直流输电技术4

第4章直流输电系统

的控制1单桥整流器的工作原理单桥等效电路原理图135462ibMNeaLcABCLd+ud

_IdiciaLcLcebecoHVDC系统2电源电动势相电压:（1）线电压:（2）自然换相点：电源相电压的交点3整流电压平均值

（不计触发角、不计换相角）电源线电压有效值（3）（4）理想空载直流电压理想空载直流电压4整流电压平均值

（计及触发角、不计换相角）（5）

特点：增加，则减少5计及触发延时、计及换相角时单桥的工作原理问题的提出：

ip能否突变？

ip的变化规律？假设短路电流ik

135462ibMNeaLcABCLd+ud

_IdiciaLcLcebecoik6推导换相电流公式KVL：135462ibMNeaLcABCLd+ud

_IdiciaLcLcebecoik-----（6）7推导换相电流公式计及：和线电压：可得：（7）考虑初始条件：8换相电流计算公式（8）交流系统两相短路电流的幅值（9）等值换相电感ik波形、阀电流、相电流、直流电流波形9换相角计算公式换相结束时：（10）特点：则10换相实质

换相实质：

换相是交流系统短时间的两相短路。换相是依靠交流电源提供的短路电流进行的。

换相电流：换相期间的短路电流换相电压：提供换相电流的交流电源电压换相阻抗：每相电源中性点到桥臂间的等值阻抗HVDC系统11整流电压平均值（正常工况）空载时整流电压的平均值（11）换相引起的电压损耗：（12）电压12外特性方程（14）（13）整流电压平均值---表达式1---定α角外特性方程等值换相电阻/比换相压降：定α角外特性曲线13整流电压平均值（正常工况）整流电压平均值---表达式2（15）整流电压平均值---表达式3（16）14直流电压的特点整流电压平均值的特点：其中：(1)，，，增加，则减少；

(2)增加，则增加的影响，的影响，的影响，的影响，的影响

15

等效电路（单桥整流器）（13）+_+_+_（a）等效电路-1（b）等效电路-2+_+_+_16功率因数

（单桥整流器）

（18）（17）（19）功率因数角：通常17单桥整流器的运行方式工况2-3---正常运行方式工况3---非正常运行方式工况3-4---故障运行方式工况2-3：在600的重复周期中，2个阀和3个阀轮流导通的运行方式。

成立的条件：

同时18工况3工况3：在600的重复周期中，始终只有3个阀轮流导通的运行方式。135462ibMNeaLcABCLd+ud

_IdiciaLcLcebeco

成立的条件：

同时

特点：

出现强制延迟现象

出现的原因：过大19工况3-4工况3-4：在600的重复周期中，3个阀和4个阀轮流导通的运行方式。135462ibMNeaLcABCLd+ud

_IdiciaLcLcebeco

特点：直流短路、交流三相短路

出现的原因：故障性增大

成立的条件：

同时20单桥逆变器的工作原理逆变器接入HVDC系统的方式ebMNIdIdLceaeceaebeciaicLc135462ABCibicibiaLdLd+

Udr

－+

Udi

－A4MN12563BC21Ud

~

α的关系单桥整流器的整流电压平均值(和)：0~600600~900900~12001200~1800全部为+

+~-+~-

全部为-

全部为+

+~00~-

全部为-

换流器状态

整流器逆变器

（5）对的影响、动画22单桥逆变器的运行方式工况2-3---正常运行方式工况3-4---故障运行方式工况2-3：在600的重复周期中，2个阀和3个阀轮流导通的运行方式。

成立的条件：

同时23换相电流计算公式交流系统两相短路电流的幅值等值换相电感ik波形、阀电流、相电流、直流电流波形24逆变运行的充要条件与交流系统相连---有源逆变；与足够大的直流电源相连；具有使α在90°~180°

范围内调节的控制能力。eaebecicLcibia+

udi－A4MN12563BCoLcLcIdLdik25名词解释

超前角/越前角/触发越前角（

）：

用电气角度表示的落后于自然换相点180°处到控制脉冲发出时刻之间的时间。

熄弧角/关断越前角（）：

用电气角度表示的熄弧阀上正向电压为负的时间。（21）

同时适合条件：（20）26正常运行值

熄弧裕度角（）：

考虑足够裕度的熄弧角。稳态运行数值：27换相失败逆变器侧的熄弧阀在换相结束后重新导通的过程。

原因：γ过小，熄弧阀在换相结束后没有足够的时间恢复其正向阻断能力。

分类：一次换相失败连续两次换相失败对策：控制系统闭锁，HVDC系统短时停运。

一般，80%的一次换相失败不会发展为连续两次换相失败。电压、阀电流波形电压、阀电流波形28单桥逆变器的特性方程

单桥逆变器的特性方程可由单桥整流器的特性方程导出。

导出原则一：

整流器α

Udr

dxrμr

Id逆变器

1800-β-Udi

dxi

μi

Id电压波形比较、动画比较29整流电压平均值-（单桥逆变器）已知单桥整流器的整流电压平均值整流电压平均值（单桥逆变器，工况2-3）（22）（23）故30外特性方程-（单桥逆变器）已知单桥整流器的外特性方程故（24）外特性方程（单桥逆变器，工况2-3）

定角的外特性方程（25）其中，外特性曲线31μ计算公式-（单桥逆变器）已知单桥整流器的μ计算公式：故μ计算公式（单桥逆变器，工况2-3）（26）（27）其中，32单桥逆变器的特性方程

导出原则二：

整流器αUdr

dxrμr

Id逆变器

γ

Udi

dxi

μi

Id电压波形比较33整流电压平均值-（单桥逆变器）已知单桥整流器的整流电压平均值整流电压平均值（单桥逆变器，工况2-3）（28）（29）故34外特性方程-（单桥逆变器）已知单桥整流器的外特性方程故（30）外特性方程（单桥逆变器，工况2-3）

定角的外特性方程其中，外特性曲线35μ计算公式-（单桥逆变器）已知单桥整流器的μ计算公式：故μ计算公式（单桥逆变器，工况2-3）（31）其中，36

计算公式-（单桥逆变器）工况2-3时，不同下的计算公式

和时

和时

和时（34）（32）（33）I电压波形37计算公式-（单桥逆变器）已知单桥整流器的计算公式：故计算公式（单桥逆变器，工况2-3）（35）（36）38

等效电路（单桥逆变器）+_+_+_（a）等效电路-1+_+_+_（b）等效电路-239单桥逆变器的运行方式工况3-4：在600的重复周期中，3个阀和4个阀轮流导通的运行方式。

成立的条件：

同时

特点：直流短路、交流三相短路

出现的原因：故障性增大eaebecicLcibia+

udi－A4MN12563BCoLcLcIdLd40双桥换流器的工作原理多桥换流器：

由直流端串联、交流端并联的一个以上的单桥构成的换流器。多桥换流器的接线方式：

典型方式:每极1组12脉动换流单元--双极双桥

其他方式:每极2组12脉动换流单元串联每极2组12脉动换流单元并联

特点：单桥数目为偶数41双桥换流器的运行方式工况4-5---正常运行方式工况5---非正常运行方式工况5-6---非正常运行方式等等双桥换流器等效电路导通顺序:111221223132414251526162111242工况4-5—整流器电压波形：1.不计α和μ

2.正常运行电流波形：不计α和μ

时，

1.换流变阀侧电流，2.换流变网侧电流，3.电源侧电流

成立的条件：

同时工况4-5：在300的重复周期中，4个阀和5个阀轮流导通的运行方式。双桥换流器等效电路43工况4-5的特点1.双桥换流器的正常运行方式2.每个单桥的ud、iv和ip波形与工作在工况2-3时的对应波形一致。

即：（1）工况4-5时，邻桥的换相与否，不影响本桥的电压。

（2）工况4-5时，邻桥的换相与否，不影响本桥的电流。双桥换流器等效电路44工况4-5的特点3.桥间相互影响：

邻桥的换相使本桥所有未导通阀的电压产生畸变。

从而影响整流器侧接班阀的正常开通，以及逆变器侧熄弧阀的可靠关断。双桥换流器等效电路45桥间相互影响设V11、V12、V21、V22、V31导通

整流器侧接班阀电压：（37）

逆变器侧熄弧阀电压：（38）交流系统各相等值电感换流变压器各相等值电感双桥换流器等效电路46桥间相互影响系数：（39）结论：1.

2.越大，桥间相互影响越严重，未开通阀的波形畸变也越厉害。桥间相互影响的实质：两桥间共有一个耦合电感双桥换流器等效电路47双桥换流器的计算公式-整流器

一、整流器（工况4-5）：1.整流电压平均值：（40）或（41）单桥I电路，单桥I熄弧阀压波形48双桥换流器的外特性-整流器2.双桥整流器的外特性方程—

定α角的外特性方程：（42）等值换相电阻/比换相压降：49双桥换流器的μ计算公式-整流器3.双桥整流器的μ角计算公式（43）（45）4.双桥整流器的角计算公式交流系统两相短路电流的幅值（44）50双桥换流器的计算公式-逆变器

二、逆变器（工况4-5）：1.整流电压平均值：（46）或（47）51双桥换流器的计算公式-逆变器

整流电压平均值：或（49）（48）52双桥换流器的外特性-逆变器2.双桥逆变器的外特性方程（50）定角的外特性方程：定角的外特性方程：（51）53双桥换流器的μ计算公式-逆变器3.双桥逆变器的μ角计算公式（52）交流系统两相短路电流的幅值（53）或54双桥换流器的计算公式-逆变器4.双桥逆变器的角计算公式（54）（55）55工况5工况5：在300的重复周期中，始终只有五个阀阀轮流导通的运行方式。双桥换流器等效电路

成立的条件：

同时

特点：

1.出现强制延迟现象；

2.只有整流器才能出现。

出现的原因：过大

同时564.2基本控制原理+_+_+_+_+_+_整流器等效电路逆变器等效电路HVDC等效电路：外特性方程：57HVDC等效电路-2+_+_+_+_+_+_整流器等效电路逆变器等效电路外特性方程：58直流电流直流电流：（1）其中，理想空载直流电压：（2）或HVDC等效电路图（定熄弧角，定超前角）59直流功率直流功率：（3）结论：可以通过改变角度（）和交流电压（）数值来调节输出电流和输出功率。HVDC系统HVDC等效电路图（定熄弧角，定超前角）60高压直流控制系统的目的，是在保持每个极的最大独立性和不危及设备安全的条件下，对功率方向、功率的大小和变化速度提供有效并具有最大灵活性的控制。该控制系统应具有相当高速的控制性能，它能够对交流系统和直流系统的扰动作出很好的响应。控制系统应使高压直流系统消耗的无功功率最少。它还应能适应以下情况：1)增加并控制无功功率消耗，必要时还可控制交流电压；2)频率控制；3)有功功率调制；4)有功功率和无功功率联合调制；5)次同步谐振（SSR）的阻尼；6)远方控制。直流输电基本控制策略61

保持直流功率、电压、电流和控制角在稳态值范围内；限制暂态过电压和过电流；交直流系统故障后，在规定的响应时间内平稳地恢复送电。直流控制系统的主要作用:直流输电基本控制策略62HVDC控制手段

触发脉冲相位控制：调节

换流变分接头控制：调节换流变分接头项目触发脉冲相位控制换流变分接头控制调节范围宽窄调节速度快慢调节平稳性平稳不平稳

结论主要控制手段辅助控制手段

HVDC控制手段：

两类控制手段比较

634.3基本控制及其控制特性基本控制：保证HVDC系统正常运行所必需的最低限度的控制。包含：HVDC系统定触发角控制定电流控制启停控制换流变分接头控制定熄弧角控制定电压控制潮流反转控制64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，向下平移。通常：o控制特性曲线HVDC系统65定熄弧角控制

控制特性方程：通常：

特点：

关于的下倾的直线簇。增加，向下平移。o控制特性曲线HVDC系统66定（直流）电流控制控制特性方程：选为控制对象的原因：控制特性曲线有效限制故障时的上升。

的变化主要由决定；HVDC系统67定电流控制的配合

两站均装定电流控制HVDC系统

逆变站安装定电流控制的目的：

当下降过多时，协助整流站的定电流控制，使迅速恢复正常值。68HVDC协调控制方式-1

协调控制方式-1整流站：定（直流）电流、定最小触发角逆变站：定熄弧角、定（直流）电流HVDC协调控制特性曲线

稳态运行工作点69协调控制方式-1的特点

在协调控制方式-1下，HVDC系统的特性：

是静稳的；逆变器发生换相失败的风险降低；对于弱受端AC系统，可能导致母线电压不稳定HVDC系统

协调控制方式-1

相对于HVDC系统而言，AC系统分为：

强（AC）系统：如葛上、天广、三常、三广、贵广等

弱（AC）系统：如舟山、嵊泗70三交点不稳定

对于极弱受端AC系统，可能出现另一种电压不稳定—“三交点不稳定”现象HVDC协调控制特性曲线

其中，--稳定运行工作点；--不稳定运行工作点。、HVDC系统71协调控制方式-1的适用性HVDC系统

协调控制方式-1整流站：

定（直流）电流控制、定最小触发角控制逆变站：

定熄弧角控制、定（直流）电流控制协调控制方式-1：

适用性：强受端（AC）系统72定电流控制的配合

两站均装定电流控制时的协调配合采用电流裕度法/HVDC基本控制原则：

整流站定电流控制的电流整定值在任何时候应该足够地大于逆变站定电流控制的电流整定值。也即，HVDC系统正常运行的充要条件：

，且要保证一定的电流裕度；73定电流控制的配合电流裕度：

改变的步骤：（1）通常，

增大时，先增，后增；

减小时，先减，后减。HVDC系统

协调控制方式-1

两侧定电流控制的分工：

整流站的定电流控制为主：全范围参与控制

逆变站的定电流控制为辅：时参与控制74定（直流）电压控制

控制特性方程：选为控制对象的原因：控制特性曲线

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；

HVDC系统

协调控制方式-1

三交点不稳定75HVDC协调控制方式-2

协调控制方式-2整流站：定（直流）电流、定最小触发角逆变站：定电压、定熄弧角、定（直流）电流HVDC协调控制特性-2曲线

稳态运行工作点定电压控制定熄弧角控制76协调控制方式-2的特点

在协调控制方式-2下，HVDC系统的特性：

是静稳的；逆变器发生“电压不稳定”的风险降低；正常运行时逆变器吸收的无功功率较大；轻载时逆变器吸收的无功功率很大，无功投资增加。HVDC系统

协调控制方式-2,

适用性：弱受端（AC）系统77直流输电基本控制模块：低压限流控制(VDCOL)

定电流控制(CCA)

定熄弧角控制(AMAX)

定电压控制(VCAREG)辅助控制模块：分接头控制(TCC)

无功功率控制(RPC)直流输电基本控制策略78图2.1逆变侧控制器结构图直流输电基本控制策略79直流控制80直流输电基本控制策略低压限流控制

低压限流环节的任务是在直流电压或交流电压跌落到某个指令值时对直流电流指令进行限制。它的作用主要表现在如下几个方面：防止在直流系统发生换相失败等故障时某一换流阀长时间流过太大的电流而损坏；通过降低直流电流减少换流器吸收的无功，帮助交流母线电压的恢复；实现平稳快速的故障后恢复静态特性见图8182直流输电基本控制策略定电流控制在极控制功能中定电流控制应用最为广泛。定电流控制的控制框图如图所示.在整流侧，定电流控制器的输入量是电流整定值TM3与实际电流TM4的偏差，由于这个偏差驱动PI调节器得到的输出即作为触发角的相关信号，通常PI调节器的输出就是直接作为触发延迟角的指令值83直流输电基本控制策略定电流控制在逆变侧，定电流控制器的整定值比整流侧小一个电流裕额，因此在正常情况下，实际电流大于逆变侧的电流整定值，使得逆变侧的定电流控制总是按照减小直流电流的方向调节，因此角总被调节到其最大限制值，从而在逆变侧三个控制器输出选择中定电流控制器的输出总被排除在外。只有当实际直流电流小于逆变侧电流整定值时，逆变侧的定电流控制器的输出才可能在三个控制器输出中被选中。

844.4.4定电流控制854.4.3电流偏差控制

—逆变侧定电流控制和定熄弧角控制之间平稳过渡86直流输电基本控制策略定电压控制在整流和逆变方式下都设置了定电压控制功能模块，这个控制器的功能是用于降压运行，但它也有利于正常方式运行，其控制也采用的是PI调节方式。87定电压控制

884.4.7定功率控制

8990逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流。逆变失败与最小逆变角的限制当换流器作逆变运行时，从被换相的阀电流过零算起，到该阀重新被加上正向电压为止这段时间所对应的角度称之为熄弧角，又叫关断角。如果熄弧角太小，以致于晶闸管来不及完全恢复其正向阻断能力，又重新被加上正向电压，它就会重新不触发而导通，于是将发生倒换相的过程，其结果将使应该导通的阀关断，而应该关断的阀却继续导通，这称之为换相失败。91直流输电基本控制策略定熄弧角控制

绝大多数直流工程的熄弧角定值都在15°～18°的范围内，熄弧角这一变量可以直接测量，却不能直接控制，只能靠改变换流器的触发角来间接调节。熄弧角不仅与逆变侧触发角有关，还取决于换相电压和直流电流的大小。

92直流输电基本控制策略定熄弧角控制

工程上实际应用的定熄弧角控制有两种类型，一种是闭环控制，也称为实测型控制，另一种是开环控制，也称为预测型控制。实测型控制根据换流阀的电流过零点信号和换相电压的过零点信号来确定实测的熄弧角，并与触发角的参考值进行比较，根据其偏差进行PI调节；预测型控制根据直流系统的实际运行参数（如直流电压、电流等）计算出要满足为参考值时所需的触发角，然后按照此触发角对逆变侧进行触发控制，其实质是一开环控制。ABB的控制系统多采用开环调节方式。

93直流输电基本控制策略定熄弧角控制

逆变侧直流电压可以写为：对于定运行，直流电压将反比于直流电流的变化，逆变侧在低频下具有负阻抗特性，为了提高系统的稳定性，人为的增加这样一条曲线：此时直流电压正比与直流电流的变化，即图2.2所示的正斜率的那一段94直流输电基本控制策略定熄弧角控制

为了获取逆变侧触发角，逆变侧直流电压又可表示为：将两式合并有：95定关断角控制

9697直流输电基本控制策略分接头控制分接头控制作为直流输电输送功率的辅助手段对于协调控制器运行以及提高交直流系统的稳定性有着重要的作用。分接头控制的目的是保持触发角、熄弧角、直流电压运行在指定范围内，分接头控制的特点是调节速度比较慢(3～5s调整一步)。98直流输电基本控制策略当直流电压和直流电流发生偏移或运行人员改变直流输送功率以后,由于定电流控制的作用,整流侧触发角将发生很大变化。当过大时,整流器所消耗的无功功率和直流电压中的谐波分量将显著增大;而当角太小时,又将缩小可控制的范围。因此此时通常需要应用切换整流侧换流变压器分接头来协助控制角,使它接近于正常值15°。对于逆变侧，同样如此，保证熄弧角和直流电压在正常值范围内。

分接头控制99直流输电基本控制策略当整流侧采用定电流控制时，通过调节换流变压器分接头的位置，把换流器触发角维持在指定的范围（15°±2.5°）；在逆变侧，通过调整换流变压器分接头位置，把逆变侧熄弧角维持在指定的范围内（18°±2.5°），电压限制在电压参考值附近，当触发角瞬时超过限定范围时，分接头不动作，以免分接头调节频繁动作。只有当触发角连续超过限定范围的时间大于时滞时间时，才允许启动分接头调节。分接头控制1004.1.2改变变压器分接头α，γ保持在一定范围的控制方式换流器相位控制变压器分接头控制整流器定电流10度<α<20度逆变器定熄弧角定电压整流器定电流控制，当逆变侧电压下降或整流侧电压上升时，α变大，功率因数变差；整流侧电压下降时，直流电压不满足，调分接头101变压器阀侧电压保持一定的控制方式换流器相位控制变压器分接头控制整流器定电流阀电压保持一定逆变器定电压阀电压保持一定不切换分接头，实现从最小到额定功率输出分接头只在补偿交流系统电压变动时用，不考虑直流电压轻负荷时熄弧角变大，减少换相失败102无功功率控制目的：通过投切交流滤波器组或电容器组实现交直流无功功率交换的平衡或者交流母线电压的稳定。目前大多数直流工程均采用投切电容器或滤波器组的方式进行无功功率控制。投切电容器或滤波器组会造成换流站交流母线的过电压，特别是弱交流系统，过电压现象更加明显，这就决定了最大滤波器组的投切容量。最大滤波器组产生过电压的计算式：为投切滤波器组的无功补偿容量为交流系统的短路容量为投切后并联于交流母线总的无功补偿容量直流输电基本控制策略103交流母线的过电压，除了与最大滤波器组有关外，还与投切滤波器组后直流系统的控制策略有关。此外，不同的直流工程其对过电压的要求也不一样，需要结合实际的工程进行整定。当无功补偿的最大滤波器电容器组确定后，可通过交直流系统的无功功率或换流站交流母线电压进行滤波器电容器组的投切控制。计算条件如下：无功功率控制策略为预先设定的控制死区，其应大于最大滤波器电容器组的补偿容量，从而避免了开关投切动作的频繁启动及控制的不稳定直流输电基本控制策略104直流传输功率也可以作为电容器滤波器组无功投切的控制策略，允许人员通过事先设定好无功功率及有功功率的关系曲线，将其存储于直流控制器中。直流输电基本控制策略105无功功率控制作为与站控系统相关的控制功能，一般与直流站控制系统相配合。通过适当的控制，换流站可作为动态无功调节装置，从而对交流系统电压稳定起支撑作用力。由于换流站快速联系的控制调节特点，它可用来控制交直流系统暂态情况下的无功功率交换。 为了进行换流站的无功功率快速动态调节，稳态工作时的熄弧角应大于最小熄弧角。控制角的裕度由阀组应力、无功补偿容量裕度以及其它实际工程约束条件来进行合理选择。直流输电基本控制策略106在整流侧，Pi、Qi方向指向直流换流变压器；在逆变侧，Pj方向指向交流系统，Qj方向指向换流变压器。这表明，无论有功功率方向如何，交流系统总是向直流系统提供无功功率。考虑整流侧和逆变侧交流母线处无功补偿容量，实际注入到交流电网的无功功率为107直流输电基本控制策略图2.2中直线段1、HD为整流侧的控制特性。其中HD为恒电流控制的结果，是恒电流段；1表示触发角不变情况下与的关系为线性关系，是恒触发角段。1段的方程式为：

控制系统特性曲线图2.2华中高压直流控制系统特性曲线108直流输电基本控制策略图2.2中直线段HH’、H’C为逆变侧的控制特性。其中H’C为恒电流段；HH’为定熄弧角段，HH’段的方程式为：图2.2华中高压直流控制系统特性曲线109在正常运行状态下，整流侧采用定电流控制，逆变侧采用定熄弧角控制，即直流系统运行于A点，通过调节分接头维持整流侧触发角和逆变侧在正常范围内。如果整流侧电压下降，整流侧定电流控制器输出到换流站的触发角将减小维持直流电流恒定，即控制曲线1向下平移。直流输电基本控制策略图2.2华中高压直流控制系统特性曲线110当触发角被调节到其下限时，此时整流侧被限制在定控制曲线上，即GH曲线。随着整流侧交流电压的降低，控制曲线GH向下平移，直流系统将运行于B、C各点。C点为整流侧定，逆变侧定电流控制特性的交点，此时：直流输电基本控制策略图2.2华中高压直流控制系统特性曲线111如果逆变侧交流电压下降而整流侧交流电压保持正常时，运行点移动到D点，它是整流侧定电流控制特性与逆变侧定熄弧角下移控制特性的交点。直流输电基本控制策略图2.2华中高压直流控制系统特性曲线1122和3两条平行的曲线为逆变侧电压控制曲线，电压控制曲线主要用于降压方式，其也有利于正常运行方式。因为在正常运行方式下，电压控制器的参考值为正常电压的1.25p.u,当交流系统过电压时，电压控制器动作，有效抑制电压升高，并防止直流过电压给阀造成影响。2曲线为正常运行曲线，3曲线为降压运行曲线。直流输电基本控制策略113图2.3.直流输电模拟框图直流输电基本控制策略114图2.3示出的是两端直流输电及其调节系统模型框图；其工作流程如下：（1）获取直流系统整流侧的电压值，其经过一阶惯性环节后进入低压限流环节（VDCOL），经VDCOL输出的电流值作为整流和逆变的控制系统的电流整定值，与实际的直流电流比较，差值进入两侧换流器的控制系统。（2）整流和逆变两侧都装有定电流控制器和定电压控制器。整流侧在正常运行方式下，由于比实际的大，即<0,定电压控制器输出的角度总是小于定电流控制器的输出角；而触发延迟角的输出按照选择的，因此在正常工作状态下，由定电流控制器维持电流直流输电基本控制策略115在正常工况下，由于电流裕度的存在，以及>0，逆变侧工作模式应被选中为定熄弧角控制方式。同时通过式：（3）逆变侧触发延迟角由下式决定：

计算出，然后与比较，若，输出触发延迟角传递到逆变侧换流器方程；若，则认为发生换相失败，进入换相失败再启动环节。直流输电基本控制策略116（4）若由于整流侧电压降低或逆变侧电压升高造成Id实际值过小，整流侧过小，定电流控制器输出达到其限值，此时整流侧定电流控制器将不能继续维持，造成Id减少。与此同时，若Id减少到使逆变侧<0

;则逆变侧通过输出角选择将选中定电流控制器的输出角作为触发延迟角输出。这种方式就是整流侧运行于最小触发角，逆变侧运行于定电流的调节方式。直流输电基本控制策略117118直流输电仿真从图中可以发现，系统在正常稳态运行下，直流电压、直流电流和传输功率均为额定值且无波动。整流侧触发角（alpha）曲线与定电流控制器输出角alphaI=0.2618（约15°）曲线重合，可知整流侧运行于定电流控制，定电压控制器输出角alphaV=0.08727，约5°，此角度为整流侧触发角的下限。由于在逆变侧，定电流和定电压控制器输出角曲线重合，其为逆变侧触发角输出上限，可知逆变侧触发角Alpha与逆变侧定熄弧角控制器的输出角曲线重合，逆变侧运行于定熄弧角控制的运行方式；且整流和逆变触发角值未发生变化，整流侧和逆变侧交流母线电压也保持平稳。119降压运行在t=0秒设置逆变侧直流电压参考值＝0.8，使得系统降压运行；t=16秒时，调整到1.0。直流输电仿真120121122降压运行时，直流电流基本保持定值，直流电压及时跟踪电压整定值的变化，直流输送功率跟随直流电压下降，换流站消耗的无功功率Qci/Qcj增加；降压运行时，整流侧触发角接近0.6（约30°），在t=3秒时，整流侧和逆变侧的分接头以及无功补偿向上调节一步，整流侧触发角有下降趋势，由于降压运行持续时间较长，而流入到交流系统的无功量较多，因此整流侧和逆变侧无功补偿装置每隔三秒动作一次，来降低流入交流系统的无功功率量。降压运行结束后，整流侧和逆变侧触发角迅速恢复到稳定值。两侧交流系统电压有波动，但波动幅度不是很大，波动在稳定范围以内。1234.2直流输电系统的分层控制1.主控制级接收调度中心直流功率输送指令，计算后发直流控制指令给极控制级2.极控制级选择控制方式，（直流电流控制，关断角控制，直流电压控制，交流电压控制），计算后发触发角给阀控制级3.阀组控制级触发脉冲发生器同时考虑阻尼系统振荡的需求1241251264.3主控制级功能

4.3.1功率调制和快速功率变化控制1274.3.2直流电流指令计算模块1284.4直流输电极控级功能1291301314.5直流输电阀组控制132直辅助频率控制

目前，我国己建和在建的HVDC线路都是按定功率设计来运行的。定功率方式在隔绝两侧交流系统的相互影响方面有一定的优越性。但定功率运行也同时牺牲了两侧交流系统在发生事故时的相互紧急支援的能力。在国外的HVDC工程中，利用直流功率调制对两侧交流系统进行辅助频率控制(AFC)已成为一种趋势。欧洲及美国运行经验表明，在HVDC线路安装辅助频率控制器在经济性上具有以下优点:①利用HVDC的快速调节能力有助于防止系统频率崩溃的发生，减少低频减载带来的国民经济损失；②有利于全网的水、火电共同参与频率调节，充分利用了各个区域网络中的水电调频容量。133直流功率调制是AFC的基础。考虑HVDC作为两交流系统之间的联络线这种最普遍的接线方式，加装直流功率调制后的HVDC系统结构可用图表示为综合两侧控制器发出的调制指令后最终向主控站发出的调制电流指令;134直流功率调制的功能主要由其反馈的交直流状态变量决定，选择合适的状态变量可以实现辅助频率控制、辅助电压控制、抑止低频振荡和次同步振荡等功能。辅助频率控制辅助频率控制是在两侧直流换流站分别设计了一个带死区的PI调节器。两站的辅助频率控制器的传递函数方程为:135为整流侧辅助控制器响应电网频率变化后发出的调制指令为综合两侧控制器发出的调制指令后最终向主控站发出的调制电流指令;和为整流侧和逆变侧辅助频率控制器的调节死区。136仿真分析在1秒时整流站的交流母线附近发生三相短路故障，故障持续时间为0.1秒137从图中可以看到，当换流站母线处发生三相短路故障时，换流站附近即格燃电站的发电机功角在无辅助频率控制的作用下摆动较大；当辅助频率控制起作用时，格燃电站的功角的整体摆动幅度得到抑制，且有较强的阻尼特性，特别是第二摆的角度减少了十度多，控制特性良好。138139故障的发生引起交流母线频率的波动，由于其波动量较大,AFC动作增加直流输送功率；当故障切除后，换流站母线频率逐步趋于稳定范围，直流传输功率跟随频率的变化，在故障发生4秒钟后，直流输送功率恢复到计划的传输功率量，达到了稳定两侧频率的目的。

140CIGRE直流输电标准测试系统1411424.6整流器、逆变器协调控制143\1441.协调控制145潮流反转/翻转/功率反向每侧控制系统均具有“三段式组合控制”，其控制特性见表1。表1组合控制特性常用方法：阀不闭锁方式阀闭锁方式146阀不闭锁方式潮流反转实现方法：潮流反转示意图

1）反置裕度整定新逆变器新整流器

2）控制系统自动调节HVDC系统

阀不闭锁潮流反转前后比较图147阀闭锁方式潮流反转实现方法：先停运，后启动1482.潮流反转1493.启动——整体启动（软启动），部分停止的启动所有换流器的旁通对得到启动信号，α，β调整到大约90o，电压大约为0，开始启动，减小β，在直流电压上升的同时控制直流电流设定值，到目标值，150-300ms4.停止——整体，部分慢慢将β增大到90o，减小直流电流值设定值，到最小，所有换流器的旁通对得到触发信号，延时后停止触发信号，时间数百ms；故障时，两侧都转为逆变方式，将能量送交流系统。5.待机——交、直流侧开关均合上，只要换流器得到触发脉冲，就可以启动6.再启动——对应交流系统的重合闸150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AC系统的冲击，正常启停按照一定步骤顺序进行。HVDC系统151正常启动控制方法正常启动方法分类：先建电流，后建电压先建电压，后建电流正常启动方法1--BPP法/旁通对启动法（属于先建电流，后建电压法）

旁通对（BPP-ByPassPair）：同一相上的两个桥臂HVDC系统152BPP法正常启动控制步骤HVDC系统

BPP启停电路图

BPP法的主要步骤：使两侧换流器形成BPP；合两侧AC断路器，使换流变压器和换流器带电；合两侧DC线路开关，使DC回路与换流器相连；以的角度解锁整流器；以的角度解锁逆变器；逐渐降低，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。153常用正常启动控制方法正常启动方法2（属于先建电流，后建电压法）HVDC系统

BPP启停电路图合两侧AC断路器，使换流变压器和换流器带电；合两侧DC线路开关，使DC回路与换流器相连；以的角度解锁逆变器，建立直流电压（0.7~0.8p.u.）；以的角度解锁整流器；同时减小两侧，建立直流电流。154正常启动控制正常启动时间:一般为几s几十min受端AC系统越弱，正常启动时间越长HVDC系统155正常停运控制步骤HVDC系统

BPP启停电路图

BPP法的主要步骤：逐渐减小电流指令，降低直流电流；使，延时20-40ms后，闭锁整流器；后，闭锁逆变器，投入BPP；断开两侧DC线路开关；断开两侧AC断路器正常停运时间:一般为几百ms受端AC系统越弱，正常停运时间越长156故障紧急停运控制HVDC系统

BPP启停电路图

故障紧急停运的控制步骤：故障紧急停运：HVDC系统故障中的