高压直流输电直流控制和保护专题培训课件

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2023/11/31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2023/11/32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2023/11/335.1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2023/11/345.2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：2023/11/355.2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：2023/11/365.2直流控制原理直流电流其中，理想空载直流电压：或定γ等效电路，定β等效电路2023/11/375.2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2023/11/385.2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)

换流变分接头控制：调节换流变分接头两类控制手段比较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2023/11/395.3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2023/11/3105.3.1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控制特性曲线定αmin控制2023/11/3115.3.2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2023/11/3125.3.3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2023/11/3135.3.3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。ΔId2023/11/3145.3.3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2023/11/3155.3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HVDC系统特性：直流基本控制特性ΔId稳态运行工作点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2023/11/3165.3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2023/11/3175.3.4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2023/11/3185.3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：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2023/11/3195.3.5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。2023/11/320

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2023/11/321

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。2023/11/322

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=600700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。2023/11/323

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2023/11/324

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，正常停运时间越长双极方式HVDC原理图，BPP电路2023/11/325

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：α=12001500（整流器）α=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2023/11/326

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，2023/11/3275.3.6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2023/11/328

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，潮流反转示意图新逆变器:新整流器:2023/11/329

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，2023/11/3305.3.7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

2023/11/3315.4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、Idmax

2023/11/3325.4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2023/11/3335.4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2023/11/3345.4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=30

50γminIdmaxIdmin=

0.1p.u.2023/11/3355.4改善直流控制特性的其他控制直流工程控制特性2023/11/336ThankYou!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hbdl_wenjun@126.com2023/11/3双极方式HVDC原理图双极双桥

葛洲坝南桥209kVIdId－＋－＋＋－－＋