【《特高压直流输电系统的组成及基本原理综述》3100字】

直流输电系统主要由三个核心部分构成：作用是将送端交流电变换为直流电的送端换流器，作用是在受端将直流电变换为交流电的受端换流器，作用是进行电能传输的直流线路，除此之外，系统中还有一些滤波装置及无功补偿装置等。HVDC系统主要可以分成三个种类，第一种类型是单极系统，系统中连接两端换流站的直流输电线路一般为负极导线。第二种类型是双极系统，系统中有两根导线，一条正极直流输电线路一条负极直流输电线路，两个换流器间的连接点接地。第三种是输电线路长度为零的背靠背HVDC系统，主要用于两个电网的非同步联网。以图2-1双极系统为例来说明高压直流输电系统的基本结构：由图2-1可知高压直流输电系统主要元件包括：送端和受端交流系统、整流侧和逆变侧的换流器等。送端交流系统为直流输电工程提供交流电，受端交流系统接受传输过来的交流电，两端交流系统为换流提供了电压，是直流输电整个系统中关键的部分。换流变压器起到实现电压变换和交直流系统相互绝缘隔离作用，目前的一些高压直流输电工程中采用的都是多重连接后的十二脉波换流器，换流变采用Y-Y接法与Y-△接法相串联结构，使得两6脉波换流桥之间的触发角相差30，组成12脉波换流桥，将输出的电压电流谐波数更少、波形更加光滑平整。调节换流变的分接头还可作为极控的一种调节手段。换流器可以通过改变触发角来控制直流线路电压电流、控制系统的稳定运行，是极控的另一种调节手段。换流变压器和换流阀组成换流器，处于高压直流输电系统中的核心地位。在系统中谐波是不可避免的存在的，直流侧直流滤波回路由平波电抗器与直流滤波器组成，交流电通过12脉波换流桥整流为直流电，直流输电线路上谐波次数主要为12k以及由于不对称因素引发的一些非特征谐波，需要直流滤波器将谐波滤除。主要考虑到谐波会对安装相近的一些通信线路产生或大或小的影响，无法使其正常工作，为了减小消除这种现象，一般是将直流滤波器并联在电抗器和直流线路之间。平波电抗器可以防止直流电流的间断且使直流电流中的纹波变得光滑。LCC-HVDC（LineCommutatedConverterBasedHighVoltageDirectCurrent）采用的是半导体器件晶闸管来实现换流的，传统的HVDC要吸收大量的无功功率，这就需要一些无功补偿装置的投入使用来为换流器提供无功功率。交流滤波器除了可以滤除换流器换流过程中产生的特征谐波以及由于其它原因产生的非特征谐波以外，也可以将小部分的基波无功功率供给换流器。为了使HVDC系统能够安全稳定的运行，一般将系统中复杂而又庞大的控制部分采用分层控制方式，如图2-2所示：

直流输电控制系统从高到低依次为：系统控制、站控制、极控制、桥控制、阀控制。系统控制级为HVDC控制系统中的最高级别的控制，主要与调度中心相联系，根据调度中心的直流功率指令，向各条输电线路分配功率。站控制级：根据系统控制级的直流功率指令，经过控制运算后,发送一个直流电流指令给极控制级；极控制级：经过控制运算以后向各个桥控制级发送一个触发角指令；桥或者换流器单元（阀组）控制级：产生一系列的触发脉冲以使得可控硅阀门满足触发要求来导通。以一个6脉动换流器组成的两端单极HVDC系统为例，它的等效电路图如图2-3所示：从直流侧看HVDC系统，送端和受端均可以等效为一个直流电压源模型[5]，两端的换流器（整流器和逆变器）可以等效为换相阻抗，直流线路可以等效成线路阻抗。由此可以得出此系统的直流电压和直流电流值。整流侧直流电压：逆变侧直流电压：或R直流电流为直流线路两端的电势差与线路阻抗和换相阻抗和的比值：或由上述式子可知，R、、为常数，、、1.定电流控制定电流控制是系统的重要控制方式之一，本质上是一个PI控制，其输入量为输电线路上的实际测量得出的直流电流值与电流整定值的差，两者作差得到的值作为控制器的输入，输出为换流器的触发角，改变触发角的大小进而可以改变实际电流值，使得实际电流值可以跟随给定的参考值。直流电流控制在整流侧和逆变侧均有设置，逆变侧定电流控制方式与整流侧一致，但为了使两侧的控制方式进行切换时不会让系统发生不稳定，逆变侧电流整定值需比整流侧小0.1pu的裕度。1.定电压控制定电压控制在送端和受端都是有配置的，在整流侧一般不作为主要的控制方式，但当整流侧发生一些异常情况导致电压升高时，定电压控制会参与调节过程，通过改变触发角使得电压降低，达到调节电压的目的。在实际工程中，系统中有两个重要参数需要进行控制，电压和电流，通常情况下，送端的整流站控制的是HVDC系统中的电流而受端的逆变站控制的是HVDC系统电压的大小，在逆变站设置直流电压控制，本质上也是一PI控制，通过比较整定值与实际值的偏差来达到直流线路电压能够跟随给定值、系统电压稳定这一目的。3.最小触发角控制换流阀是直流输电工程中重要部分，是由基本元件晶闸管组成的，如果加在换流阀上的电压过低，晶闸管不会导通，为了实现各晶闸管同时导通，不影响系统的运行性能，触发角有一个最低值，通常情况下最小触发角设为5°。4.定关断角控制逆变侧的关断角为换流阀电流减小至零到阀上阳极电压为正之间的时间所对应的电角度。角不能太小，否则会使得换流器在换向过程中本应关断的晶闸管还没有恢复其阻断正向电压的能力，而其阳极又被施加正向电压，导致晶闸管没有关断，发生换向失败。角也不宜太大,式2-6表明，角增大，会使得减小，直流输电线路功率也会随着减小。式2-7表明，角过大会使得逆变侧减小，增大了无功补偿装置的投入。为了保证换流器能够安全稳定的运行，角还是应小一些。在直流输电系统中角是不能直接进行控制的，但能够直接测量出其值，目前角控制有两种，实测型控制为闭环控制，首先在逆变侧得到上一周期中换流器中每个晶闸管的关断角偏差，取出最小值作为关断角的实测值，通过控制5.低压限流调节（VDCOL)低压限流环节控制特性如图所示，其作用是当电压小于一定值时，电流整定值会随之减小，当直流电压Udc低于U1时，VDCOL动作会使得直流电流整定值Idcorder也随之降低，如果Udc持续下降直至U2，直流电流整定值Idcorder则限制在I2不会再随之减小。当直流电压Udc恢复时，Idc