参考值。 检测到换相失败（INCR GAMMA） ，增加或减少低通滤波器的不同时间常数用于增 加 AMIN。启动上述功能的时间常数必须短，但解除上述功能的时间常数更短，以减 少新的换相失败。 521 功能说明功能说明 AMIN 计算功能框图见图 19： 17 53 逆变站最大角控制逆变站最大角控制(AMAX) 逆变站直流电压公式为： 由公式可见，由于角不变直流电压随电流成比例减小。也就是说当逆变站处 于 AMIN 方式运行时，逆变站对于低频呈现出负阻抗特性。如果逆变侧交流网较弱， 就会产生不稳定的问题。 如果运行在定角方式下，逆变站电压随电流成比例增加。这时动态电阻为正 并且电流控制的稳定性得到很大改善。 直流电压可写为： 换流变电阻仅影响直流电压而不影响换相时间的长短。由此合并这两个公式，+= 可如下计算： 当计算时，如果由电流指令和电流响应的差值引入一个补偿就可增加系统稳定 性。补偿值的各个参数，增益和时间常数，可以通过调节以获得最好的稳定性。 当电流达到扣除电流裕度的电流指令值时， 必须限制这个补偿值。 若超过这一点， 18 逆变站将控制电流。 加入这个功能后，方程式变为： 由下式可得到 AMAX 的值： 因为电流裕度，一般逆变站的电流控制会迫使触发角达到最大值，使逆变站处在 定角运行方式的最简单方法是把电流控制放大器输出的最大值（比例和积分部分之 和）设定为这个 AMAX。 531 功能说明功能说明 方框图见下图 20： BETAI 由电流指令和电流响应的差值得出，并加到 ALPHA MAX 值中。增益 I GAIN 设定 AMAX 的斜率。 信号 BETA DX 解方程： 值得强调的是， UDI0 值的最小限制不设为 0。否则上式分母将为 0。 54 换相失败预测（换相失败预测（CFPRED） 为防止因交流故障而发生换相失败，引入 CFPRED 功能。包括两个并列部分。一 个是零序检测以探测是否发生单相交流故障，另一个是采用交流电压的/分解法以 检测三相故障。 检测原理如下： 发生单相故障，三相电压之和不为 0 发生三相故障，/分解法得出的向量小于稳态值 检测到交流故障会使 AMINREF 值增加并导致提前触发，防止换相失败。也会影 响 AMAX 使最大限制值减小。 541 功能说明功能说明 换相失败预测功能的方框图如图 21： 19 交流故障时，CFPRED 的输入是交流电压，输出角度输入到 AMIN 和 AMAX,并使之 增加。 55 逆变站逆变站 Gamma 0 启动（启动（GAMMA0） 如果因为某种原因整流站闭锁而逆变站仍处于运行状态（如整流站无通讯而被保 护装置闭锁） ， 电流控制会迫使逆变站的熄弧角达到 ALPHA MIN INV。 由于波峰整流， 直流电压极性反转并上升到较高值。为防止这种情况的发生，引入逆变站 Gamma 0 启动功能。如果直流电压在预定的时间内低于参考值，这个功能强迫触发角移至 ALPHA MAX。 当逆变站交流侧发生故障时，启动此功能。5.5.2 节，暂态 AMAX 功能中，检测 到较低的交流电压可判断是否发生交流故障。 逆变站 GAMMA 0 启动功能仅在逆变站使用。 但在交直流故障消除后，如果延迟的时间比故障通常持续的时间短，此功能有助 于系统的重启动。 如果在升压期间整流站保持电流控制， 就会减小故障后的恢复时间。 而如果逆变站获得电流控制，电压将根据电流裕度上升，速度很慢。 551 功能说明功能说明 逆变站 GAMMA 0 启动框图见图 22： 一般运行情况下，UD POL 是正的。在电压恢复到比起动参考电压值大的 RESET 参考值以前，输出保持 UD LOW INV。如果电压恢复很慢，需一个保护装置启动此功 能（当电压升到设定参考值以上时，延时复位） 20 552 暂态暂态 AMAX 暂态 AMAX 用于检测交流电压是否过低，TR-AMAX-DET 的输出用于逆变站的 GAMMA 0 启动功能。 图 23 为功能框图： 如果所测的 UDI0 最小值，UAC-MIN-HOLD 快速降低并低于最初电压水平的 0.8pu，SR 触发器动作表明逆变站发生交流故障。当交流电压恢复时，触发器经 50ms 复位。如果触发器动作超过 600ms，将自动复位。 56 整流站最小限制器（整流站最小限制器（RAML） 当整流站发生交流故障，角快速降低到允许的最小值。当故障消失，交流电压 恢复后，如果太小直流电流会很大。为防止这种情况的发生，引入整流站最小角 限制器功能（RAML） 。此功能检测到低的交流电压就为角设置最小角限制。 此功能包括两个并列部分，一个检测单相故障，把 UAC-MIN-HOLD 和 0.6 倍的 正常电压相比较。另一个检测三相故障，把 UAC-MAX-HOLD 和 0.6 倍的正常电压相 比较。 图 24 为交流电压的绝对值以及 UAC-MAX-HOLD 和 UAC-MIN-HOLD 的定义 输出的限制，RAML-ORD，根据故障类型设置为不同的值。故障消除后， RAML-ORD 以 0.4 度/2ms 的速度降为 0。方框图如下： 21 57 电流控制放大器的限制条件（电流控制放大器的限制条件（CCALIM） 电流控制放大器有一些限制条件。 其中一些由正常运行时的条件确定， 如 ALPHA MAX（见 5.3 节） ，过电压限制器，电压调节器等。其它的依次应用在特殊情况下， 如 RETARD，ORD DOWN 等。这些功能有一定的优先次序以保证在任何时间各种功 能的正确应用。 图 26 为由正常运行条件得出的 CCA 的各种限制条件。 由上图可见，电压调节器的各种限制条件依一定次序应用在 CCA 上。 电流控制放大器的若干个限制条件，其优先次序的安排使限制条件的选择简单 化。优先级别如下： 1 具有 CCA 积分器的备用系统的更新有最高优先级。仅与冗余控制系统联合应用 时使用。 控制系统切换时，备用系统接替触发角的控制一定要平稳，防止出现功率振动。 2 RETARD 具有第二优先级，对于当前工作系统来说具有最高优先级。RETARD 命令在闭锁/解锁换流器之前由保护动作发出。移相功能见 5.1 节。 22 3 90 度指令为第三优先级别。当逆变站停运时启动： HVDC 输电系统的正常停运方式为：首先减小电流到最小值，整流站触发角移相 并且不投旁通对闭锁整流站。如果最小电流值低于或等于电流裕度，逆变站的熄弧角 由电流控制器保持在 ALPHA MAX。由于直流线路电流较小，直流电压缓慢降低，逆 变站电压处于 ALPHA MAX，大于这个值，无法使直流线路放电。为加速放电，逆变 站的熄弧角大于 90 度使直流电压为 0。 增加熄弧角不能太快，以防止直流电压极性反转。如果系统直流侧的谐振频率大 于或等于 50HZ，熄弧角的上升时间最好为 100ms。 4 直流线路保护动作后的重启动比移相和逆变站停运的优先级低。 5.1 节将说明重启 动功能。 5 逆变站 gamma 0 启动功能的优先级最低。5.5 节说明。 CCALIM 功能也包括几个控制放大器的可变限制条件。正常运行条件下，CCA 的 最大值限制根据 ALPHA MAX 条件 （见 5.3 节） 得出。 ALPHA MAX 的输入为 GAMMA REF VARC（来自 VARC 处理器） 。 整流站的最小限制 CCA NORM MIN 为下列值的最大值： U MIN REF （一般大约为 5 度） OVL ALPHA ORD （过电压限制器） ALPHA REF VARC （VARC 处理器） RECTIFIER ALPHA MIN LIMITER （RAML） 逆变站运行的最小限制由 ALPHA MIN REF INV 信号设定， 以防止逆变器进入整 流区运行。 571 功能说明功能说明 图 27 为 CCA 一般限制条件原理图： 23 由图可见，可变的限制条件设定了电压控制器的最大和最小条件。图 29 进一步 说明了由这些限制条件的控制动作。 图 28 为运行方式改变或扰动时各种优先级限制条件切换的框图： 当启动任何一个输入时要确定一个角指令。优先级高的输入具有优先权。 图 29 进一步说明了这些限制条件的控制动作行为。 下图 29 中，CCA 的最小和最大限制条件的确定： 24 CCA 的最小和最大限制条件应用双重选择。电压调节器的输出（VCA ALPHA ORD）输入到整流站的最小限制和逆变站的最大限制中。这样可使两种运行方式有相 同的电压控制器。 正常限制条件 ALPHA MAX 和 CCA NORM MIN 是对电压调节器的 输出进行限制的两个相反限制条件。 当 CCA SET 切换进一个限制条件时，最大值（INT MAX）和最小值（INT MIN） 都设置为 CCA SET VALUE。 58 触发单元（触发单元（FIREXEC） 触发单元检查最终的触发条件。每个阀的触发单元功能相似。下图为一个阀的触 发单元框图： 检测到交流电压过零点后，可确定 UMIN，ALPHA MIN 和 AMIN 值。 要正常触发就必须满足 UMIN 和 ALPHA MIN 两个条件。当经过 PREV FIR TIME+TIME TO FIRE 时间后,发出触发脉冲（CP（x）CFC） 。UMIN 和 ALPHA MIN 两个条件可以延迟触发时刻。 25 在满足 AMIN 条件之前，如果正常的触发时间没有满足，换相裕度控制 AMIN 发出触发脉冲。 当发生交流故障时，UMIN 条件可能不满足。这种情况下，需引入紧急触发功能。 如果在正常的触发时刻没有进行触发，过一段时间后仍没有触发，这时必须无条件发 出一脉冲。 若发出了触发脉冲，计算两次触发时间的间隔，就可以知道脉冲是否被 UMIN 延 迟还是由 AMIN 或 EMG 出发。 59 触发方式解码器（触发方式解码器（FMD） 触发脉冲发出后， 触发方式解码器可以判断脉冲是否由 UMIN 或 AMIN 产生还是 由一般的电流控制脉冲发出。 如果脉冲是由 UMIN 或 AMIN 产生， 换流站连接的交流网络应该很强， 否则会产 生谐波不稳定问题。为减少这些问题。需引入对称化功能。 在下图 31 中为整流器运行的对称化功能： 在 t1 时刻，如果由于整流侧交流电压下降，ALPHA ORD 开始下降。触发将被提 前直到达到 UMIN 限制条件，即在 t2 时刻触发。接下来的 11 个脉冲进行 RECTSYM 设置。当设置 RECTSYM 时，最小的 DELTA ALPHA 设置为 0。这样，由于电流控制 器要进一步减小触发脉冲的间距以获得正确的电流，间距将变为 30 度。也就是说根 据交流电压确定第一个脉冲后，接下来的 11 个脉冲与第一个脉冲保持等间距触发。 因此， 换流站与交流网络的联系就会减少。 如果在对称间隔中， 检测到一个新的 UMIN 脉冲，重新对 11 个脉冲进行计数。 在整流器运行的等距触发间隔中，对增加触发角没有限制。如在整流站的等间隔 26 触发中，不影响换流器减小过电流。 在逆变器运行中，对称化功能与整流站相似。 下图 32，逆变站的对称化功能。 在 t1 时刻前，若逆变站处于电流控制方式。在 t1 时刻，如果由于逆变侧交流电 压降低，ALPHA ORD 开始增加。触发将被移相直到达到 AMIN 条件，即 t2 时刻。 接下来的 11 个脉冲设置为 RECTSYM。 当设置 RECTSYM 时， 最大的 DELTA ALPHA 设置为 0。这样，由于电流控制器要增加触发脉冲的间距以获得正确的电流，间距将 变为 30 度。也就是说根据交流电压确定第一个脉冲后，接下来的 11 个脉冲与第一个 脉冲保持等间距触发。 因此， 换流站与交流网络的联系就会减少。 如果在对称间隔中， 检测到一个新的 UMIN 脉冲，重新对 11 个脉冲进行计数。 在逆变器运行的等间隔时间段中，增加触发角没有限制。在等间隔触发中逆变站 要得到电流控制不受限制。 591 功能说明功能说明 功能框图见图 33： 27 逆变站运行，在 AMIN 脉冲中设置 INVSYM。每次发出脉冲，脉冲计数器计数 一次， 遇到 AMIN 触发脉冲或 RECT 动作， 计数器复位。 当计满 11 个脉冲， INVSYM 复位。 整流器运行，在 AMIN 脉冲中设置 RECTSYM。每次发出脉冲，脉冲计数器计数 一次， 遇到 UMIN 触发脉冲或 INV 动作， 计数器复位。 当计满 11 个脉冲， RECTSYM 复位。 510 角度测量（角度测量（FIRANG） 每一次触发后，FIREXEC 功能在触发脉冲（TIME-BETW-FIR）和前一触发脉冲 （PREV-FIR-TIME）之间输出一个新值，用于计算值，值由 PLL(ALPHA-PLL),触 发脉冲间的角度（ANG-BETW-FIR-MEAS）和测量的角（ALPHA-MEAS）计算得出，由 FIRANG 功能执行。 5101 功能说明 5101 功能说明 触发角度测量方框图见图 34： 28 通过选择开关，由上一个触发阀计算触发角度。频率偏移由 HPERTIME 信号补 偿。 511 换流重叠角的计算（换流重叠角的计算（OVLCALC） 计算重叠角主要是确定重叠角的结束时间。计算出重叠角的值，就可知道值。 计算公式如下： 也可写为： 方程左边与换相电压在换相期间的积分成正比，这也就是计算重叠角的功能原 理。换相电压在从触发时刻开始积分，积分器的输出在比较器里和一个与直流电流成 正比的值比较。但是，原理中要加一个限制条件以保证此功能仅在稳态定电流工作时 工作。当换相期间电流发生变化，积分值要与换相期间电流和同数量的电流变化值的 一半的和相比较。即方程式中相应值由 k1*(Id0+Id/2)代替，方程变为： 这里 ID0 为 ID 在触发时刻的值。 需要说明的是， 如果直流电流在换相期间发生变化， 变化值ID 将由两个导通阀 分担。这样，电流从一个阀到另一个阀进行换相，电流增加值为总增加值的一半。 29 OVLCALC 框图如下： 512 相位控制振荡器（相位控制振荡器（PCO） 在 FIRLIM（5.13 节）中，计算下一触发脉冲的时间并输入到 FIREXEC 中为下一 个阀进行触发。在这里产生触发脉冲，脉冲发出后测量值 ANG BETW FIR MEAS 和 ALPHA PLL 输入到相位控制器（PCO） 。PCO 调整其输出 ALPHA PCO 为测量的触发 脉冲之间的角度， 这些脉冲通过测量的触发角与交流网络保持慢速同步。 ALPHA PLL 是与锁相环相关的触发角，锁相环与交流网络保持同步。见 5.12.2 节 PLL 的说明。 每次触发后，ALPHA PCO 值如下计算： 触发角度发生变化将直接校正 ALPHA PCO，因为如果角没有根据前一触发脉 冲改变，ANG BETW FIR MEAS 将不等于 30 度。 下式将使系统与交流网络保持同步： 这里 K 大约为百分之几。 5121 功能说明功能说明 相位控制振荡器（PCO）框图见下图 36： 30 5122 锁相环（锁相环（PLL） 锁相环（PLL）应用相量技术建立并使用一套控制参考系（面面） ，用以在交流 滤波母线保持与交流系统的同步。 其形成偏差信号以控制 PLL 的速度保持与相位同步。PLL 的输出为一斜线，如图 37： 51221 功能说明51221 功能说明 PLL 的输入是在交流滤波母线测量的三相电压。输出为一与时间有关的相角，等 于稳态时交流滤波母线向量的相角度。 原理如下： 这里 ： =PLL 的相角 31 Ts =计算机采样时间，转换为角度（基于基频） PLL 框图为图 38。 513 的限制条件（的限制条件（LIMCALC ，FIRLIM） 电流控制放大器输出的 ALPHA ORD 与触发角 ALPHA PCO 的差值形成 DELTA ALPHA 信号。稳态条件下处于电流控制时，差值为 0。若为正值意味着触发脉冲间 距大于 30 度，将增大出发角度；若为负值将使触发角减小。 在限制的计算功能（LIMCALC）中，包含 DELTA ALPHA 的限制。此限制 条件在整流和逆变或移相和提前触发的条件下都不相同。这个限制条件也作用于实际 的触发角度。在换相前设置了触发角最大的允许变化值。 图 39 为整流器移相时限制条件的运用： 由上图可见，快速移相允许的最大值为 50 度。目的是使整流器快速过电流并 把触发角移至逆变区。当超过 100 度时，只允许慢速移相。 慢速移相的目的是防止熄弧角过小而导致换相失败，因为这时电流不一定为 0。 图 40 为整流器触发提前时限制条件的运用： 32 由上图可见，逆变器运行时允许触发角快速提前。目的是使逆变器快速进入整流 区。当小于 90 度时，只允许慢速提前触发角。 这样的目的是防止启动时电压可能在开路状态下快速升高。 图 41 为逆变器移相时限制条件的运用： 由上图可见，快速移相允许的最大值为 110 度。目的是使逆变器通过升高电压 降低电流，在大熄弧角的情况下运行并能短时过电流。当超过 110 度时，只允许慢 速移相。 慢速移相的目的是防止熄弧角过小而导致换相失败，因为这时电流不一定为 0。 图 42 为逆变器触发提前时限制条件的运用： 33 由上图可见，逆变器允许每次换相时超过整个区若干度。限制值应根据逆变站 电流控制的阶跃响应时间的要求确定。 5131 功能说明功能说明 图 43 为 LIMCALC 功能框图： 如果设备发出移相命令，RET LIMIT 功能将启动，根据运行条件