800kV特高压直流系统换流器控制

0 引 言
换流器控制是直流控制系统[124 ] 的核心环节之 一 。特高压直流系统[5] 采用双 12 脉动换流器串联 的接线方式[6 ,7] ,为提高系统的可靠性和可用率 ,需 对串联的各换流器进行独立控制和考虑 2 个换流器 控制系统间的相互影响 。本文提出采用双换流器串 联直流系统的基本运行控制策略 ,并在稳态和各种 故障条件下对系统的性能进行校验[8210] 。
种故障下的运行性能 。
关键词 : 特高压 ; 直流 ; 换流器 ; 控制 ; 稳定运行
中图分类号 Leabharlann Baidu TM721. 1
文献标识码 : A
文章编号 : 100326520 (2006) 0920071204
Converter Control in 800 kV DC Transmission System
1 基本控制策略和稳态运行控制
1. 1 基本运行控制策略 双 12 脉动换流器串联特高压直流系统可采用
类似三常 、三广等直流系统的运行控制策略[11] 。逆 变侧的有载调压开关控制直流电压 ,稳态时逆变器 的熄弧角γ保持恒定 , 整流器通过调节触发角α控
制直流电流 。整流侧的有载调压开关将整流器的α
仿真计算表明 ,逆变侧交流母线故障后 ,直流系 统能成功恢复 ,在故障恢复过程中 ,整流侧和逆变侧 的两个串联换流器都能保持很好的对称运行特性 。
图 5 直流线路故障后的控制特性 Fig. 5 Control characteristic after DC line fault
图 6 整流侧交流故障后的控制特性 Fig. 6 Control characteristic after AC fault on rectif ier side
后分别关合隔离开关 S2U 和 S3U ,打开隔离开关 S1U 。 因 S1U 已被短路 ,拉开时断口上无电压 ,可以熄弧 。
2006 年 9 月
高 电 压 技 术
第 32 卷第 9 期
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重新投入时换流器解锁后 ,电流从断路器转入 换流器的波形见图 4 (a) ,断路器回路中直流电流重 新转入换流器回路后只有纹波电流 ,可安全熄弧 。 断路器开断后 ,直流系统恢复过程见图 4 ( b) 。
1. 2 串联换流器的控制
串联换流器中每个整流器各自独立进行电流控
制 ,电流指令见式 (1) ,每个逆变器也独立实现定熄
弧角控制 。2 个串联的逆变器通过各自的有载调压 开关控制和定熄弧角控制 ,自动形成直流极电压的 平均分配 ,其间不需其它协调控制 。2 个串联的整 流器各自实现定电流控制 ,其间也不需其它协调控 制 。控制原理见图 1 。
EM TDC 仿真分析了双串联换流器的基本控制原理 、投切单一换流器和其它各种故障后换流器的控制特性 。结果
表明 ,双换流器串联的直流系统仍可采用整流侧换流器控制直流电流 ,逆变侧换流器控制直流电压的基本运行控
制策略 。当对换流器独立控制时 ,加入误差消除环节能有效控制发散现象 ,保证特高压直流系统的稳定运行和各
除相应换流器 ,该极以一半的正常运行直流电压和 直流功率继续运行 ,可提高直流系统的可用率 :
1) 与 12 脉动换流器相联的变压器及引线故障 , 2) 12 脉动换流器桥臂非接地短路故障 , 3) 12 脉动换流器非接地短路故障 。 2. 2 故障切除控制 当换流器 Ⅰ或相关设备故障需切除换流器时 , 一般先投入旁通对 ,闭锁换流器 ,同时关合断路器 BU 。再关合隔离开关 S1U ,然后拉开隔离开关 S2U 和 S3U 。因 BU 和 S1U 都已关合 ,故拉开 S2U 和 S3U 时断口 上无电压 ,可以熄弧 。 故障后直流电流从换流器转入断路器的波形见 图 3 (a) ,可见换流器故障后闭锁 ,且关合断路器后 , 直流电流很快全部从换流器转入断路器回路 。故障 后直流系统的运行见图 3 ( b) 。故障换流器切除后 极的运行直流电压为正常之半 ,直流电流不变 。而 健全极则以额定直流电压和电流继续运行 。
仿真计算表明 ,整流侧交流母线故障后 ,直流系 统能成功恢复 ,在故障恢复过程中 ,整流侧和逆变侧 的两个串联换流器都能保持很好的对称运行特性 。 3. 3 逆变侧换流母线故障后的控制
逆变侧换流母线故障及故障清除后直流系统的 恢复过程见图 7 (a) ,各个换流器在此过程中的运行 情况见图 7 ( b) 、(c) 。
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期 月
高 电 压 技 术
High Voltage Engineering
Vol . 32 No . 9 Sep . 2006
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±800 kV 特高压直流系统换流器控制
马为民 (北京网联直流工程技术公司 ,北京 100005)
摘 要 : ±800 kV 特高压直流系统采用双 12 脉动换流器串联的接线方式 ,为研究对其实施有效控制的方法 ,采用
MA Weimin (Beijing Wanglian HVDC Engineering Technology Co . , L t d , Beijing 100005 , China)
Abstract : Two 122p ulse co nverters in series will be applied in t he recent ±800kV DC t ransmissio n p roject s in China. The basic co nt rol st rategy for t he do uble converters in series has been illust rated and analyzed in t his paper. As many ot her HVDC systems , t he basic operatio n co nt rol st rategy of ±800kV DC t ransmissio n system is t hat DC cur2 rent is co nt rolled by two rectifiers simultaneo usly during normal operatio n while DC voltage is co nt rolled by two in2 verters t hemselves o r OL TC of inverters. The simulation result s by EM TDC p rogram demo nst rate t hat independent co nt rol for each co nverter wit hout inter2communication between t hem o n t his st rategy can insure t he performance of t he system to operate symmet rically during steady operation and to respo nse p roperly under fault conditions as vari2 ons AC and DC fault s. It is discovered t hat t he inherent unbalance between two co nt rollers of converters in series will lead to cont rol shift at steady statement . For example , one of cont rollers is wo rking at min. co nt rol angle as 5° and t he ot her o ne at so me larger angle. The error elimination part sho uld be included into co nt rol chain to avoid such co nt rol shift . As an essential met hod to imp rove t he availability of HVDC system wit h two converters in series t he by2pass switch is usually applied to t he converter. The sequence co nt rol of fault converter isolating by by2pass switch and t he de2blocking of isolated co nverter is also simulated in t his paper wit ho ut any reductio n and interruption of DC power. Key words : U HV ; DC ; converter ; cont rol ; stable operation
Fig. 2 Operating characteristic of DC system
图 3 故障后直流系统特性 Fig. 3 Operating characteristic of DC system
after faulty converter blocking
2. 3 重新投入控制 当换流器 Ⅰ重新投入时 ,先关合断路器 BU ,然
按此原理控制的直流系统运行特性见图 2 。为 了对比 ,将极 Ⅰ设为双换流器串联接线及控制 ,而极 Ⅱ为单换流器接线及控制 。
从上述曲线可知 ,双换流器串联的稳态运行和 控制与单换流器的稳态运行和控制吻合得很好 ,所 有运行控制参数几乎一致 。
2 单一换流器的故障切除和重新投入控制
2. 1 故障类型 换流器串联的直流极中若发生以下故障 ,可切
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High Voltage Engineering
Vol. 32 No . 9
IN :中性母线电流 ; IU 、ID :上、下换流器直流电流 ;UP :极线直流电压 ; UN :中性母线直流电压 ; S1U 、S2U 、S3U :隔离刀闸 ;BU :断路器 图 1 双换流器控制原理图 Fig. 1 Control principle of two converters in series
Pdc :直流功率 ;U dc :极线直流电压 ; Idn :中性线直流电流 ; αmeas :触发角测量值 ; rmeas :熄弧角测量值 ;S1P1 、S1P2 :整流侧极Ⅰ、Ⅱ; S2P1、S2P2 :逆变侧极Ⅰ、Ⅱ;Ud11 、Ud21 :整流侧、逆变侧极线直流电压 ;
U dd11 、U dd21 :整流侧 、逆变侧中点直流电压 。以下同 图 2 直流系统运行特性
复过程见图 5 (a) ,可知直流系统成功恢复 。换流器 器在此过程中的运行情况见图 5 (b) 、(c) 。
在故障恢复过程中 ,整流侧和逆变侧的两个串 联换流器均能保持很好的对称运行特性 。 3. 2 整流侧换流母线故障后的控制
整流侧换流母线故障及故障清除后直流系统的 恢复过程见图 6 (a) ,各个换流器在此过程中的运行 情况见图 6 ( b) 、(c) 。
控制在αN ±2. 5°以内 (αN 为正常运行触发角) 。当α 超过此范围 ,有载调压开关动作 ,使α回到上述范围 内。
正常运行为定直流功率控制模式 ,原理为 :
Id = PRref / U d ,m ,
(1)
其中 Ud ,m 为整流侧平流电抗器直流线路端极线对
中性线的直流电压 。正常运行αN = 15°,γ= 18°。
图 4 重新投入控制后直流系统运行特性 Fig. 4 Operating characteristic of DC system
after converter deblocking
换流器重投后 ,直流系统恢复正常运行 。
3 直流系统故障后的控制
3. 1 直流线路故障后的控制 直流线路首端故障及故障清除后直流系统的恢