第一章概論１概論１論文的背景、意義和應(yīng)用前景直流輸電技術(shù)是從20世紀(jì)50年代開始得到應(yīng)用，并且在近年來迅速發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)。經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，高壓直流輸電(HvDe，HighvoltageDireeteurrenttransmissinn)技術(shù)的應(yīng)用取得了長足的進(jìn)步。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前包括在建工程在內(nèi)，世界上已有近百個(gè)HVDC工程，遍布5大洲20多個(gè)國家。它與交流輸電相互配合，構(gòu)成現(xiàn)代電力傳輸系統(tǒng)。由于新型電力電子元器件、電壓型換流器、工作更可靠的接線方式及有源濾波器和新型直流電纜等應(yīng)用，使得高壓直流輸電技術(shù)除了在傳統(tǒng)的遠(yuǎn)距離和大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)中進(jìn)一步擴(kuò)大了應(yīng)用份額以外，在實(shí)現(xiàn)電力市場化運(yùn)行、加強(qiáng)環(huán)保和可充分利用可再生能源、解決城市供電需求等方面必將發(fā)揮更大的作用。所以高壓直流輸電技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。國內(nèi)外研究概況和發(fā)展趨勢:1)1954年以前，試驗(yàn)階段。由于50年代初交流系統(tǒng)高壓輸電處于發(fā)展的黃金時(shí)代，加上當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，直流輸電發(fā)展緩慢并且不受重視。2)1954年至1972年，發(fā)展階段。1954年瑞典建成世界上第一條工業(yè)直流輸電線路，標(biāo)志著直流輸電進(jìn)入實(shí)用階段。在這一階段，直流輸電設(shè)備的制造技術(shù)、施工質(zhì)量、運(yùn)行水平都有了很大的提高。直流輸電技術(shù)應(yīng)用到水下輸電，不同額定頻率交流系統(tǒng)互連，遠(yuǎn)距離大功率輸電等多個(gè)方面。3)1972年至今，快速發(fā)展階段。1972年晶閘管閥換流器第一次在工程中應(yīng)用，取代了汞弧閥，使直流輸電技術(shù)提高了一大步。直流輸電技術(shù)得到了普遍的重視。我國對高壓直流輸電的研究起步較晚，從60年代初開始，并由于種種原因中斷了一段時(shí)間。70年代前半期才又先后在浙江、上海、北京、西安等地恢復(fù)實(shí)驗(yàn)研究工作。1977年，在上海建成并投運(yùn)了我國第一條31kV，4650kw，地下電纜長8.6km的直流輸電試驗(yàn)線路。1987年，在浙江舟山投運(yùn)了IO0kV，100MW，54km的高壓直流工程，這是我國第一條自行設(shè)計(jì)、施工、全部設(shè)備國產(chǎn)化的線路。1990年投運(yùn)的葛洲壩至上海的電壓sookV，傳輸功率12萬kw，輸電線路全長1050km的高壓直流輸電線路是我國當(dāng)時(shí)規(guī)模最大的直流工程。它的建成標(biāo)志著我國高壓直流輸電技術(shù)上了一個(gè)臺階，為今后我國直流輸電的建設(shè)和發(fā)展積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。2001年天生橋至廣州直流輸電系統(tǒng)投運(yùn)，其額定工作電壓500kV，容量1800MW，線路長965km。南方電網(wǎng)以它為系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線，形成了我國第一個(gè)高壓大容量交直流并聯(lián)運(yùn)行電力系統(tǒng)。隨著“西電東送”和“全國聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略規(guī)劃的實(shí)施，我國將出現(xiàn)越來越多的直流輸電工程。在國家電網(wǎng)公司的十一五戰(zhàn)略部署中，明確提出我國將在十一五期間，除在建的直流工程外，還要加快建設(shè)1000千伏交流試驗(yàn)示范工程，不失時(shí)機(jī)地開工建設(shè)士800千伏直流輸電工程。1.2直流輸電系統(tǒng)概述1.2.1基本原理和接線方式一個(gè)簡單的直流輸電系統(tǒng)如圖1.1所示圖1.1位置圖1.1中包括兩個(gè)換流站Ａ和Ｂ及直流輸電線路。兩個(gè)換流站的直流端分別接在主流線路的兩端，而交流端則分別連接兩個(gè)交流電力系統(tǒng)。換流站中兩個(gè)主要設(shè)備為換流器，其作用是實(shí)現(xiàn)交流與直流的互相轉(zhuǎn)換。換流器是由一個(gè)或多個(gè)換流橋串聯(lián)或并聯(lián)組成，目前用于直流輸電系統(tǒng)的換流橋均采用三相橋式換流電路，每個(gè)橋具有６個(gè)橋臂，由于橋臂具有可控的單向?qū)芰Γ杂谐蔀殚y或者閥臂。從交流系統(tǒng)１向交流系統(tǒng)２輸送電能時(shí)，換流站把交流系統(tǒng)１送來的三相交流電流變換成直流電流，通過直流輸電線路把直流電流（功率）輸送到換流站Ｂ，再由換流站Ｂ把直流電流變換成三相交流電流。通常Ａ稱為換流站，Ｂ稱為逆變站。設(shè)整流站Ａ的輸電電壓為Ｖｄ１，逆變站Ｂ的直流輸入電壓為Ｖｄ２，則從圖1.1可知直流線路電流為I=或：式中為直流線路電流，為直流線路電阻。直流輸電線路和交流輸電線路不同，它只輸送有功功率，不輸送無功功率。換流站Ａ送到直流線路的功率和換流站Ｂ從直流線路吸收的功率分別為：和兩者之差：即：為直流線路損耗。當(dāng)直流電壓大于時(shí)，就有電流沿著圖1.1中箭頭所示方向流通。只要改變兩端直流電壓和，就可以調(diào)節(jié)電流，從而改善直流線路所傳送的功率。如果需要，通過調(diào)節(jié)可以保持輸送的電流或功率不變。由于目前各種類型的直流斷路器都處于研制階段，直流輸電系統(tǒng)還不能像交流系統(tǒng)一樣構(gòu)成各種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，所以目前直流輸電也大多是兩端供電系統(tǒng)。直流輸電系統(tǒng)常見的接線方式分為兩大類：單極線路接線方式和雙極線路接線方式。其中單極線路方式又可細(xì)分為單線制和雙線制，雙極線路方式可細(xì)分為中性點(diǎn)兩端接地方式、中性點(diǎn)單端接地方式、中性線方式、背靠背方式。單極單線制接地方式是用一根架空導(dǎo)線或電纜線，以大地或海水作為返回線路組成直流輸電系統(tǒng)，如圖1.2(a)所示。這種方式由于正常運(yùn)行是電流需流經(jīng)大地或海水，因此要注意接地電極的材料、埋設(shè)方法和對地下埋設(shè)設(shè)備的腐蝕以及對地下通訊線路、航海羅盤的影響等問題，通常用正極接地方式較多。單極兩線制方式（或稱同極方式），是將返回線路用一根導(dǎo)線代替的單極線路方式。單極兩線單點(diǎn)接地是將導(dǎo)線任一根在一側(cè)換流站進(jìn)行單點(diǎn)接觸，如圖1.2(b)所示。這種方式避免了電流從地中或海水中流過，又把某一導(dǎo)線的電位拉到零。其缺點(diǎn)是當(dāng)負(fù)荷電流在流過導(dǎo)線時(shí)，要產(chǎn)生不小的電壓降，所以仍要考慮適當(dāng)?shù)慕^緣強(qiáng)度。這種方式大多用于無法采用大地或海水作為回路以及為雙極方式過度的方案。圖1.2位置雙極中性點(diǎn)兩端接地方式如圖1.3(a)所示，將整流站和逆變站的中性點(diǎn)均接地，雙極對地電壓分別為+V和-V。正常運(yùn)行是，接地點(diǎn)之間沒有電流通過。實(shí)際上，由于兩側(cè)變壓器的阻抗和換流器控制角的不平衡，總有不平衡電流以大地作為回路流過。當(dāng)一線路路障切除后，可以利用健全極和大地作為回路，維持單極運(yùn)行方式。雙極中性點(diǎn)單端接地方式在整流閥或逆變側(cè)中性點(diǎn)單端接地，正常運(yùn)行時(shí)和中性點(diǎn)兩端接地方式相同，但當(dāng)一線路故障時(shí)，就不可以繼續(xù)運(yùn)行了。將雙極兩端的中性點(diǎn)用導(dǎo)線直接連接起來，就構(gòu)成雙極接線方式，如圖1.3(b)所示。這種方式在整流側(cè)或逆變側(cè)一端接地，當(dāng)一極發(fā)生故障時(shí)，能用健全極繼續(xù)輸送功率，同時(shí)避免了利用大地或海水作為回路所帶來的負(fù)面效應(yīng)。這種方式由于增加了一根導(dǎo)線，在經(jīng)濟(jì)上也增加一定的投資。沒有直流輸電線路，而將整流站和逆變站建在一起的直流系統(tǒng)稱為背靠背直流系統(tǒng)。這種方式用于不同額定頻率或者相同額定頻率非同步運(yùn)行的交流系統(tǒng)的互聯(lián)。因?yàn)闆]有直流輸電線路，所以直流系統(tǒng)可選用較低的額定電壓，這樣，整個(gè)直流系統(tǒng)的絕緣費(fèi)用可以降低，有色金屬的消耗量和電能損耗較少。目前世界各國已修建和準(zhǔn)備投資的“背靠背”直流工程較多，其主要優(yōu)點(diǎn)是有利于系統(tǒng)增容時(shí)限制短路容量，從而不至更換大量電氣設(shè)備。圖1.3位置1.2.2高壓直流輸電的特點(diǎn)和應(yīng)用以下從技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性兩方面來闡述高壓直流輸電相對于交流輸電的特點(diǎn)和優(yōu)勢。技術(shù)性能方面，高壓直流輸電具有以下運(yùn)行特性：功率傳輸特性。隨著輸入容量不斷增長，穩(wěn)定問題越來越成為交流輸電的制約因素，為了滿足穩(wěn)定的要求，常需要采用串補(bǔ)、靜補(bǔ)、調(diào)相機(jī)、開關(guān)站等措施，有時(shí)甚至不得不提高輸電電壓，但是這將增加很多電器設(shè)備，代價(jià)昂貴。直流輸電沒有相位和公角的問題，當(dāng)然也就不存在穩(wěn)定的問題，只要電壓降、網(wǎng)損等指標(biāo)符合要求，就可以達(dá)到傳輸?shù)哪康?，無需考慮穩(wěn)定的問題，這是直流輸電的主要特點(diǎn)，也是它的一大優(yōu)勢。對線路故障的自防護(hù)能力好。交流線路單相接地后，其消除過程一般約0.4~0.8s，加上重合閘時(shí)間，約0.6~1s恢復(fù)。直流線路單極接地，整流、逆變兩側(cè)晶閘管閥立即閉鎖，電壓降到零，迫使直流電流降到零，故障電弧熄滅不存在電流無法過零的困難，直流線路單極故障的恢復(fù)時(shí)間一般在0.2~0.35s時(shí)間內(nèi)，從自身的恢復(fù)能力看，交流線路采用單相重合閘，需要滿足單向瞬時(shí)穩(wěn)定，才能恢復(fù)供電，直流系統(tǒng)則不存在此限制條件，若線路上發(fā)生故障重合（對直流輸電系統(tǒng)為再啟動(dòng)）過程中重燃，交流線路就三相跳閘了。直流輸電系統(tǒng)則可以用延長留待去游離時(shí)間及降壓方式來進(jìn)行第二、第三次再啟動(dòng)，創(chuàng)造線路消除故障、恢復(fù)正常運(yùn)行條件。對于單片子絕緣損壞，交流系統(tǒng)必然三相切除，直流系統(tǒng)則可降壓運(yùn)行，而且大多能取得成功。因此，對于占線路故障80%~90%的單相（或單極）瞬時(shí)接地而言，直流輸電系統(tǒng)相對于交流系統(tǒng)具有相應(yīng)快、恢復(fù)時(shí)間短、不受穩(wěn)定制約、可多次再啟動(dòng)和降壓運(yùn)行消除故障恢復(fù)正常運(yùn)行等多方面優(yōu)點(diǎn)。利用直流輸電調(diào)節(jié)作用能提高與之連接的交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。直流輸電具有快速相應(yīng)的特點(diǎn)，當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，利用直流輸電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，能有效的提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。潮流個(gè)功率控制可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。交流輸電的潮流取決于網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、發(fā)電機(jī)與負(fù)荷的運(yùn)行方式，控制難度較大，需由值班人員調(diào)度直流輸電系統(tǒng)的功率傳輸可全部自動(dòng)控制。對短路容量無影響。兩個(gè)電網(wǎng)以交流互聯(lián)時(shí)，將增加兩側(cè)系統(tǒng)的短路容量，有時(shí)會(huì)造成部分原有斷路器不能滿足遮斷容量要求而需要更換。如果兩電網(wǎng)以直流系統(tǒng)互聯(lián)（背靠背方式），無論哪里發(fā)生故障，在直流線路上增加電流都是不大的，因此不會(huì)影響交流系統(tǒng)的斷路容量。調(diào)度管理簡便。由于通過直流系統(tǒng)互聯(lián)的兩端交流系統(tǒng)可以有不同的頻率，輸送功率也可保持恒定（恒功率、恒電流等）。對于送端而言，整流站相當(dāng)與交流系統(tǒng)的一個(gè)負(fù)荷。對于受端而言，逆變站則相當(dāng)于交流系統(tǒng)的一個(gè)電源。兩個(gè)電網(wǎng)互相之間的干擾和影響小，運(yùn)行管理簡單方便，對我國當(dāng)前發(fā)展的跨大區(qū)互聯(lián)、合同售電、合資辦電等形成的聯(lián)合電力系統(tǒng)非常適用。除了以上所述技術(shù)性能方面特點(diǎn)，高壓直流輸電相對于交流輸電在經(jīng)濟(jì)性能方面也有優(yōu)勢。對于架空線路，交流輸電通常采用３根導(dǎo)線，而直流輸電只需１根（單極）或兩根（雙極）導(dǎo)線。因此，在輸送功率相同功率的條件下，直流輸電可以節(jié)省大量的有色金屬、鋼材、絕緣子和線路金具，同時(shí)也可減少可觀的運(yùn)輸、安裝費(fèi)。對于電纜線路，因?yàn)橹绷麟娎|的維護(hù)費(fèi)用大大低于交流電纜，經(jīng)濟(jì)性更明顯。在輸送功率相同的可靠性指標(biāo)相當(dāng)?shù)目杀葪l件下，雖然直流輸電換流站的投資比交流輸電變電站高，但是直流輸電線路的的投資比交流輸電線路的低。如果當(dāng)輸電線路增加到某一定值時(shí)，直流輸電線路上節(jié)省的費(fèi)用剛好可以抵償換流站上增加的費(fèi)用（即交直流輸電的線路和兩端設(shè)備的總費(fèi)用相等），這個(gè)距離就稱為交、直流輸電比較的等價(jià)距離(break-even-distance)，如圖1.4所示。圖1.4位置當(dāng)輸電距離大于等價(jià)距離時(shí)，采用直流輸電比采用交流輸電經(jīng)濟(jì)，且距離越大直流輸電的經(jīng)濟(jì)性越明顯。目前一般認(rèn)為架空線路的等價(jià)距離約為500km~700km，電纜線路約為20km~20km。隨著換流裝置價(jià)格的不斷下降，等價(jià)距離必然也將不斷的下降。根據(jù)以上分析，現(xiàn)將直流輸電的主要應(yīng)用結(jié)合在我國實(shí)際情況分述如下：遠(yuǎn)距離大功率輸電。我國動(dòng)力資源的分布，據(jù)統(tǒng)計(jì)水里資源70%以上分布在西南、西北地區(qū)；煤炭資源約70%集中于山西和內(nèi)蒙一帶，而用電較密集的負(fù)荷中心又分布在我國沿海地區(qū)。因此，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，必將開發(fā)西部電力，并向東部負(fù)荷中心輸送。例如，長江三峽水電站向華東送電、黃河上游龍羊峽、李家峽水電站向華北送電，工程的輸電距離都在900km以上，輸送功率大于1000MW。由于我國的具體情況，跨大區(qū)的遠(yuǎn)距離輸電工程往往既是輸送電力的強(qiáng)大主干線，又是連接兩個(gè)大區(qū)交流電力系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線。如果采用直流輸電實(shí)現(xiàn)多大區(qū)交流電力系統(tǒng)之間聯(lián)網(wǎng)，可充分發(fā)揮直流輸電的優(yōu)點(diǎn)，以取得最最佳的聯(lián)網(wǎng)效益。海底電纜送電。由于交流電纜存在較大的電容電流，海底電纜長度超過等價(jià)距離是，采用直流輸電無論是經(jīng)濟(jì)上還是技術(shù)上都較為合理。我國沿海有很多島嶼，今后臺灣、海南等大島電網(wǎng)與大陸電力系統(tǒng)的互聯(lián)，采用直流輸電系統(tǒng)是一種較為合理的方案。交流電力系統(tǒng)之間的非同步聯(lián)絡(luò)。我國目前的七個(gè)跨省的電力系統(tǒng)，今后將逐步發(fā)展成為多大區(qū)聯(lián)合電力系統(tǒng)。為了避免低頻振蕩、波擾動(dòng)、調(diào)度管理復(fù)雜化、短路容量增大等交流電力系統(tǒng)過大帶來的問題，可采用直流輸電聯(lián)絡(luò)跨省電力系統(tǒng)，并把全國電力系統(tǒng)分隔為幾個(gè)既可獲得聯(lián)網(wǎng)效益有相對獨(dú)立便于經(jīng)營的電力系統(tǒng)。抽水蓄能電站和潮汐電站與電網(wǎng)的連接。采用直流輸電，使水輪發(fā)電機(jī)組可不受電網(wǎng)額定頻率的限制，而是隨水位的變化變速變頻運(yùn)行，這樣水輪發(fā)電機(jī)可運(yùn)行于最佳效率區(qū)。如潘家口抽水蓄能電站采用直流輸電和水輪發(fā)電機(jī)組變頻運(yùn)行后，效率提高了10%左右。以上四點(diǎn)是直流輸電的主要應(yīng)用。此外，直流輸電的應(yīng)用范圍廣泛，還可用于磁流體發(fā)電、太陽能電池、燃料電池和熱核聚變直接發(fā)電等多種新型發(fā)電方式配套和超導(dǎo)輸電等方面。1.3論文的主要工作第二章直流輸電控制系統(tǒng)與控制保護(hù)裝置2.1直流輸電系統(tǒng)控制概述直流輸電的控制保護(hù)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)直流輸電正常啟動(dòng)與停運(yùn)、正常正常運(yùn)行、運(yùn)行參數(shù)改變與自動(dòng)調(diào)節(jié)、故障處理與保護(hù)等所必不可少的組成部分，是決定直流輸電工程運(yùn)行性能好壞的重要因素，它與交流輸電二次系統(tǒng)的功能有所不同。此外，為了利用大地（或海水）為回路來提高直流輸電運(yùn)行的可靠性和靈活性，直流輸電工程還需要有接地極和接地極引線。因此，一個(gè)兩端直流輸電工程，除整流站、逆變站和直流輸電線路以外，還有接地極、接地極引線和一個(gè)滿足運(yùn)行要求的控制保護(hù)系統(tǒng)等。高壓直流輸電與交流輸電想比較的一個(gè)顯著特點(diǎn)是可以通過對兩端換流器的快速調(diào)節(jié)，控制直流線路輸送功率的大小和方向，以滿足整個(gè)交流聯(lián)合系統(tǒng)的運(yùn)行要求，也就是說直流輸電系統(tǒng)的性能，極大的依賴于它的控制系統(tǒng)。高壓直流輸電的控制系統(tǒng)，要完成以下基本的控制功能。直流輸電系統(tǒng)的起?？刂?；直流輸送功率的大小和方向的控制；抑制換流器不正常運(yùn)行及對所連交流系統(tǒng)的干擾；發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)換流站設(shè)備；對換流站、直流線路的各種運(yùn)行參數(shù)，如電壓及電流等以控制系統(tǒng)本身的信息進(jìn)行監(jiān)視；與交流變電所設(shè)備接口及與運(yùn)行人員聯(lián)系。本章針對的是兩端直流輸電系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)。2.2控制系統(tǒng)配置要求一、控制系統(tǒng)多重化為了達(dá)到直流工程所需要的可用率及可靠性指標(biāo)，直流輸電控制系統(tǒng)全部采用多重化設(shè)計(jì)，通常采用雙通道設(shè)計(jì)，其中一個(gè)通道工作時(shí)，另一個(gè)通道處于熱備用狀態(tài)。當(dāng)工作中的通道發(fā)生故障時(shí)，切除邏輯將其退出工作，處于熱備用狀態(tài)的通道則自動(dòng)切換到工作狀態(tài)，這種自動(dòng)切換動(dòng)作不應(yīng)對直流輸送功率產(chǎn)生明顯的擾動(dòng)。也有個(gè)別采用三通道設(shè)計(jì)，三區(qū)二表決輸出方案的，如我國葛—南直流工程的直流保護(hù)系統(tǒng)、三—廣直流工程的直流保護(hù)系統(tǒng)、俄羅斯—芬蘭背靠背工程的直流保護(hù)系統(tǒng)，都是采用三取二設(shè)計(jì)。從另一方面看，通道數(shù)量的增加，勢必增加設(shè)備元件數(shù)，導(dǎo)致原件故障上升及其設(shè)備投資增加，因而也不是通道越多越好。通常，雙通道設(shè)計(jì)是一種較好的選擇?？刂圃O(shè)計(jì)應(yīng)允許在因故障而退出運(yùn)行的通道上進(jìn)行維修工作以及修復(fù)后的性能驗(yàn)證試驗(yàn)，而保證不會(huì)對正在運(yùn)行中的通道產(chǎn)生干擾，臂滿足控制系統(tǒng)不停電即可維護(hù)的要求?？刂葡到y(tǒng)分層結(jié)構(gòu)所謂直流輸電控制系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)，是將直流輸電換流站和直流輸電線路的全部控制功能按等級分為若干層次而形成的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。復(fù)雜的控制系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)，可以提高運(yùn)行的可靠性，使任一控制環(huán)節(jié)故障所造成的影響和危害程度最小，同時(shí)還可提高運(yùn)行操作、維護(hù)的方便性和靈活性。其主要特征是：（１）各層次在結(jié)構(gòu)上分開，層次等級高的控制功能可以作用于其所屬的低等級層次，且作用方向是單向的，即低等級層次不能作用作用于高等級層次；（２）層次等級相同的各控制功能及其相應(yīng)的硬、軟件在結(jié)構(gòu)上盡量分開，以減小互相影響；（３）直接面向被控設(shè)備的控制功能設(shè)置在最低層次等級，控制系統(tǒng)中的有關(guān)的執(zhí)行環(huán)節(jié)也屬于這一層次等級，它們一般就設(shè)置在被控設(shè)備近旁；（４）系統(tǒng)的主要控制功能盡可能的分散到較低的層次等級，以提高系統(tǒng)可用率；（５）當(dāng)高層次發(fā)生故障時(shí)，各下層控制能按照故障前的指令繼續(xù)工作，并保留盡可能多的控制功能。按照層次結(jié)構(gòu)的概念，直流系統(tǒng)中所有的控制裝置，應(yīng)根據(jù)雙極功能（最高級）、級功能、閥組功能（最低級）進(jìn)行分組。為了減小故障影響范圍，各控制功能應(yīng)該放到盡可能低的層次上，特別是與雙極功能有關(guān)的裝置應(yīng)減至最少，即把這些裝置盡可能的分設(shè)到極功能層次中去。對于那些不能分設(shè)到極功能層次中的與雙極功能有關(guān)的裝置，只好放在雙極層次上，但應(yīng)進(jìn)行耐故障設(shè)計(jì)，以便當(dāng)發(fā)生任何單重電路故障時(shí)，不致使兩個(gè)極都收到擾動(dòng)。層次設(shè)計(jì)應(yīng)注意使與一極有關(guān)的電路故障和測量裝置故障，不會(huì)通過極間信號交換接口或其他控制層次間的信號交換接口，或通過裝置的電源而轉(zhuǎn)移到另一極。當(dāng)雙極中一極的控制裝置因維修而退出運(yùn)行時(shí)，不應(yīng)導(dǎo)致正在運(yùn)行的另一極任何控制模式受到限制或特性失效，因此，應(yīng)當(dāng)將極和閥組極的控制功能設(shè)計(jì)成使得裝置因維修而退出運(yùn)行時(shí)，對仍舊在運(yùn)行的另一極設(shè)備的運(yùn)行限制盡可能的少，使其控制模式或特性不能用的時(shí)間盡可能的短?，F(xiàn)代直流輸電控制系統(tǒng)一般設(shè)有六個(gè)層次等級，從高層次等級至低層次等級分別為:系統(tǒng)控制級、雙極控制級、極控制級、換流器控制級、單獨(dú)控制級和換流閥控制級。圖2—1所示為直流輸電控制系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)框圖。當(dāng)每極只有一個(gè)換流單元時(shí)，為簡化結(jié)構(gòu)，極控制盒換流器控制可以合并為一個(gè)級；當(dāng)只有一回雙極線路時(shí)，通常系統(tǒng)控制和和雙極控制合并為一級。在直流系統(tǒng)各換流站中，需指定其中的一個(gè)為主控制站，其他為從控制站。系統(tǒng)控制級和雙極控制級設(shè)置在主控制站中，它通過通信系統(tǒng)發(fā)出控制指令，協(xié)調(diào)各換流站的運(yùn)行。圖2-1（一）換流閥控制級換流閥控制級為各個(gè)閥分別設(shè)置的等級最低的控制層次，是有地電位控制單元（通常稱為VBE）和高電位控制單元（通常稱為TE）兩個(gè)部分構(gòu)成，其主要功能有：EQ\o\ac(○,1)將處于地電位的換流器控制級送來的閥觸發(fā)信號進(jìn)行變換處理，經(jīng)電光隔離（或磁）耦合或光纜送到高電位單元，再變換為電觸發(fā)脈沖，經(jīng)功率放大后分別加到各晶閘管原件的控制級；當(dāng)采用光直接觸發(fā)晶閘管換流時(shí)，由地電位光纜直接送到高電位后無需再轉(zhuǎn)換為電信號，直接觸發(fā)晶閘管閥，從而簡化了換流閥的觸發(fā)系統(tǒng)，大大減少了其電子原件數(shù)量，對降低維護(hù)要求和提高可靠性均有好處；EQ\o\ac(○,2)晶閘管原件和組件的狀態(tài)監(jiān)測，包括閥電流過零點(diǎn)、高電位控制單元中直流電源監(jiān)視。監(jiān)測信號經(jīng)電隔離或光纜傳送到地電位控制單元，經(jīng)處理后進(jìn)行控制、顯示、報(bào)警等（這部分通常稱為TM）。（二）單獨(dú)控制級換流站中除換流器外，其他各項(xiàng)設(shè)備分別設(shè)置了自動(dòng)控制、操作控制和狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備，與換流閥控制級同屬于最低層次的控制級別。單獨(dú)控制功能有：換流變壓器分接開關(guān)切換控制；換流閥冷卻及輔助系統(tǒng)的控制和監(jiān)測；直流和交流開關(guān)場各斷路器、隔離開關(guān)的操作和狀態(tài)監(jiān)視；直流濾波器組的投切操作和監(jiān)測；交流濾波器組和無功補(bǔ)償設(shè)備的投切操作、自動(dòng)控制和狀態(tài)監(jiān)測等、（三）換流器控制級換流器控制級是控制直流輸電一個(gè)換流單元的控制層次，用于控制換流器的觸發(fā)相位，其主要控制功能有：換流器觸發(fā)相位控制；定電流控制；定關(guān)斷角控制；直流電壓控制；觸發(fā)角、直流電壓、直流電流最大值和最小值限制控制以及換流單元閉鎖和解鎖順序控制等。極控制級極控制級為控制直流輸電一個(gè)極的控制層次。雙極直流輸電系統(tǒng)要求一極故障時(shí)，另一極能夠單獨(dú)運(yùn)行，并能完成主要的控制任務(wù)。因此要求兩極各自的極控制級完全獨(dú)立并設(shè)置盡可能多的控制功能。主控制站的極控制級還擔(dān)負(fù)協(xié)調(diào)從控制站同一極的極控制級工作的任務(wù)。極控制級的主要功能有：EQ\o\ac(○,１)經(jīng)計(jì)算向換流器控制級提供電流整定值，控制直流輸電的電流；主控制站的電流整定值由功率控制單元給定或人工設(shè)置，并通過通信設(shè)備傳送到從控制站；EQ\o\ac(○,２)直流輸電功率控制，其任務(wù)是根據(jù)功率整定值和實(shí)際直流電壓值決定出直流電流整定值；功率整定值由雙極控制級給定，也可由人工設(shè)置，功率控制單元設(shè)置在主控制站內(nèi)；EQ\o\ac(○,３)極啟動(dòng)和停運(yùn)控制；EQ\o\ac(○,４)故障處理控制，包括移向停運(yùn)和自動(dòng)再啟動(dòng)控制、低壓限流控制等；EQ\o\ac(○,５)各換流站同一極之間的遠(yuǎn)動(dòng)和通信，包括電流整定值和其他連續(xù)控制信息的傳輸、交直流設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息和測量值傳輸?shù)取ｋp極控制級雙極控制級為雙極直流輸電系統(tǒng)中同時(shí)控制兩個(gè)極的控制層次，它用指令形式協(xié)調(diào)控制雙極的運(yùn)行，其主要功能有：EQ\o\ac(○,１)根據(jù)系統(tǒng)控制級給定的功率指令，決定雙極的功率定值；EQ\o\ac(○,２)功率傳輸方向的控制；EQ\o\ac(○,３)兩極電流平衡控制；EQ\o\ac(○,４)換流站無功功率和交流母線電壓控制等。（六）系統(tǒng)控制級系統(tǒng)控制級為直流輸電控制系統(tǒng)中級別最高的控制層次，其主要功能有：EQ\o\ac(○,1)與電力系統(tǒng)調(diào)度中心通信聯(lián)系，接受調(diào)度中心的控制指令，向通信中心輸送有關(guān)的運(yùn)行信息；EQ\o\ac(○,2)根據(jù)調(diào)度中心的輸電功率指令，分配各直流回路的輸電功率；EQ\o\ac(○,３)緊急功率支援控制；EQ\o\ac(○,４)潮流翻轉(zhuǎn)控制；５各種調(diào)制控制，包括電流調(diào)制和功率調(diào)制控制，用于阻尼交流系統(tǒng)振蕩的阻尼控制，交流系統(tǒng)頻率或功率／頻率控制等。2.3換流器觸發(fā)相位控制換流器觸發(fā)相位控制是直流輸電控制系統(tǒng)中用來改變換流閥的觸發(fā)相位，實(shí)現(xiàn)直流輸電系統(tǒng)及其換流裝置運(yùn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)的控制環(huán)節(jié)，有等觸發(fā)角控制和等相位間隔控制兩種控制方式。等觸發(fā)角控制等觸發(fā)角控制又稱按相控制或分相控制，早期的直流輸電曾采用過這種控制方式，其特點(diǎn)是：換流器的每一換流閥都有各自分開的觸發(fā)相位控制電路，直接以加在每個(gè)閥上各自的交流電壓為參考，即以它的瞬時(shí)值變正的過零點(diǎn)為相位基準(zhǔn)，以決定該閥觸發(fā)時(shí)刻的相位，保持各閥的觸發(fā)角相等。在交流系統(tǒng)三相電壓對稱時(shí)，按相控制的各閥相繼觸發(fā)脈沖間的相位差穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)是相等的，對于６脈動(dòng)換流器是６０°，對于１２脈動(dòng)換流器是３０°。實(shí)際上，加在換流器上的三相電壓難免有一定程度的不對稱，此時(shí)各閥的觸發(fā)角彼此相等，而各閥相繼觸發(fā)脈沖間的相位間隔也就彼此不等。觸發(fā)脈沖相位間隔不相等，將在換流器的交流側(cè)和直流側(cè)產(chǎn)生非特征諧波電流和電壓。未被濾除的低次非特征諧波電流流入交流系統(tǒng)，將進(jìn)一步導(dǎo)致交流電壓發(fā)生畸變和過零點(diǎn)相位的相對移動(dòng)。特別是在交流系統(tǒng)諧波阻抗較大時(shí)，有可能產(chǎn)生增幅的諧波振蕩，甚至造成直流輸電系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定。此外，觸發(fā)脈沖間隔不等，還會(huì)使換流變壓器產(chǎn)生直流偏磁，導(dǎo)致?lián)Q流變壓器損耗和噪聲增大?？赡馨l(fā)生諧波不穩(wěn)定是按相控制方式的主要缺點(diǎn)。這種控制方式目前在工程中已不采用。二、等相位間隔控制等相位間隔控制又稱等間隔控制或等距離脈沖控制。它與按相控制的不同在于它不以保證各閥觸發(fā)角相等為目標(biāo)，而是保證相繼各觸發(fā)脈沖間的等相位間隔。每個(gè)換流器只裝一套相位控制電路，發(fā)出等間隔的觸發(fā)脈沖信號序列，并按一定順序，一次分別到相應(yīng)閥的觸發(fā)脈沖發(fā)生器去觸發(fā)該閥。對于６脈動(dòng)換流器觸發(fā)脈沖之間的間隔為６０°而對于１２脈動(dòng)換流器則此間隔為３０°。如果交流系統(tǒng)三相電壓對稱，在等相位間隔控制作用下，各閥的觸發(fā)角也是相等的，當(dāng)交流系統(tǒng)三相電壓不對稱時(shí)，在等相位間隔控制作用下，雖然各閥的觸發(fā)角會(huì)不相等，但卻能有效的抑制非特征諧波可能形成的惡性循環(huán)，防止發(fā)生諧波不穩(wěn)定現(xiàn)象。由于觸發(fā)脈沖間隔相等，產(chǎn)生的非特征諧波很有限，克服了按相控制的主要缺點(diǎn)，成為當(dāng)前普遍采用的觸發(fā)相位控制方式。這種控制方式的主要缺點(diǎn)是：當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障時(shí)，各閥的觸發(fā)角之間相差較大，有時(shí)會(huì)造成調(diào)節(jié)器工作困難，但可設(shè)法予以克服。2.4直流系統(tǒng)基本控制原理直流系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)，是通過改變線路兩端換流器的觸發(fā)角來實(shí)現(xiàn)的，它能執(zhí)行快速和多種方式的調(diào)節(jié)，不僅能保證直流輸電的各種傳輸方式，完善直流輸電系統(tǒng)本身的運(yùn)行特性，而且還可改善兩端交流系統(tǒng)的運(yùn)行性能。因此，直流輸電的控制調(diào)節(jié)對整個(gè)交直流系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著重要的作用。一個(gè)由６脈動(dòng)換流器組成的兩端單極直流輸電系統(tǒng)，從直流側(cè)看每端可以等效為一個(gè)直流電壓源，其整流側(cè)電壓可表示為:=1.35cosɑ－（3/)(2-1)逆變側(cè)電壓可表示為（2-2）或（2-3）式中，分別為滯后觸發(fā)角、超前觸發(fā)角和關(guān)斷角；分別為整流側(cè)和逆變側(cè)換流變壓器閥側(cè)空載線電壓有效值；分別為整流側(cè)和逆變側(cè)等值換相電抗，它們的倍，可以看作是電壓源的內(nèi)阻。對于12脈動(dòng)換流器組成的單極系統(tǒng)，直流電壓時(shí)以上各式得出值的2倍。直流線路流過的電流等于線路兩端的電位差除以線路電阻，即（2-4）或（2-5）式中，R為直流線路等值電阻，對于不同的直流接線方式R值不同。由此，可以作出直流系統(tǒng)的等值電路圖，見圖2-2。圖2-2由式（2－１）和式（2－２）可看到，換流器的觸發(fā)角以及交流電壓的變換可以改變直流電壓源的幅值；而在交流電壓或直流電流變化時(shí)，也可改變觸發(fā)角來維持直流電壓或電流不變。由于晶閘管單向?qū)ǖ奶匦裕绷骰芈返碾娏鞣较虿荒芨淖?；但是，可以通過改變電壓的極性來改變直流功率輸送的方向。因此，改變直流電壓的極性和幅值，可以改變線路輸送的電流以及功率輸送方向和大小。2.5換流器基本控制方式及其配置換流器基本控制方式在高壓直流輸電控制系統(tǒng)中，換流器控制是基礎(chǔ)，它主要通過對換流器觸發(fā)脈沖的控制和對換流變壓器抽頭位置的控制，完成對直流傳輸功率的控制。直流控制系統(tǒng)應(yīng)能將直流功率、直流電壓、直流電流以及換流器觸發(fā)角等被控量保持在直流一次回路的穩(wěn)態(tài)極限之內(nèi)，還應(yīng)能將暫態(tài)過電流及暫態(tài)過電壓都限制在設(shè)備容許的范圍之內(nèi)，并保證在交流系統(tǒng)或直流系統(tǒng)故障后，能在規(guī)定的相應(yīng)時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)恢復(fù)送電。進(jìn)數(shù)十年來，隨著電子技術(shù)的日新月異，高壓直流輸電控制技術(shù)得到了飛速發(fā)展，控制裝置設(shè)備從當(dāng)初的電子管裝置，經(jīng)過磁放大器、半導(dǎo)體分立元件、小規(guī)模集成電路，發(fā)展到當(dāng)代的完全微處理器控制。然而，其基本控制原理則——電流裕度法，自1954年果特蘭島高壓直流工程至今，卻一直被沿用，并被證明是十分有效的控制方法。這種兩端直流系統(tǒng)的基本控制方式，簡單表達(dá)如圖2-3(a)所示，整流側(cè)特性由定直流電流和最小觸發(fā)角兩段直線構(gòu)成；逆變側(cè)特性由定直流電流和定關(guān)斷角或定直流電壓[見圖2-3(a)中的虛線]兩段特性構(gòu)成；為了避免兩端電流調(diào)節(jié)器同時(shí)工作引起調(diào)節(jié)的不穩(wěn)定，逆變側(cè)電流調(diào)節(jié)器的定值比整流側(cè)一般小0.1p.u.(標(biāo)幺值），這就是電流裕度。根據(jù)電流裕度控制原則，此電流裕度無論在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行還是在暫態(tài)運(yùn)行情況下都必須保持，一旦失去電流裕度，直流系統(tǒng)就會(huì)崩潰。若電流裕度取得太大，當(dāng)發(fā)生控制方式轉(zhuǎn)換時(shí)，傳輸功率就會(huì)減小太多；若電流裕度太小，則可能因運(yùn)行中直流電流的微小波動(dòng)致使兩端電流調(diào)節(jié)器都參與控制，造成運(yùn)行不穩(wěn)定。絕大多數(shù)高壓直流工程所采用的電流裕度都是0.1p.u.，即額定直流電流的10%。圖2－３正常運(yùn)行時(shí)，通常以整流側(cè)定直流電流，逆變側(cè)定關(guān)段角或定直流電壓運(yùn)行，其運(yùn)行工作點(diǎn)為圖2-3(a)中的N；當(dāng)整流側(cè)交流電壓降低或逆變側(cè)交流電壓升高很多時(shí)，使整流器進(jìn)入定最小觸發(fā)角控制，此時(shí)逆變器則自動(dòng)轉(zhuǎn)為控制直流電流，其整定值比整流側(cè)的小0.1p.u.，其運(yùn)行工作特點(diǎn)為圖2-3(a)中的M。這種整流器的逆變器控制特性的組合，就是電流裕度控制特性。直流輸電系統(tǒng)的其他控制功能，如定功率控制功能，如定功率控制、頻率控制、阻尼控制等高層控制，都是在次基礎(chǔ)上增設(shè)的。實(shí)際使用的直流輸電控制系統(tǒng)，是在基本控制特性的基礎(chǔ)上，還增加了一些改善措施，其主要有一下幾種：低壓限流控制特性VDCOL這里所說的低壓限流控制特性是指在某些故障情況下，當(dāng)發(fā)現(xiàn)直流限壓低于某一值時(shí)，自動(dòng)降低直流電流調(diào)節(jié)器的整定值，待直流電壓恢復(fù)后，又自動(dòng)恢復(fù)整定值的控制功能。設(shè)置低壓限流特性的目的，最初是作為換流閥換相失敗故障德爾一種保護(hù)措施，后來被許多現(xiàn)代高壓直流工程，尤其是具有弱交流系統(tǒng)的直流工程所采用，用來改善故障后直流系統(tǒng)的恢復(fù)特性。其主要作用有：EQ\o\ac(○,1)避免逆變器長時(shí)間換相失敗，保護(hù)換流閥：正常運(yùn)行的閥，在一個(gè)工頻周期內(nèi)僅１/3時(shí)間導(dǎo)通，當(dāng)由于逆變側(cè)交流系統(tǒng)故障或其他原因使逆變器發(fā)生換相失敗，造成直流電壓下降、直流電流上升、換相角加大、關(guān)斷角減小是，一些換流閥會(huì)長期流過大電流，這將影響換流器的運(yùn)行壽命，甚至損壞。因此，通過降低電流整定值來減少發(fā)生后續(xù)換相失敗的幾率，從而可以保護(hù)晶閘管原件。EQ\o\ac(○,２)在交流系統(tǒng)出現(xiàn)干擾或干擾消失后使系統(tǒng)保持穩(wěn)定，有利于交流系統(tǒng)電壓恢復(fù)：交流系統(tǒng)發(fā)生故障后，如果直流電流增加，這將進(jìn)一步降低交流電壓，可能產(chǎn)生電壓不穩(wěn)定；而當(dāng)直流電流減少時(shí)，換流器吸收的無功功率也減少，這將有利于交流電壓的恢復(fù)，避免交流電壓不穩(wěn)定；在交流系統(tǒng)遠(yuǎn)端故障后的電壓振蕩期間，可以起到類似動(dòng)態(tài)穩(wěn)定器的作用，改善交流系統(tǒng)的性能。EQ\o\ac(○,３)在交流系統(tǒng)故障切除后，為直流輸電系統(tǒng)的快速恢復(fù)創(chuàng)造條件，在交流電壓恢復(fù)期間，平穩(wěn)增大直流電流來恢復(fù)直流系統(tǒng)。需要注意的是，如果交流系統(tǒng)故障切除，直流系統(tǒng)功率恢復(fù)太快，換流器需要吸收較大的無功功率，將影響交流電壓恢復(fù)，所以對于較弱的受端交流系統(tǒng)，通常要等交流電壓恢復(fù)后，才能恢復(fù)直流的輸送功率。電流裕度平滑轉(zhuǎn)換特性如果逆變側(cè)交流系統(tǒng)短路容量較小，圖2-3（b)的電流裕度特性中的逆變器定角特性的斜率將大于整流器的定角特性斜率，此時(shí)在兩端電流調(diào)節(jié)器的定值之間沒有穩(wěn)定的運(yùn)行點(diǎn)，直流電流將在兩個(gè)定值之間來回震蕩。為了防止上述情況的發(fā)生，在實(shí)際的控制系統(tǒng)中配備有電流裕度平滑特性，即當(dāng)直流電流在逆變側(cè)電流定值與整流側(cè)電流定值之間時(shí)，按電流差值增加角，從而使逆變器的外特性變?yōu)檎甭实闹本€，即（2－６）式中，值為常數(shù)，適當(dāng)?shù)倪x取值，可以使這個(gè)特性為正斜率的直線，見圖2-3（b)。三—常直流輸電工程控制系統(tǒng)中的段在逆變器的特性曲線上提供了一段正斜率線段，直流正常運(yùn)行點(diǎn)就處在段上，起著類似的功能和作用，見圖2-4。圖2-4電流裕度補(bǔ)償控制特性使用電流裕度控制特性，當(dāng)進(jìn)入逆變器定電流控制時(shí)，由于直流電流減小一個(gè)裕度，使直流輸送功率也相應(yīng)減小。為了彌補(bǔ)直流功率的減少，一些直流輸電工程采用了電流裕度補(bǔ)償功能，其原理是同時(shí)提高兩端電流調(diào)節(jié)器的定值：當(dāng)整流側(cè)進(jìn)入最小觸發(fā)角限制時(shí)，將實(shí)際電流與原電流定值的差加到電流調(diào)節(jié)器最后使用的定值上，這個(gè)新值也將送到逆變側(cè)，以提高逆變側(cè)電流調(diào)節(jié)器的定值，達(dá)到既補(bǔ)償直流功率的損失，同時(shí)也保持兩端調(diào)節(jié)器的電流裕度。因此，在基本控制特性上，相當(dāng)于兩個(gè)定電流直線同時(shí)右移。雙極電流平衡控制特性直流輸電系統(tǒng)雙極運(yùn)行時(shí)，其極間不平衡電流將流經(jīng)兩端接地極進(jìn)入大地。為了盡量減小此地電流對地下金屬設(shè)施的腐蝕作用，一方面要接地極地址盡可能遠(yuǎn)離地下設(shè)施多的地區(qū)，另一方面則是盡量減小極間不平衡電流。在沒有雙極電流平衡控制情況下，當(dāng)今的高壓直流輸電系統(tǒng)可以把極間不平衡電流控制在３％額定值一下，而加上雙極電流平衡控制以后，則可將不平衡電流減小到電流傳感器的測量誤差水平。按照現(xiàn)在直流電流傳感器的制造水平，其測量誤差可達(dá)到１％額定值以后，可以把流入地中的電流減小到額定電流的１％以下。換流器基本控制配置下面對整流站和逆變站的基本控制配置及其特性進(jìn)一步的介紹。整流站基本控制配置１.最小觸發(fā)角控制晶閘管導(dǎo)通的條件有兩個(gè)：EQ\o\ac(○,1)陽極和陰極之間加有正向電壓；EQ\o\ac(○,２)控制極上加有足夠強(qiáng)度的觸發(fā)脈沖。晶閘管閥的導(dǎo)通條件也一樣，只不過晶閘管閥一般是由數(shù)十個(gè)乃至上百個(gè)晶閘管串聯(lián)構(gòu)成。如果在控制極加上觸發(fā)脈沖的時(shí)刻，施加在它上面的正向電壓太低，便會(huì)導(dǎo)致各晶閘管導(dǎo)通的同時(shí)性變差，對閥的均壓不利。最小觸發(fā)角控制就是為解決這一問題而設(shè)的。從世界上一些高壓直流輸電工程的設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)看，絕大多數(shù)直流輸電工程采用的最小觸發(fā)角都是５％。直流電流控制直流電流控制，也稱定電流控制，是直流輸電最基本的控制，它可以控制直流輸電的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電流，并通過它來控制直流輸送功率以及實(shí)現(xiàn)各種直流功率調(diào)制功能以改善交流系統(tǒng)的運(yùn)行性能。同時(shí)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，它又能快速限制暫態(tài)的故障電流值以保護(hù)晶閘管換流閥及換流站的其他設(shè)備。因此，直流電流調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)性能是決定直流輸電控制系統(tǒng)性能好壞的重要因素。直流電壓控制直流電壓控制也稱定電壓控制。按照電流裕度法原則，整流站不需要配備直流電壓控制功能，但是為了防止在某些異常情況（如發(fā)生直流回路開路時(shí)出現(xiàn)過高的直流電壓）下，通常整流站仍配備直流電壓控制功能，其主要目的是限制過電壓。其電壓整定值通常均略高于額定直流電壓值（如1.05p.u.)，當(dāng)直流電壓高于其定值是，它將加大角，起到了限壓的作用。低壓限流控制低壓限流特性的相應(yīng)時(shí)間，直流電壓下降方向通常取5~40ms，直流電壓上升方向取40~200ms，個(gè)別工程達(dá)１s。低壓限流特性的直流電壓動(dòng)作值，按照葛－南和天－廣工程的經(jīng)驗(yàn)，整流站一般取0.45~0.35p.u.，個(gè)別工程取0.1p.u.。直流功率控制高壓直流輸電系統(tǒng)往往需要按照預(yù)定計(jì)劃輸送功率。當(dāng)兩側(cè)換流母線電壓波動(dòng)不大時(shí)，整流側(cè)采用定電流控制，逆變側(cè)采用定電壓控制，便可近似的得到定功率控制特性。然而，為了精確控制直流傳輸功率，通常采用的定功率控制方式是增加功率調(diào)節(jié)器。功率調(diào)節(jié)器不直接去控制換流器觸發(fā)脈沖相位，而是以直流電流調(diào)節(jié)器為基礎(chǔ)，通過改變其電流定值的辦法來實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。在實(shí)際工程中，一般講運(yùn)行人員整定的功率定值，除以實(shí)測的直流電壓，從而獲得為保證此功率定值所需要的直流電流定值。這樣做可保持電流控制調(diào)節(jié)速度快，可迅速抑制過電流的優(yōu)點(diǎn)。功率調(diào)節(jié)器通?？刂普髡倦娏髡{(diào)節(jié)器的電流定值，以達(dá)到控制功率的目的，但功率調(diào)節(jié)器卻并非一定要裝設(shè)在整流站，它的裝設(shè)點(diǎn)往往隨主導(dǎo)站而定。這樣構(gòu)成的控制系統(tǒng)是一個(gè)多閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，為此必須適當(dāng)選擇各調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以防止功率調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器之間相互干擾而產(chǎn)生振蕩。為了保證換流器運(yùn)行在容許的范圍之內(nèi)，控制系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)設(shè)置以下的電流限制和限制。最大電流限制。如2h過負(fù)荷能力限制、冬季過負(fù)荷能力限制。動(dòng)態(tài)過負(fù)荷能力限制、直流降壓運(yùn)行負(fù)荷限制等。通常兩端換流站各自計(jì)算出本站的最大電流限制值并送往對端站，選出其中較低值作為共同的最大電流限制值，并保證在任何情況下兩端的最大電流限制值均相等。最小電流限制。為了使直流輸電系統(tǒng)不致運(yùn)行在過低的直流電流水平上，以避免直流電流發(fā)生斷續(xù)而引發(fā)過電壓之類的問題，應(yīng)對最低運(yùn)行電流值給予限制。直流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行所允許的最小直流電流，應(yīng)當(dāng)大于所謂“斷續(xù)電流”，并考慮留有一定的裕度，一般選為斷續(xù)電流的２倍。通常取最小電流限制值為１０％額定直流電流。整流站最小限制。當(dāng)整流站發(fā)生交流系統(tǒng)故障時(shí)，為降低故障對直流輸送功率的影響，最小限制將角快速降低到允許的最小值。當(dāng)故障消失，交流電壓恢復(fù)后，如果太小，直流電流會(huì)很大。為防止這種情況的發(fā)生，在三－常直流工程中，配置了整流站最小角限制功能。當(dāng)檢測到單相故障或三相故障時(shí)，最小角限制根據(jù)故障類型的不同而輸出不同的限制值。當(dāng)故障消除后，此限制值將以一定的速度將為０。（二）逆變站基本控制配置１.定關(guān)斷角（定角）控制當(dāng)換流器作為逆變運(yùn)行時(shí)，從被換相的閥電流過零算起，到該閥重新被加上正向電壓為止這段時(shí)間所對應(yīng)的電角度，稱之為關(guān)斷角。如果關(guān)斷角太小，以致晶閘管閥來不及完全恢復(fù)其正向阻斷能力，又重新被加上正向電壓，它就會(huì)重新自行導(dǎo)通，于是將發(fā)生倒換相過程，其結(jié)果將使應(yīng)該導(dǎo)通的閥關(guān)斷，而應(yīng)該關(guān)斷的閥卻繼續(xù)導(dǎo)通，這種現(xiàn)象稱為換相失敗。逆變器偶爾發(fā)生單相換相失敗，往往就會(huì)自行恢復(fù)正常換相，對直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行影響不大。然而，若連續(xù)地發(fā)生換相失敗，則會(huì)嚴(yán)重地?cái)_亂直流功率的傳輸，必須予以避免。因此，從保證逆變器安全運(yùn)行的觀點(diǎn)來看，逆變器的關(guān)斷角應(yīng)保持大些為好。另外，由于（2－７）式中，為直流電壓；為逆變器的空載理想直流電壓；為關(guān)斷角；為換相角。在電流裕度控制方式下，直流線路電壓是由逆變側(cè)的關(guān)斷角調(diào)節(jié)器控制的，從上式可見，關(guān)斷角增大，將使逆變器能維持的直流電壓降低，從而減少了可能傳輸?shù)闹绷鞴β?，也就是說降低了設(shè)備利用率。其次，因?yàn)槟孀兤鞯墓β室驍?shù)可以表示為（2－８）由上式可見，關(guān)斷角增大，也將導(dǎo)致逆變器功率因數(shù)降低，使逆變器消耗的無功功率增大，因此，從提高換流器利用率、降低換流器消耗的無功功率的角度來看，關(guān)斷角應(yīng)保持小些為好。由此可見，這是一對矛盾的要求。合理解決的辦法是對關(guān)斷角進(jìn)行恰當(dāng)?shù)目刂?，使其在正常運(yùn)行條件下，以保證安全為前提，維持盡可能小的數(shù)值。這就是關(guān)斷角調(diào)節(jié)器的任務(wù)。關(guān)斷角這一變量可以直接測量，卻不能直接控制，只能靠改變逆變器的觸發(fā)角來間接調(diào)節(jié)，此外，關(guān)斷角不僅與逆變器的觸發(fā)角有關(guān)，同時(shí)還與直流系統(tǒng)其他變量有關(guān)，其表達(dá)式為（2－９）式中，為逆變器觸發(fā)角；為逆變器關(guān)斷角；為直流電流；為逆變器閥側(cè)空載線電壓；為逆變器等值換相電阻，為逆變器的換相電抗。由于運(yùn)行中，、和隨時(shí)都可能發(fā)生變化，因而對關(guān)斷角的控制難以準(zhǔn)確?？紤]到這一因素，在選擇關(guān)斷角整定值時(shí)，除了要計(jì)入晶閘管的關(guān)斷時(shí)間外，還要附加一個(gè)時(shí)間裕度。應(yīng)當(dāng)這樣來選取關(guān)斷角定值，即使得由于正常的控制動(dòng)作或偷竊交流濾波器支路或并聯(lián)電容器支路時(shí)，導(dǎo)致直流電壓下降或直流電流增大所引起的換相失敗幾率很小。絕大所數(shù)直流工程的關(guān)斷角定值都在１５°～１８°的范圍內(nèi)。在選取關(guān)斷角定值時(shí)，有一點(diǎn)應(yīng)當(dāng)引起注意，即由于換流母線電壓往往不是理想的三項(xiàng)對稱正弦電壓，換相回路各相的阻抗又難以做到完全相等，換流器的觸發(fā)脈沖雖然可采用等間距原理，但實(shí)際上也有誤差，其結(jié)果是使得１２脈動(dòng)逆變器每周期產(chǎn)生的１２個(gè)關(guān)斷角不完全相等。為了防止換相失敗，關(guān)斷角調(diào)節(jié)器應(yīng)使每個(gè)關(guān)斷角都不小關(guān)斷角定值，換句話說，關(guān)斷角調(diào)節(jié)器所保持的關(guān)斷角是一周期１２個(gè)關(guān)斷角中的最小值。然而，由關(guān)斷角調(diào)節(jié)器維持的直流電壓值卻是反映一周期中關(guān)斷角的平均值。此平均值顯然比最小值大些，但由于關(guān)斷角越大，它所對應(yīng)的直流電壓就約低。因此，在直流輸電主回路設(shè)計(jì)中，如選取關(guān)斷角定值為１８°（未考慮關(guān)斷角不想等），則對應(yīng)直流額定電壓在實(shí)際運(yùn)行時(shí)由于上述原因，其直流電壓就達(dá)不到預(yù)定的額定值。根據(jù)我國葛－南直流工程的經(jīng)驗(yàn)，需要將關(guān)斷角定值由１８°改為１６°，才能達(dá)到按關(guān)斷角１８°計(jì)算所保持的額定直流電壓值?？刂葡到y(tǒng)還應(yīng)考慮當(dāng)交流系統(tǒng)或直流系統(tǒng)受到干擾時(shí)，具有自動(dòng)增大關(guān)斷角的功能，以避免發(fā)生換相失敗。在三－常直流控制系統(tǒng)中，為防止因交流故障而發(fā)生換相失敗，在逆變側(cè)引入一個(gè)換相失敗預(yù)測的控制。換相失敗預(yù)測功能包括兩個(gè)并列部分，一個(gè)是零序檢測以檢測是否發(fā)生單相交流故障，另一個(gè)是采用交流電壓的分量變化以檢測三項(xiàng)故障。當(dāng)檢測到交流故障時(shí)使逆變器提前觸發(fā)，以此來防止換相失敗，但需要注意這種控制應(yīng)與直流兩端調(diào)節(jié)器參數(shù)相配合，以避免調(diào)節(jié)過程中由于參數(shù)不匹配而出現(xiàn)更大的擾動(dòng)。直流電流控制根據(jù)電流裕度控制原則，逆變器也需裝設(shè)電流調(diào)節(jié)器，不過逆變器定電流調(diào)節(jié)器的整定值比整流器小，因而在正常情況下，逆變器定電流調(diào)節(jié)器不參與工作。只有當(dāng)整流側(cè)直流電壓大幅度降低或逆變側(cè)直流電壓大幅度升高時(shí)，才會(huì)發(fā)生控制模式的轉(zhuǎn)換，變?yōu)橛烧髌髯钚∮|發(fā)角控制起作用來控制直流電壓，逆變器定電流控制起作用來控制直流電流。同時(shí)，還應(yīng)配備自動(dòng)電流裕度補(bǔ)償功能，來彌補(bǔ)與電流裕度定值相等的電流下降，以盡量減少直流輸送功率的降低。直流電壓控制逆變站采用定直流電壓控制與定關(guān)斷角控制相比，更有利于受端交流系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定。例如，當(dāng)受端交流電網(wǎng)受到擾動(dòng)，致使逆變器交流母線電壓下降時(shí)，將引起逆變器換相角換相角增大，同時(shí)直流電壓也降低。在采用定關(guān)斷角控制的情況下，由于換相角增大，為了保持關(guān)斷角不變，關(guān)斷角調(diào)節(jié)器將使逆變器角增大，于是逆變器消耗的無功功率增加，這就使逆變站換流母線電壓進(jìn)一步降低，從而可能導(dǎo)致交流電壓不穩(wěn)定。而采用定電壓控制時(shí)，當(dāng)受端電網(wǎng)交流電壓下降而導(dǎo)致直流線路電壓降低時(shí)，為了保證直流電壓不變，電壓調(diào)節(jié)器將減小逆變器的角，這就使逆變器消耗的無功功率減小，從而有利于換流母線電壓的恢復(fù)。此外，在輕負(fù)荷時(shí)，定電壓控制可獲得較大的關(guān)斷角，從而更加減小了換相失敗的幾率；同時(shí)由于關(guān)斷角的加大，使逆變器消耗的無功增加，這對輕負(fù)荷時(shí)換流站的無功平衡有利。由于這一原因，當(dāng)受端為弱交流系統(tǒng)時(shí)，逆變器的正?？刂品绞酵捎枚妷嚎刂?，而定關(guān)斷角控制則作為限制器使用，以防止關(guān)斷角太小時(shí)發(fā)生換相失敗。但在另一方面，當(dāng)采用電壓控制時(shí)，由于在增大直流電壓方向上往往需要留有一定的調(diào)節(jié)裕量，因而在額定工況下，這種控制方式保持關(guān)斷角比定關(guān)斷角控制時(shí)要大，因而逆變器吸收的無功功率要多些，設(shè)備利用率也要低些。低壓限流控制為了和整流側(cè)低壓限流控制的特性相配合，保持電流裕度，逆變側(cè)也需設(shè)置低壓限流控制，且其電壓定值、電流定值、時(shí)間常數(shù)都必須密切與整流側(cè)配合。低壓限流控制的直流電壓動(dòng)作值，按照葛－南和天－廣工程的經(jīng)驗(yàn)，逆變站取0.75~0.35p.u.；直流電流定值，逆變側(cè)通常取0.1~0.3p.u.，個(gè)別工程取0。最大觸發(fā)角限制為了防止在某些異常情況下，因調(diào)節(jié)器超調(diào)導(dǎo)致使逆變器觸發(fā)角太大，造成逆變器關(guān)斷角太小而引起換相失敗故障，逆變器還需這只最大觸發(fā)角限制，此限制值通常在150°~160°之間。柔性直流輸電系統(tǒng)控制3.1概述控制系統(tǒng)對于柔性直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行性能起著至關(guān)重要的作用，系統(tǒng)的控制與保護(hù)策略直接關(guān)系到系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該與系統(tǒng)的保護(hù)緊密結(jié)合起來，綜合考慮，使其不僅能夠在一系列正常運(yùn)行條件下具有良好的運(yùn)行性能，同時(shí)還應(yīng)在交流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)仍然具有合適的動(dòng)態(tài)特性。本章重點(diǎn)介紹柔性直流輸電的控制策略。本章將從柔性直流輸電基本原理入手，從數(shù)學(xué)模型以及控制器設(shè)計(jì)等方面詳細(xì)分析其系統(tǒng)級、換流站級、閥級控制。２柔性直流輸電基本控制原理柔性直流輸電一般采用基于可關(guān)斷電力電子器件IGBT的電壓源型換流器以及PWM脈寬調(diào)制技術(shù)。其控制原理可以概括地理解為根據(jù)系統(tǒng)提出的運(yùn)行要求，產(chǎn)生合適的PWM觸發(fā)脈沖實(shí)現(xiàn)對換流器閥的開關(guān)控制，進(jìn)而獲得期望的電壓、潮流等運(yùn)行指標(biāo)。柔性直流輸電系統(tǒng)的控制分為三個(gè)層次，按其功能由高至低依次為系統(tǒng)級控制、換流站級控制和換流器閥級控制、如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)級控制。系統(tǒng)級控制是柔性直流輸電控制系統(tǒng)中的高層控制，其接收電力調(diào)度中心的有功類型物理量整定值和無功類物理量整定值，并得到有功和無功類物理量參考值作為換流站級控制的輸入?yún)⒖剂浚渲杏泄︻愇锢砹堪ㄓ泄β?、直流電壓、頻率和直流電流，無功類物理量包括無功功率和交流電壓。因此，系統(tǒng)級控制包括有功功率類控制和無功功率類控制，在不同應(yīng)用場合，應(yīng)選取適當(dāng)?shù)挠泄︻惪刂撇呗院蜔o功類策略，且在運(yùn)行過程中，可以由控制系統(tǒng)或運(yùn)行人員根據(jù)需要進(jìn)行改變。換流站級控制。柔性直流輸電換流站級控制接收系統(tǒng)級控制的有功和無功類物理量參考值，并得到SPWM信號的調(diào)制比M和移向角，提供給換流器閥級控制的觸發(fā)脈沖發(fā)生環(huán)節(jié)。由柔性直流基本調(diào)節(jié)方式，的變化主要影響有功功率，M的變化主要影響無功功率，且越小這種關(guān)系越明顯。因此，可以通過改變相位角來控制有功功率，通過改變調(diào)制比M來控制無功功率?？梢?，換流站級控制是柔性直流輸電系統(tǒng)控制中的核心部分。換流站級控制的實(shí)現(xiàn)方式包括多種，如直接控制、矢量控制和自適應(yīng)控制等。直接控制又稱“間接電流控制”，其接收系統(tǒng)級控制器的指令，通過控制調(diào)制比和移相角來達(dá)到調(diào)節(jié)換流器交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位的目的。此控制方式簡單、直接，但響應(yīng)速度比較慢，不容易實(shí)現(xiàn)過電流控制。矢量控制又稱“直流電流控制”，通常采用雙環(huán)控制，即外環(huán)電壓控制和內(nèi)環(huán)電流控制。外環(huán)電壓控制器接收系統(tǒng)級控制器發(fā)出的指令參考值，根據(jù)控制目標(biāo)產(chǎn)生合適的參考信號，并傳遞給內(nèi)環(huán)電流控制器。內(nèi)環(huán)電流控制器接收外環(huán)電壓控制器的指令信號，經(jīng)過一系列的邏輯運(yùn)算得到換流器側(cè)期望的輸出交流電壓參考值，并送到閥控層。矢量控制結(jié)構(gòu)比較簡單，其響應(yīng)速度很快，很容易實(shí)現(xiàn)過電流等控制。使用于柔性直流應(yīng)用場合。換流閥級控制。柔性直流輸電換流器閥級控制接收換流站級控制產(chǎn)生的調(diào)制比Ｍ和移相角，并通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)制方式產(chǎn)生PWM觸發(fā)脈沖，最終實(shí)現(xiàn)對IGBT換流器閥的觸發(fā)控制。3.3柔性直流輸電系統(tǒng)級控制柔性直流輸電系統(tǒng)控制的功能是確保其平穩(wěn)地在不同運(yùn)行方式。運(yùn)行點(diǎn)之間切換，其具有有功類和無功類兩個(gè)可同時(shí)獨(dú)立控制的物理量。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，每個(gè)換流站可以各自獨(dú)立控制這兩類物理量，但直流網(wǎng)絡(luò)的功率必須保持平衡，即注入直流網(wǎng)絡(luò)的有功功率必須等于直流網(wǎng)絡(luò)輸出的功率和換流站及直流網(wǎng)絡(luò)的功率損耗之和。柔性直流輸電系統(tǒng)級控制方式根據(jù)其控制量的性質(zhì)可以分為兩大類：有功功率控制器，主要功能是通過換流站直接控制注入到交流系統(tǒng)的有功功率或者間接調(diào)節(jié)與有功功率相關(guān)的物理量，如直流電壓、直流電流和交流系統(tǒng)頻率。主要包括有功功率控制、直流電壓控制、頻率控制。無功功率類控制器，主要功能是通過換流站直接控制注入到交流系統(tǒng)的無功功率或者間接調(diào)節(jié)與無功功率相關(guān)的物理量。主要包括無功功率控制、交流電壓控制。需要強(qiáng)調(diào)的是，換流站不能同時(shí)選取兩個(gè)有功功率類或無功功率類控制量，而只能在兩類控制量中各取其一。正常運(yùn)行時(shí)，上級調(diào)度系統(tǒng)提出的運(yùn)行要求并不直接作為系統(tǒng)級控制的輸入?yún)⒖贾?，而是需要在此基礎(chǔ)上疊加一個(gè)調(diào)節(jié)信號。例如當(dāng)采用定交流電壓控制時(shí)，通常并不采用橫店呀控制而是引入斜率控制，因?yàn)楫?dāng)換流站容量不夠或者系統(tǒng)故障期間，若強(qiáng)行將參考電壓定在某個(gè)額定值，很有可能造成換流站過流從而閉鎖保護(hù)，惡化故障期間的系統(tǒng)性能。同理當(dāng)采用定有功功率或無功功率控制時(shí)，引入斜率控制同樣可以起到避免超調(diào)以提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性等作用，下面分別討論。３.１系統(tǒng)級有功功率類控制一、有功功率控制圖3-2(a)表示不疊加調(diào)節(jié)信號時(shí)的有功功率簡化控制框圖，換流站直流接收上級信號作為參考值，并發(fā)出相應(yīng)的有功功率。圖3-2(b)表示有功功率控制模塊接收有功功率調(diào)度指令（）和用于實(shí)現(xiàn)抑制低頻振蕩或緊急功率支援等其他目的的有功功率調(diào)節(jié)信號（），它們經(jīng)過有功指令調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)生成有功功率的參考信號（）。有功功率調(diào)度指令決定了柔性直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)，其設(shè)定主要依據(jù)以下一個(gè)或幾個(gè)方面：當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)各種運(yùn)行。電網(wǎng)之間的電力交易合同。電網(wǎng)自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)。在風(fēng)電場并網(wǎng)或孤島供電等場合，根據(jù)頻率變化調(diào)整有功功率輸出。保證換流站工作于感性和容性最大補(bǔ)償范圍之內(nèi)。系統(tǒng)級的有功功率控制環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)較大，一般為十幾分鐘甚至更長。因此在自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)中的計(jì)算通常采用穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型。有功功率調(diào)節(jié)信號對柔性直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)影響相對較小，但對柔性直流輸電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有較大影響。加入的目的主要有兩方面：通過加入使柔性直流輸電系統(tǒng)能夠阻尼系統(tǒng)振蕩，提高交流系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性；提供緊急功率支援，保證交流系統(tǒng)在受到大擾動(dòng)之后能夠保持穩(wěn)定。因此，的計(jì)算需要計(jì)及柔性直流輸電系統(tǒng)及其所連接的交流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程，控制環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于控制環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)，一般對應(yīng)于交流系統(tǒng)低頻振蕩、次同步振蕩的頻率，大約在零點(diǎn)幾秒到幾秒的范圍。通常會(huì)有一個(gè)或多個(gè)控制器輸出來分別完成提高交流系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性、暫態(tài)穩(wěn)定性等任務(wù)。最簡單的有功功率指令調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方式如圖3-2(c)所示，僅由加法器即可實(shí)現(xiàn)。同時(shí)為了保證有功功率的參考信號在換流器容量允許范圍內(nèi)，在調(diào)節(jié)器中加入限幅環(huán)節(jié)。其最大、最小值有換流器運(yùn)行功率圓圖決定。在不考慮的情況下，由于是通過基于穩(wěn)態(tài)模型計(jì)算得出的，，從時(shí)間軸上看，一系列的值構(gòu)成了離散數(shù)列。這一離散數(shù)列成為換流站級控制器的階躍輸入，因此柔性直流輸電系統(tǒng)有功功率的功率輸出/輸入將大幅變化。如果柔性直流輸電系統(tǒng)某端所連接的交流系統(tǒng)本身容量較小，這是則可能會(huì)引起交流系統(tǒng)振蕩。因此，可以考慮在加法器前加入變化率限制器，保證柔性直流輸電系統(tǒng)輸出/輸入功率平緩變化，如圖4-2(d)所示。由于加入信號的目的就是要提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此不存在限制其變化率的問題。圖3-2位置直流電壓控制在柔性直流輸電系統(tǒng)中，必須有一端采用直流電壓控制，用于平衡直流系統(tǒng)中傳輸?shù)墓β?。系統(tǒng)級的直流電壓控制器的主要任務(wù)是接收上級直流電壓指令值（）。當(dāng)不疊加調(diào)節(jié)信號時(shí)，簡化控制框圖如圖4-3(a)所示?？紤]調(diào)節(jié)信號時(shí)如圖4-3(b)，通過直流電壓調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)生成直流電壓參考值（）。的設(shè)定值通常為柔性直流輸電系統(tǒng)在全壓運(yùn)行或降壓運(yùn)行方式下的直流電壓額定值。另一方面，為了保證柔性直流輸電系統(tǒng)各端直流側(cè)電壓在不同功率傳輸水平下都保證在一定范圍內(nèi)。通常在直流電壓調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)中加入電壓—功率斜率控制，即根據(jù)系統(tǒng)直流側(cè)輸送功率的大小按照設(shè)置好的斜率特性調(diào)整，如圖3-3(c)。其中，和分別表示系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的直流電壓整定值和與之對應(yīng)的直流傳輸功率。系統(tǒng)級直流電壓控制器結(jié)構(gòu)如圖3-3(d)所示。電壓—功率斜率控制環(huán)節(jié)實(shí)際輸出的是電壓變化幅值，與想家形成。與有功功率控制器的情況類似，為了減小突變對交直流系統(tǒng)的沖擊，在加法器之后加入變化率限制環(huán)節(jié)。同時(shí)為保證直流電壓在允許范圍內(nèi)，加入限制環(huán)節(jié)。如圖3-3直流電壓控制策略示意圖頻率控制柔性直流輸電系統(tǒng)在以下幾種情況下降參與頻率控制：當(dāng)柔性直流輸電系統(tǒng)連接于弱電力系統(tǒng)或者是無源網(wǎng)絡(luò)，并且柔性直流系統(tǒng)是受端系統(tǒng)唯一的功率源或柔性直流系統(tǒng)注入到受端系統(tǒng)的有功功率占主要份額，那么受端站一般采用頻率控制以保證受端站系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。頻率控制是根據(jù)受端系統(tǒng)頻率的偏差。通過PLL系統(tǒng)振蕩器的頻率來控制受端站輸出電壓的頻率，以此影響受端交流系統(tǒng)頻率。當(dāng)交流系統(tǒng)頻率受到發(fā)電機(jī)和負(fù)荷頻率影響時(shí)，柔性直流系統(tǒng)可以通過調(diào)節(jié)注入到交流系統(tǒng)的有功功率參與頻率控制。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電場通過柔性直流系統(tǒng)并網(wǎng)時(shí)，與風(fēng)電場連接的送端站采用基于頻率斜率控制的有功控制策略，在保證風(fēng)電場系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場輸出有功和送端站傳輸有功的平衡。另外，送端站的頻率控制器能夠根據(jù)風(fēng)場風(fēng)速的變化，由“頻率—功率—風(fēng)速捕捉曲線”控制異步發(fā)電機(jī)的定子頻率以得到最佳的輸出功率特性。系統(tǒng)頻率控制的主要目的是維持甲流系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。其主要通過頻率—有功功率斜率控制方式實(shí)現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)頻率發(fā)生故障時(shí)，控制器按照一定的斜率根據(jù)系統(tǒng)頻率變化情況輸出有功功率信號或。有功功率控制器根據(jù)調(diào)節(jié)器換流功率輸出，使交直流系統(tǒng)功率保持平衡，從而達(dá)到維持系統(tǒng)頻率的目的。圖3-4(a)、(b)所示為系統(tǒng)頻率控制器結(jié)構(gòu)，其中，為直流聯(lián)網(wǎng)交流系統(tǒng)的額定功率，是與相對應(yīng)的換流站與交流系統(tǒng)交換的額定有功功率。兩者不同之處在于圖3-4(a)所示控制器輸出信號為，從而直接確定了換流站的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)。適用于交流系統(tǒng)頻率完全或主要有換流站調(diào)節(jié)的情況，其斜率大小通過交流系統(tǒng)中的負(fù)荷頻率特性確定：由于這種調(diào)節(jié)方式受到有功功率控制器中變化率限制器的限制，因此其相應(yīng)速度應(yīng)該較慢。如果需要提高換流站對頻率變化的響應(yīng)速度，可以采用非圖3-4(b)所示結(jié)構(gòu)的控制器，圖3-4(b)控制器主要是在給定換流站穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，根據(jù)頻率變化調(diào)節(jié)器換流站的有功功率輸出()。這種結(jié)構(gòu)的控制器主要適用于換流站部分參與交流系統(tǒng)調(diào)頻或者頻率響應(yīng)速度要求較高的場合。圖3-4位置3.3.2系統(tǒng)級無功功率類控制一、無功功率控制圖3-5(a)表示不疊加調(diào)節(jié)信號的無功功率簡化控制框圖，換流站直接接收上級信號作為參考值，并發(fā)出相應(yīng)的無功功率。圖3-5(b)表示無功功率控制模塊接收無功調(diào)度指令()和用于抑制電壓波動(dòng)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等場合的無功功率調(diào)節(jié)信號()，它們經(jīng)過無功指令調(diào)節(jié)生成無功功率的參考信號()。與有功功率類控制相類似，無功功率調(diào)度指令決定了柔性直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)，其設(shè)定主要依據(jù)以下或幾個(gè)方面：當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)各種運(yùn)行方式電網(wǎng)自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)在風(fēng)電場并網(wǎng)或孤島供電等場合，根據(jù)交流系統(tǒng)電壓變化及時(shí)調(diào)整無功功率輸出保證換流站始終工作于感性和容性最大補(bǔ)償范圍之內(nèi)系統(tǒng)級的無功功率控制環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)較大，一般為十幾分鐘甚至更長。因此在自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)中的計(jì)算通常采用穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型。無功功率調(diào)度信號對柔性直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)影響相對較小，但對其動(dòng)態(tài)特性有較大影響。加入的目的主要有兩方面：通過快速調(diào)節(jié)無功功率輸出抑制交流系統(tǒng)電壓閃變，提高電力系統(tǒng)電能質(zhì)量。在交流系統(tǒng)故障后恢復(fù)過程中大幅輸出無功功率，維持交流系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。因此，的計(jì)算需要計(jì)及柔性直流輸電系統(tǒng)以及所連接的交流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程，控制環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于控制環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)，一般對應(yīng)于交流系統(tǒng)電壓閃變頻率等，大約在零點(diǎn)幾秒到幾秒的范圍。通常會(huì)有一個(gè)或多個(gè)控制器輸出來分別完成提高交流系統(tǒng)電能質(zhì)量、增強(qiáng)交流系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性等任務(wù)。這些控制器常作為柔性直流輸電系統(tǒng)的附加功能，是否配備這些控制器需要通過隨具體工作研究后確定。最簡單的無功功率指令調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方式如圖3-5(c)所示，僅有加法器即可實(shí)現(xiàn)。同時(shí)為了保證無功功率的參考信號在換流器容量允許范圍內(nèi)，在調(diào)節(jié)器中加入限制環(huán)節(jié)，其最大/最小值由換流器運(yùn)行功率圓圖決定。同時(shí)有功功率控制的情況類似，需要在加法器之前加入變化率限制器、保證柔性直流輸電系統(tǒng)輸出/輸入功率平緩變化，減小變化對交流系統(tǒng)的沖擊。此時(shí)的無功功率指令調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)如圖3-5(d)所示。圖3-5位置交流電壓控制在很多場合，柔性直流輸電系統(tǒng)換流站的控制目標(biāo)是調(diào)整某條母線上的交流電壓，當(dāng)不疊加調(diào)節(jié)信號時(shí)，簡化控制框圖3-6(a)所示，考慮調(diào)節(jié)信號時(shí)實(shí)現(xiàn)方式主要有兩種，一種方式是通過電壓—無功功率斜率控制方式，向系統(tǒng)級無功功率控制器輸出或指令；另一種方式是將交流母線電壓直接作為控制目標(biāo)，將換流站級的無功功率控制器替換為電壓控制器。圖3-6位置采用電壓—無功功率的斜率控制方式，控制器結(jié)構(gòu)如圖3-6(b)，(c)所示，兩者不同之處在于圖3-6(b)所示結(jié)構(gòu)直接確定了換流站的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)，即向系統(tǒng)級無功功率控制器輸出指令，其斜率大小根據(jù)換流站自身情況以及交流系統(tǒng)中的無功負(fù)荷電壓特性確定，其中為直流系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)點(diǎn)交流母線額定電壓，為此時(shí)換流站與交流系統(tǒng)交換的無功功率，圖3-6(c)所示結(jié)構(gòu)是在給定換流站穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)所控制的交流母線電壓變化調(diào)節(jié)換流站的無功功率輸出，其斜率大小設(shè)置依據(jù)與圖3-6(b)控制器相同。總體來說，在這種方式中主要是通過改變換流站的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)來調(diào)節(jié)交流母線電壓，將受到系統(tǒng)級控制器響應(yīng)速度的制約，因此對電壓變化的響應(yīng)速度較慢