直流输电控制保护-基本控制功能
高压直流输电控制保护系统功能及应用
Ｆｕ ｎｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎｄ Ａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｈ ＶＤＣ Ｔｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｃｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｎｄ Ｐｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
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以及控 制 系统本 身 的相关 信息 ｌ ＿ Ｅ ］ 。 控 制 系统采 用分 层分 布式 结构 ， 完全 冗余 配置 ，
其 层次 结构 （ 如图 １ ） 分 为 三层 ： 站 控层 、 极 控 制 层 和
换 流器 层 。
扩大至 ３ ９个 ， 输 送 容量将 达 到 １ ８ ７ ． ４ ５ ＧＷ ， 最 高 电
Ｖｏｌ Ｉ ３７ № ３
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湖 北 电 力
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高压 直 流 输 电控 制 保 护 系统 功 能及 应 用
直流输电系统保护(HVDC protection)
直流输电系统保护（HVDC protection）直流输电系统保护（HVDC protection）指检测发生于直流输电系统中交、直流开关场，或整流逆变两端交流系统的故障，并发出相应的处理指令，以保护直流系统免受过电流、过电压、过热和过大电动力的危害，避免系统事故的进一步扩大。
直流输电保护的特性要求直流输电系统保护除了与交流继电保护一样，应能满足快速性、灵敏性、选择性和可靠性的要求，还应特别注意其抗电磁干扰和抗暂态谐波干扰的性能、双极系统中两个单极的保护必须完全独立等特性；直流保护应为多重化配置，并应具有很强的软、硬件自检功能。
因此，新建的直流工程多采用微机型数字式直流系统保护。
直流输电系统保护通常分为如下保护分区：À换流站交流开关场保护区，包括换流变压器及其阀侧连线、交流滤波器和并联电容器及其连线、换流母线；Á换流阀保护区；Â直流开关场保护区，包括平波电抗器和直流滤波器，及其相关的设备和连线；Ã中性母线保护区，包括单极中性母线和双极中性母线；Ä接地极引线和接地极保护区；Å直流线路保护区。
各保护区的保护范围应是重叠的，不允许存在死区。
直流输电系统保护的特点是与直流控制系统的联系十分紧密，对于直流系统的异常或故障工况，通常首先通过控制的快速性来抑制故障的发展，例如，直流控制可在10mS左右将直流故障电流抑制到额定值左右；又如，当换相电压急剧下降时，直流控制将自动降低直流电流整定值以避免低压大电流的不稳定工况或故障的发展。
而且，根据不同的故障工况，直流保护启动不同的直流自动顺序控制程序，某些保护首先是告警，如果故障进一步发展，则启动保护停运程序。
直流系统保护停运的动作，首先是通过换流器触发脉冲的紧急移相或投旁通对后紧急移相，使直流线路迅速去能，然后闭锁触发脉冲并断开所联的交流滤波器和并联电容器，或进一步断开其它的交、直流场设备，如果需要与交流系统隔离，则进一步跳开交流断路器。
柔性直流输电基本控制原理
暂态稳定性分析是评估柔性直流输电系统在故障或其他大的扰动情况下的性能的重要手段。通过模拟 系统在各种故障情况下的响应，可以了解系统的暂态行为和稳定性，为控制策略的制定提供依据。
运行稳定性分析
总结词
运行稳定性分析是研究系统在正常运行 条件下的动态性能，通过仿真和实验等 方法，分析系统的运行稳定性和控制性 能。
促进可再生能源的接入
柔性直流输电能够更好地接入可再生能源，有助于实现能源 的可持续发展。
02
柔性直流输电系统概述
柔性直流输电系统的基本结构
换流阀
换流阀是柔性直流输电系统的核心部件，负责 实现直流电的转换和传输从一端传 输到另一端。
滤波器
滤波器用于滤除谐波和噪声，保证传输电能的 纯净。
柔性直流输电基本控制原理
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目 录
• 引言 • 柔性直流输电系统概述 • 柔性直流输电系统的控制策略 • 柔性直流输电系统的稳定性分析 • 柔性直流输电系统的保护与控制
一体化 • 柔性直流输电系统的应用与发展
趋势
01 引言
背景介绍
传统直流输电的局限性
传统直流输电在电压源换流器（VSC） 控制策略上存在局限，难以满足现代 电力系统的需求。
3
保护和控制设备之间的通信应具有高可靠性和实 时性，以确保快速响应和准确控制。
保护与控制一体化的优点与挑战
优点
保护和控制一体化可以提高系统的快速响应 能力和稳定性，减少故障对系统的影响，降 低维护成本和停机时间。
挑战
保护和控制一体化需要解决多种技术难题， 如传感器精度、数据处理速度、通信可靠性 和实时性等，同时也需要加强相关标准和规 范的建设和完善。
柔性直流输电系统的未来展望
直流输电控制保护-保护概述
直流开关场电流差动保护组 直流滤波器保护组
直流极母线差动保护 直流中性母线差动保护 直流极差保护
电抗器过负荷保护 电容器不极引线与接地极保护区
双极中性线保护组 转换开关保护组 金属回线保护组 接地极引线保护组
交流开关场保护区
换流变差动保护组 换流变过应力保护组 换流变不平衡保护组 换流变本体保护组 交流开关场和交流滤波器保护组
对于双调谐滤波器,还应装设谐波过电流保护。
交流滤波器及并联电容器保护
在交流滤波器分组中发生过负载、接地故障或电 容器故障引起的保护跳闸，只应跳开此分组的断 路器，而过压保护动作则应跳开整组以及各分组 的断路器。
由于在交流滤波器中及在并联电容器组中都有大 量的电容器单元，少量的电容器单元故障对滤波 器特性的影响不大，往往并不需要立即切除相关 的滤波器分组，而可以根据损坏的电容器单元数 的多少，采取不同的保护措施。
不正常运行状态：电气元件正常工作遭破坏，但没有发 生故障。
过负荷，最常见的不正常运行状态 频率降低 系统振荡
电力系统保护
故障发生，必须迅速消除故障——保护 电力系统保护是利用故障发生时电力系统的异
常电压与电流等信息，判断故障的存在与否， 然后再采用相应的保护动作策略，完成隔离故 障区域的重要使命。 保护装置的原理结构
流系统，严格来说是一种系统后备保护。 当交流系统的电压过低，以至无法恢复交流系统
时，本保护动作出口，启动ESOF顺序，跳交流 开关。
直流低电压保护
保护区域是换流器 在通信系统故障或者在相关主保护拒动时，若逆
投旁通对
同时触发6脉动换流器接在交流同一相上的一对换流 阀
形成直流侧短路，快速降低直流电压到零，隔离交直 流回路，以便交流侧断路器快速跳闸
直流输电工程控制保护系统总概精选全文
直流控制保护系统概况
Ø 控制位置要求：
– 远方调度中心、集控中心 – 换流站主控室 – 控制系统就地 – 设备就地
Ø 控制位置层次关系：
– 分层结构上越低的位置，其控制优先级越高
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直流输电工程控制保护系统总概
提纲
一．直流控制保护系统概况 二．直流控制保护系统构成 三．德宝工程控制保护设备配置情况 四．系统特点与主要技术改进 五．直流控制保护系统硬件简介
系统切换遵循如下原则：在任何时候运行的有效系统应是双重化系 统中较为完好的那一重系统
系统切换逻辑禁止以任何方式将有效系统切换至不可用系统。系统 切换总是从当前有效的系统来发出。这个切换原则可避免在备用系 统中的不当的操作或故障造成不希望的切换。另外，当另一系统不 可用时，系统切换逻辑将禁止该切换指令的执行。
5. 与远方控制中心的接口子系统
包括：远动系统，用于与网调、省调、直流集控中心等交换直流换流站的监 控数据并执行远方调度命令，由远动工作站、远动通讯设备等组成。
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直流输电工程控制保护系统总概
直流控制保护系统构成
Ø 典型系统解决方案:
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直流输电工程控制保护系统总概
•直流控制（极控）系统
•直流控制（极控）系统
➢ 极控制系统主要包括:
每个极的极控系统主机 分布式现场总线 分布式I/O等设备
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直流输电工程控制保护系统总概
•直流控制（极控）系统
➢ PCP控制主机：
– 完成对换流站内换流器、换流变压器、直流场 设备等的控制和监视功能。收集极控系统范围 内的“事件”并上传送入运行人员控制系统。
Ø 极控系统是整个换流站控制系统的核心，主要功 能是通过对整流侧和逆变侧触发角的调节，实现 系统要求的输送功率或输送电流。
特高压直流输电控制欲保护设备技术导则
特高压直流输电控制欲保护设备技术导则下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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直流输电系统控制原理
直流输电系统控制原理1第四章主要内容▪4.1 概述▪4.2 控制系统的配置▪4.3 基本控制原理▪4.4 基本控制及其控制特性▪4.5 改善HVDC控制特性的其他控制24.1 概述直流输电系统运行控制基本要求①减小因交流系统电压变化引起的直流电流波动；②限制最大直流电流，防止换流器过载损害；③限制最小直流电流，避免电流间断引起振荡及过电压；④减小逆变器发生换相失败的概率；⑤尽量减小换流器消耗的无功功率；⑥保持直流电压在要求值水平运行。
3直流输电系统应具备的基本控制①直流电流控制，保持电流等于给定值；②直流电压控制，保持直流线路送端或受端电压在给定的范围内或等于给定值；③整流器触发延迟角(α)控制，使正常运行时α角较小，一般保持在10°～20°(或12°～18°)范围内，以减小无功消耗，并留有调节的余地。
④逆变器关断角(δ)控制，控制δ≥δmin(最小关断裕度角)，避免发生换相失败，在此前提条件下，尽量减小δ，以兼顾安全和减小换流单元无功功率消耗，提高功率因数。
4直流输电控制系统发展简介从控制系统本身结构特点看，大致可分为三阶段：（1）模拟型控制系统✓由分立模拟电子电路构成。
早期控制系统。
✓优点：响应快速、实时性好、控制方式简单可靠。
✓缺点：灵活性差、控制功能受限、结构涣散、易受温度等周围环境影响、控制精度低、控制系统自身的稳定性可靠性低等。
5直流输电控制系统发展简介（续）（2）数字型控制系统✓由中小规模数字集成电路构成，20世纪五、六十年代开始发展，但未得到推广应用。
✓优点：集成度较高、控制方式较灵活、逻辑处理能力较强。
✓缺点：控制功能实现较复杂、某些控制性能及可靠性还不如模拟型的，故未能得到推广应用。
✓同时期还研发了一种数模混合型控制系统，吸收了模拟型和数字型的优点，得到一定的推广应用。
6直流输电控制系统发展简介（续）（3）微机型控制系统✓20世纪70年代末，随着大规模集成电路和微机技术的迅速发展而发展起来的，目前直流输电控制系统基本上都是微机型的。
直流输控制保护系统功能介绍
直流输电控制保护系统功能介绍一、直流输电基本概念二、直流保护功能的配置及说明一、直流输电基本概念1、直流输电类型•常规两端直流输电背靠背直流输电系统1、直流输电类型1、直流输电类型多端直流输电系统2、换流站主设备•换流的主要设备——换流器（四重阀）2、换流站主设备•换流的主要设备——换流器（双重阀）2、换流站主设备•换流的主要设备——换流变2、换流站主设备•换流变伸入阀厅的换流变套管2、换流站主设备•三广直流惠州站单相双绕组换流变2、换流站主设备•平波电抗器•直流滤波器交流滤波器3、±500kV直流输电直流运行方式常规直流共有5种运行方式：•双极大地回线运行方式•单极大地回线运行方式（极I、极II）•单极金属回线运行方式（极I、极II）常用功率控制方式有3种：•双极功率控制•单极功率控制•单极电流控制4、±500kV直流输电直流部分主接线图5、±500kV直流输电交流场主接线图6、±800kV直流输电主接线图复龙换流站侧奉贤换流站侧复奉直流极线路复奉直流极线路接地极7、简单的控制概念•整流站控制直流系统的电流。
•逆变站控制直流系统的电压。
•通常，每极直流输送功率定义为整流侧功率。
二、直流保护功能的配置及说明直流保护配置目前国网系统运行直流输电系统保护配置情况：•三取二。
•使用切换逻辑。
•完全双重化配置。
保护三取二逻辑保护切换逻辑保护完全双重化配置换流站所包含保护•直流保护（换流变阀侧绕组之间的区域，除直流滤波器）•换流变压器保护•直流滤波器保护•交流滤波器保护•交流滤波器母线保护•断路器保护•交流线路保护•母线保护换流站内保护的分区换流阀区直流线路区金属回线区接地极线区双极中性母线连接区直流滤波器区极中性母线区极高压母线区换流变区保护的配置原则测量的典型配置直流滤波器UacIDPIDNCUDNUDLIDLIDNEIDLIDME IDGNDIANE IDEL1IDEL2NBS NBGSMRTBGRTS直流滤波器UDN IDNENBS极1极2UDLIVYIVDY Y Y DUacIDPIDNCIVYIVDY Y Y D保护的配置原则要求：•配置要求：不存在死区，不存在未被保护的故障情况（全面性）。
浅析直流输电控制保护系统
浅析直流输电控制保护系统摘要：直流传输的稳定性对电力非常重要。
从直流传输的组成结构和换向技术入手，分析了DC传输的控制和保护水平，并根据常见故障提出了直流传输的保护措施。
关键词：电力系统；直流产量；防护等级；控制保护1变速器概述1.1传输系统的概念直流输电系统由直流线、逆变站、整流站、交流侧电力滤波器、直流侧电力滤波器、换流变压器、无功补偿装置、直流电抗器、保护和控制装置等组成。
通常是双端直流输电系统，其中整流站和逆变站都属于换流站，交流电源和直流电源之间的转换可以通过整流站和逆变站实现，换流站是直流输电系统的重要组成部分。
交流电首先由交流系统的送电端通过换流变压器送至整流器，完成交流电向直流电能的转换，然后直流电能通过线路输送至逆变器，逆变器将DC电能转换为交流电，最后输送至交流电力系统的受电端。
1.2换流站的换流技术整流站和逆变站都属于换流站，其核心部件是换流器，通常由一个或多个基本换流单元组成，大多采用串联方式。
电路中一般采用三相换流桥，常用的材料是晶闸管阀，也就是常说的晶体闸阀。
变换器工作时，控制桥阀可以触发控制调节装置，改变触发相位，从而实现对DC传输功率、流经电阻的直流电流、直流电压瞬时值等的调节。
同时，同一个触发脉冲可以控制所有桥阀的每个晶闸管。
当三相电源的波形为对称正弦波时，线电压由负变正，经过零点时，脉冲会触发桥阀，使阀两端电压变为正，从而完成开阀动作。
六个脉冲发生器可以独立地触发位于单桥变换器中的六个桥阀，使得交流正弦波可以刚好通过第一个周期。
当线路电压达到下一个零点时，交流串电源开始触发第二个周期。
但是工程上使用的大多是12脉波双桥变换器，因为12脉波双桥变换器可以产生脉冲较小的DC传输电压。
2 DC传输控制保护层高压直流输电系统的控制根据层次的不同可以分为三个层次，即现场控制层、过程控制层和操作员控制层。
2.1现场控制层现场控制层使交流/DC主设备能够进行本地控制，并通过硬线将交流/DC主设备与近设备接口相连，通过现场总线将交流/DC主设备与远设备接口相连。
HVDC控制原理与特性
2.将整流站电流定值从Idr改为Idr-ΔIm、逆变站电流定值则从Idr-ΔIm改 为Idr；
2.3 直流系统微机控制基本原理和控制算法
A.换流器定值控制模型
DDC模块：根据采样得到的被控量与整定值之间的 偏差进行直接数字控制 算法处理，获得控制信 号Vcn 。
DPC调还模节包块触 含：发 一由脉 个V冲 产cn经相生过位、数的分字相配相位等位控间控制隔制信触算号发法脉得n冲。出的该用脉模于冲块 相位比较与分配环节。
必须指出，对于需要双向输电的直流系统，其两端换流站 的控制系统均应配置整流和逆变两种运行方式所需的控 制功能模块。换句话说，除了“主控模块”外，两站的 控制系统配置应完全一样。
2.11 直流输电系统的功率反送控制(续)
双向输电直流系统的快速功率反转控制可通过改变两站直流电流定值来 实现，其过程如下：
2. 附加功率控制模块(APC)，根据交流系统频差确定功率 控制修正量(ΔP0)；
3. 控制电流形成模块，根据修正后的功率控制定值Pdr(= Pdr1+ΔP0) 和实测电压Ud，获得电流控制定值Idr0；
4. 过载限流模块， Idr0必须≤过载计算单元(OLC)根据当 前阀冷却介质温度和实测Id计算出的最大允许过载电流 (I’max);
闭环控制是当检测到δ与δ0的偏差后才进行控制， 因此对于δ＜δ0情况下的控制是不利的。例如 当逆变侧交流系统发生故障，换相电压大幅度跃 降、直流电流迅速上升，δ突然大幅度减小的情 况下，在检测到δ＜δ0时，逆变器可能就已发 生换相失败。
2.5 逆变器定关断角控制(续)
高压直流输电的基本控制原理
高压直流输电的基本控制原理引言高压直流输电（High Voltage Direct Current Transmission，简称HVDC）是利用直流电进行长距离电能传输的一种电力传输方式。
相比传统的交流输电，HVDC具有输送能力强、输电距离远、输电损耗小等优势，因此被广泛应用于长距离大容量电力传输领域。
本文将介绍高压直流输电的基本控制原理。
1. 高压直流输电系统架构HVDC系统由两个互补的部分组成：直流变换站（Converter Station）和直流输电线路（Transmission Line）。
1.1 直流变换站直流变换站有两个关键组成部分：直流输电端（Rectifier），用于将交流输电线路的电能转换为直流电能；直流送电端（Inverter），用于将直流电能转换为交流电能。
直流变换站还包括转换器阀（Converter Valve）和控制系统，用于实现电能的双向转换和控制。
1.2 直流输电线路直流输电线路是连接两个直流变换站的输电线路，通常采用高压直流输电线路（High Voltage Direct Current Transmission Line）或双回线方式。
直流输电线路的主要组成部分有导线、绝缘子、支架等。
2. 高压直流输电的基本控制原理高压直流输电系统的基本控制原理是通过控制直流变换站和直流输电线路的参数来实现对系统的稳定性、功率传输和电压/电流等的调节。
2.1 直流变换站控制直流变换站通过改变直流输电端和直流送电端的工作状态，实现电流方向和功率的控制。
主要的控制策略有以下几种： - 换流控制：控制换流阀的开关时间，改变电流的方向； - 功率控制：通过调整换流阀的开关时间，控制功率的输入和输出； - 电压/电流控制：通过调整换流阀的开关时间，控制电压/电流的大小和稳定性。
2.2 直流输电线路控制直流输电线路的控制主要包括电流控制和电压控制两个方面： - 电流控制：通过调整输电线路的电流大小和方向，实现输电功率的调整和平衡。
浅析直流输电控制保护系统
时候 ， 线电压从负到正 ， 经过零点时脉冲会触发桥阀， 使得 阀两端的 电压均变为正电压 ， 完成阀开通的动作 。六个脉 冲发生器能够各 自 独 立 的完 成 对位 于 单桥 换 流器 中六 个桥 阀 的触 发 ， 使 得交 流 正 弦波 刚 好 能够 经 过第 一个 周 期 ，在 线 电压行 进 到 下一 个 零 点 的 时候 ， 交 流 弦 电源 开 始 触发 第二 个 周期 ， 但是 在 工 程 上所 应 用 的 多 为十 二 脉 的双 桥换 流 器 ， 因 为十 二 脉双 桥 换 流器 能 够 产生 更 小 脉波 的直 流输
电 电压 。
２直 流输 电控 制保 护 层 直流 输 电 系统 的控 制 根 据层 级 的不 同可 以分 为三 个 层 面 ， 即现 场控制层、 过程控制层 、 运行人员控制层 。 ２ ． １现 场控 制层 现场控制层使得交直流主设备能够在就地进行控制 ，通过硬 线 将 交 直 流 主 设 备 与较 近距 离 的设 备 接 口进 行 连 接 ，通 过 现 场 总 线 将 交 直 流 主 设 备 与较 远 距 离 的 设 备 接 口进 行 连 接 。通 过 分 布 式 的Ｉ ／ ０控 制 单 元 实 现 现 场 控 制 ， 包 括 高 压 装 置 的联 锁 、 输 出控 制命 令、 控 制命 令 的 监控 ， Ｓ Ｅ Ｒ事 件 的产 生 、 自诊 断 、 二 进 制 模 拟 量 的 预 处理等功能 。 通 过 现 场 控 制层 面能 够 实 现控 制系 统 的分 层 式 、 分 布 式 ，来 自调 度 中心 的 控 制 命 令 经 由 高 速 Ｌ Ａ Ｎ 和 现 场 总 线 进 行 传 达， 监控系统 的实时数据在逐层反馈 ， 保 证主系统 、 从 系 统 的 循 环 数 据传 输 过 程 田 。 ２ ． ２过 程控 制 层 过 程 控 制层 包 括 交 流／ 直流 站 控 制 系 统 和极 控 系 统 ，是 直 流 输 电 控制 系统 的 核 心组 成 。交 流／ 直 流 站 控制 系统 的任 务是 顺 序 控 制 交流场和换流站直流系统 ， 为了避免系统故障和系统维护导致 的直 流输电系统不可用 ， 所以直流， 交流站控制多采用冗余结构 ， 因其具 有 双重 化 配 置 ， 能够 包 含各 个 层 面 的 系统 。极 控 系 统在 运 行 人员 下 达命 令 后 ， 发 出稳 定 、 有效 、 正 确 的功 率 定值 ， 执行 与 双 极 、 换 流 器相 关 的所 有 功 能 ， 为阀 和换 流 器 提供 全 部 控 制功 能 。而极 控 系 统包 括 三方面 ， 即换流器控制（ 也称阀控 系统 ） 、 极控制 、 双极控制 ， 其 中双 极 控制 能 够 实现 与 双极 运行 相关 的 所有 控 制 功 能 ， 在 接 收到 运 行人 员 的命 令 以后 ， 通过 给 极控 制 层 传送 相 应 的 电 流 、 极 功 率 参 考值 ， 实 现 两极 之 间 的 功能 协调 ， 包 括 电流平 衡 控 制 、 功 率传 输 方 向控 制 、 稳 定控制 、 极 间电流转移 、 运行人员功率参考值设定等功能［ ３ １ 。 极控制能够实现与极相关 的功能空中， 接收的命令来 自于双极 控制层 ， 然后 产 生换 流 器 闭环 控 制 的 直流 电 压 、 电流、 熄 弧 角 控 制 参 考值 ， 最 后 完成 极 电流 协 调 、 换流 器 协 调 、 分 接 头控 制 、 极 解 锁 闭锁 、 空 载 加压 、 故 障 恢复 等 功 能 。 阀控 系统 由漏水 检 测 、 避雷检测 、 光接 收发射 、 电源及接 口、 反 向恢复保护控制单元等硬件组成 ， 包括触发
直流输电
1、<直流输电优缺点>优点：（1）直流输电架空线路只需正负两极导线、杆塔结构简单、线路造价低、损耗小。
（2）直流电缆线路输送容量大、造价低、损耗小，不易老化、寿命长，且输送距离不受限制。
（3）直流输电不存在交流输电的稳定问题，有利于远距离大容量输电。
（4）采用直流输电可实现电力系统之间的非同步联网。
（5）直流输电输送的有功功率和换流器消耗的无功功率均可由控制系统进行控制，可利用这种快速可控性来改善交流系统的运行性能。
（6）在直流电的作用下，只有电阻起作用，电感和电容均不起作用，直流输电采用大地为回路，直流电流则向电阻率低的大地深层流去，可很好地利用大地这个良导体。
（7）直流输电可方便地进行分期建设和增容扩建，有利于发挥投资效益。
（8）直流输电输送的有功及两端换流站消耗的无功均可用手动或自动方式进行快速控制，有利于电网的经济运行和现代化管理。
缺点：（1）直流输电换流站比交流变电所的设备多、结构复杂、造价高、损耗大、运行费用高、可靠性也较差。
（2）换流器对交流侧来说，除了是一个负荷（整流站）或电源（逆变站）以外，它还是一个谐波电流源；对直流侧来说，它还是一个谐波电压源。
（3）晶闸管换流器在进行换流时需消耗大量的无功功率（约占直流输送功率的40%~60%），每个换流站均需装设无功补偿设备。
（4）直流输电利用大地（或海水）为回路而带来一些技术问题。
（5）直流断路器由于没有电流过零点可以利用，灭弧问题难以解决，给制造带来困难。
2、<经济等价距离>当直流输电线路和换流站的造价与交流输电线路和变电站的造价相等时的输电距离称为经济等价距离。
3、<直流输电发展>(1)1882年，德国，HVDC首次成功试验 (2)1954年，瑞典，HVDC首次投入商业运行 (3)1972年，加拿大， HVDC首次全部采用晶闸管元件4、<晶闸管导通和关断>晶闸管的导通条件为：(1) 在阳极和阴极间加正向电压。
直流控制系统功能介绍
41
7.2.2 过电压限制器
如果出于某种原因，整流站在开路状态下启 动，那么根据先前提到的零电流下的 alpha 与 UD 之间的关系，将会产生过电压。开线末端 的反射也会引起过电压。 在阀解锁时，为了建立最小电流（10％）， 控制放大器会降低 alpha 角。通常在 alpha 到达 UMIN 标准（ 5 el.deg. ）时停止继续降低。从 OLT的等式可以看出，当alpha角小于60度时， 直流电压达到最大值。这意味着，为防止开线 启动产生过电压，正常启动时的触发角应增至 80～90。
直流控制系统功能介绍
1
1 基本接线方式
三常直流工程在正向和反向功率传 输方向上有以下接线方式： 双极大地回线； 单极大地回线； 单极金属回线。
2
2 基本控制模式
• 双极功率控制
将双极功率控制为给定值。如果一极选择双极功率控制，另一极 选择其它控制方式，则选择双极功率控制的极负责将双极输送功 率控制在给定值。如果两个极均处于双极功率控制，则功率定值 将在两个极中根据电压均分。
20
短时过负荷
短时过负荷能力是指在一定时间内，直流 电流高于额定电流的能力。 在大多数情况下，大部分设备故障和系统 要求，只需要直流输电系统在一定的时间内提 高输送能力，而不是连续过负荷运行。在此期 间，故障的设备可以修复或系统调度可以采取 处理措施。 短时过负荷限制允许在3秒～2小时内有不 同的过负荷水平。
0.345 pu 0.2 pu 0.75 pu
30
VDCOL对Ud/Id特性的影响
31
7.1.2 电流控制放大器（CCA）
电流控制放大器是一个比例积分环 节，它检测实际直流电流值，与经 VDCOL限幅后的直流电流指令相比较后， 对得到的电流差值进行比例积分，其输 出为α指令值。
直流输电控制保护系统
西门子公司在控制系统设计中采用了SIMADYN D
和SIMATIC S5两种控制硬件
（1）SIMADYN D
SIMADYN D是一种快速多微处理器可编程控制系
统，可适于高速（0.5ms~10ms）控制，具有多于
300种的标准功能块，可实现各种控制功能，
14
2) SIEMENS的SIMADYN D系 统
9
1）ABB公司的MACH2系统
ABB公司在控制保护系统设计中采用的主要接口板 有：
PS830系列计算机网络连接板；PS850系列数字量I/O
接口板；PS850系列模拟量I/O接口板；PS870系列通 讯接口板；PS890系列电源单元；PS900系列阀控单 元等。各种不同类型的接口板组合成不同的控制接 口柜来实现各种控制及测量功能。
（50m~300ms），具有模块化结构，并有事
故安全保证。
SIMATIC S5已广泛用于工业控制系统，直流
输电方面也有较多应用。
17
2) SIEMENS的SIMADYN D系统
西门子公司在SCADA系统设计中采用的部件有I／0单元
SU200，就地联锁控制装臵8TK，光纤接口单元0LM，光
纤，传感器和对时接口等。
MACH2硬件系统采用高可靠性的多处理器的工业PC作为 主计算机，是ABB公司在MACH系统的基础上发展起来的。
MACH2系统具有很高的集成度，可将所有的控制功能，
所有的保护（直流和交流），远方控制接口，暂态故障
记录，事件顺序记录和人机接口计算机连接功能集成在 整个系统内。
MACH2系统已广泛用于工业控制系统和直流输电工程
高压直流输电的控制和保护系统策略分析
高压直流输电的控制和保护系统策略分析2河南绿控科技有限公司,河南许昌461000摘要：近几年来连缕的雾猩天气，己成为我国当前社会发展和能源策咯选择面临的最迫切需要解决的环境问题，火力发电中燃煤是影响雾靈的主要污染成分PM2.5的一个重要因素。
治理雾靈，首先要控制燃煤排放。
经济发展需要电力能源，但目前燃煤发电仍旧是我国主要电力来源。
随着国内环境和能源的问题突出，对我国电网结构和能源布局提出新的要求。
高压直流输电有着输送能量大、距离远、损耗低、运行可靠、调节快速等优点，越来越被广泛应用。
这就需要对高压直流输电的控制和保护系统策略进行进一步分析，实现最优策略方案。
关键词：高压直流输电；控制；保护系统中图分类号：G31文献标识码：A1引言高压直流输电系统直流分压器传感器故障是导致直流电压波动的直接原因。
从2005年07月至今，高肇直流、天广直流、兴安直流、普侨直流等国内直流工程多次出现电压波动。
发生电压波动时，逆变侧直流电压测量值比实际值偏低，整流侧直流电压在直流控制系统作用下比电压参考值高。
电压波动幅度越大对直流系统造成的影响越严重，甚至会造成整流侧电压幅值达到部分直流保护的电压定值，如直流低电压保护（27DC）或过电压保护（59/37DC），导致直流闭锁。
因此，研究直流电压控制原理，改进直流电压稳定控制方法，降低电压波动对直流系统稳定性的影响，具有十分重要的意义。
2高压直流输电系统电气回路接线方式2.1单极大地回线方式单极大地回线方式是利用整流站和逆变站的同一个极、同一极直流线路、两侧接地极线路和大地构成直流回路。
在此种接线方式下，大地相当于直流回路中的一根导线，流经大地的电流与流经直流线路的电流大小相等，为直流输电系统的运行电流。
这种方式下直流输电过程中的损耗与双极回线方式下一个极的损耗相比要偏大，因为增加了直流电流流经接地极线路和大地的损耗。
如果直流输电系统接地极长期通过比较大的入地电流，将造成极址附近金属设施的电腐蚀，还会导致中性点接地变压器铁芯磁饱和。
高压直流输电系统的保护与控制
高压直流输电系统的保护与控制随着能源需求的不断增长和可再生能源的快速发展，高压直流输电系统作为一种高效、可靠的能源传输方式正逐渐受到广泛关注和应用。
本文将探讨高压直流输电系统的保护与控制措施，以期提高其安全性和稳定性。
一、高压直流输电系统的概述和应用高压直流输电系统是一种以直流电流传输能量的系统，在能量传输距离远、输电损耗小、控制方便等方面具有优势。
它通常由换流站、输电线路和接收站组成，可以广泛应用于远距离、大容量的能源传输，如跨越海洋、山区等地形复杂的区域。
二、高压直流输电系统的保护措施保护措施是高压直流输电系统不可或缺的一部分，它主要包括过电压保护、过电流保护和过温保护等。
过电压保护是指在高压直流输电系统中，当系统中出现电压异常升高的情况时，通过采取相应的保护措施来保护系统的安全运行。
其中，最常见的一种保护方法是安装过电压保护器，它可以有效限制电流的上升速度，避免电流超过设定值。
过电流保护是指在高压直流输电系统中，当系统中出现电流异常升高的情况时，通过采取相应的保护措施来保护系统的设备和电源。
在实际应用中，通常会采用电流保护器、熔断器等设备，当系统中的电流超过设定值时，这些保护装置将迅速切断电路，避免设备受损。
过温保护是指在高压直流输电系统中，当系统中的温度异常升高时，通过采取相应的保护措施来保护系统的设备和人员安全。
一般情况下，会在关键设备上安装温度传感器，当温度超过设定阈值时，保护装置将切断电路，以防止设备过热。
三、高压直流输电系统的控制措施高压直流输电系统的控制措施主要包括稳压控制、防止电弧故障和故障诊断等。
稳压控制是指通过控制换流站的换流变压器和逆变器的工作方式，以保持系统中的电压稳定。
通过使用先进的控制算法和自动化设备，可以实时监测系统中的电压变化，并根据需求调节换流站的工作状态，以确保稳定的电压输出。
防止电弧故障是高压直流输电系统中一个重要的控制环节。
电弧故障是指当系统中的电压或电流超过一定阈值时，导致电路中发生弧光放电。
高压直流输电的基本控制原理(ppt 65页)
图6-7 阀的电气连接示意图 (a)晶闸管级；(b)阀组件；(c)单阀(桥臂)；(d)换流桥
6.2.2 12脉动换流器
在大功率、远距离直流输电工程中，为了减小谐 波影响，常把两个或两个以上换流桥的直流端串 联起来，组成多桥换流器。
多桥换流器结构 由偶数桥组成，其中每两个桥布置成为一个双
桥。每一个双桥中的两个桥由相位差为30º°的 两组三相交流电源供电，可以通过接线方式分 别为Y—Y和Y—D的两台换流变压器得到。
背靠背直流输电系统是输电线路长度为零(即无直流 联络线)的两端直流输电系统，主要用于两个非同步运行 的交流系统的联网，其整流站和逆变站的设备通常装设 在一个站内。由于背靠背直流输电系统无直流输电线路， 直流侧损耗较小，所以直流侧电压等级不必很高。
图6-5 背靠背直流输电系统结构
6.1.4 高压直流输电系统的结构和元件
6.3.1 高压直流输电系统的谐波特点
直流输电系统的平波电抗器电抗值通常比换相电 抗值要大的多，所以对于与换流器连接的交流系 统来说，换流器及其直流端所连接的直流系统可 以看作一个高内阻抗的谐波电流源。
为了正确估计谐波所引起的不良影响、正确设计 和选择滤波装置，必须对直流输电系统中的谐波 进行分析。在分析谐波时，通常先采用一些理想 化的假设条件，这样不但可以使分析得到简化， 而且对谐波中的主要成分可以得出具有一定精度 的结果，根据这些假设条件，得出有关特征谐波 的结论。然后，对某些假定条件加以修正，使分 析计算接近于直流输电系统实际的运行和控制情 况。
图6-6 双级HVDC系统
以双级HVDC系统为例，HVDC系统的主要元件 ：
(1)换流器 (2)滤波器 (3)平波电抗器；电感值很大，在直流输电中有着非常重要的
控制系统与直流保护介绍
龙泉换流站控制系统与直流保护介绍一、高压直流输电系统的基本介绍1、高压直流输电工程的组成部分：交流开关场、换流变、换流阀、直流开关场及直流输电线路。
2、特点适合大功率、远距离输电；输电线路相对于交流输电线路要经济的多；为全国大范围联网提供了便利的条件；填补了我国直流输电技术的空白。
直流设备对环境的要求较高；我国在直流输电方面起步较晚，主要依靠国外技术支持，因此现阶段直流输电设备较昂贵。
3、前景随着我国充分利用丰富的水利资源，大力发展水电建设，直流输电将发挥其重大的经济及社会效益。
二、控制与保护系统设备介绍（按位置及控制区域）1、盘柜介绍：PCP pole control and protectionBCP bipole control and protectionACP ac control and protectionAFP ac filter control and protectionDFT dc field terminationBFT bipole field terminationAFT ac field terminationASI Auxiliary system interfaceTFT Transformer Field TerminationATI auto transformer interfaceCP control pulseCRC cyclic redundancy checkDCOCT dc optical current transducerDPM digital signal processorGWS gate workstationOWS operator workstationEWS ENGINERRING WORKSTA TIONERCS electronic reactive control systemFP fire pulseI/O input/outputLAN local area networkCAN Control Area NetworkTDM Time Division MultiplexLFL line fault recorderMACH2 Modular Advanced Control HVDC(High V oltage Direct Current) and SVC(Static Reactive Power Compensation) 2nd editionDOCT digital optical current transducerOIB optical interface boardRPC reactive power controlSCM Station Control monitoringTHM thyristor monitoringVCU valve control unitCCP cooling control and protectionCFC Converter Firing ControlETCS Electronic Transformer Control SystemHDLC High-level Data Link ControlPCI Peripheral（外围设备）Component Interconnection SCADA Station Control and Data Acquisition(获得)TCC Tap Changer ControlACS自动监视系统COMM通讯程序（主计算机的软件部分）DSP数字信号处理器ETCS电力变压器控制系统GUI图形用户界面GWS网关站（远控）I/O输入/输出MACHMC1（2）主计算机EWS工程师工作站OWS操作员工作站PC个人电脑P IS设备信息系统SUP监视器TFR故障录波VSS软件库ESD静电释放PCB印刷电路板2、板卡介绍：PS801 高性能的DSP板（6个DSP板）PS820 HDLC通讯与监控板（6个DSP板）PS830 I/O处理板PS831 CAN/HDLC光桥PS832 CAN/CAN桥PS841 交流电压测量板PS842 交流电压测量板PS844 电压分配板PS8451A 电流测量板PS850 控制I/O板PS851 110V数字输入板PS853 数字量输入板PS860 高性能的输入/输出板PS862A 隔离模拟测量板PS868 PT100与4-20mA输入板（小电流/电压测量板）PS870 总线连接板PS871 I/O总线连接板PS872 时间同步板（从主时钟分配一个秒脉冲同步信号到最多五个本地用户）PS873 总线延伸与终端板PS876 TDM光通讯板PS877 VCU传输/接收板PS880 21槽底版PS891A 电源板PS900 阀控中央处理单元PS906 阀控16通道光通道输入/输出板控制系统三、控制主要包含的内容控制系统主要包括——ACP控制：断路器、隔离刀闸的顺序控制，主变的分接头控制等。
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控制系统的实际应用
在高压直流输电系统中，实际应用的控制方式并 不是某一种，而是几种基本方式的组合，它们各 自担负着不同的控制调节任务而又相互配合，即 使在整流器或逆变器中也不是仅仅单一地采用某 一种控制方式。
理想/实际控制特性
理想情况下定功率控制
一侧控制直流电压恒定(一条垂直线)——逆变侧定熄弧 角（CEA) 另一侧控制直流电流恒定(一条水平线)——整流侧定电 流（CC）
GAMMA CONTROLLER MAX LIM INVERTER
VOLTAGE CONTROLLER
ALPHA VCA
MAX LIM
CURRENT MIN LIM CONTROLLER
ALPHA ORDER
MIN LIM
联合控制特性
当处于逆变运行时，它将作为电流控制器的上限值， 以限制CCA的最大触发角输出； 当处于整流运行时，它将作为电流控制器的下限值， 以限制CCA的最小触发角输出。
点火脉冲发生
确定点火角度的起始点
与交流换相电压取得同步，锁相同步 硬件——倍频发生器 软件——数字信号处理器
触发方式
按相触发：换流器点火角的计时（计数）的起始点按 照各自交流电压的相位为基准 等间距触发：控制系统以某相交流电相位为基准，按 照点火角的控制指令发出触发脉冲，此后的触发脉冲 均依次等距发出。
定电流控制
电流调节器是一种简单的带反馈的高增益放大 器。 整流状态 逆变状态
I<Iset I>Iset I<Iset I>Iset
α↓ α↑
cosα↑ Udo ↑ I ↑ cosα ↓ Udo ↓ I ↓ cosβ ↑ cosβ ↑ Udo ↓ I ↑ Udo ↑ I ↓
β↓ β↑
定电流控制
触发相位所移动的方向和整流状态是一致的。 同一个调节器，对整流和逆变两种状态都适 用，不必改变接线。 用于逆变状态时，电流的整定值必须要减小一 个电流裕度ΔI，以避免两侧换流器的定电流特 性重叠而引起运行点漂移不定。 一般取ΔI=(0.1~0.15)Id0。
实测式定熄弧角控制
定熄弧角控制的非线性电路特性
预测式定熄弧角控制
开环控制——事前控制 如果逆变侧交流电势和直流电流已知，即可求 得使γ=γ0的超前角β。
要调节熄弧角γ，就只能靠改变超前角β来实现。
2π E2 cos γ0－E2 cos β − I d Rβ = 0 3
预测式定熄弧角控制
6脉波
Id × cos α + cos γ 0 = 1.35k2 E2
高压直流输电系统 控制与保护原理
华南理工大学电力学院 李晓华 2008.2.25~3. 5
直流系统控制技术
概述 基本控制功能 辅助控制功能
控制方式基本原理
；
控制方式基本原理
Vdr − Vdi Vd 0 r cos α − Vd 0i cos β Id = ＝ RL Rcr + RL + Rci
定熄弧角控制
减少换相失败的发生机率，要求逆变器的熄弧 角γ必须不小于关断余裕角γmin，以保证可控硅 正向阻断能力恢复并具有一定安全裕度； 为了尽量提高逆变器运行的功率因数，则要求 熄弧角尽量小一些。 对可控硅元件构成的高压阀，熄弧角最小临界 值约为6º~10º，故定熄弧角控制的整定值γ0一 般取18º左右。
定触发角控制
定触发角控制又分为两种情况：
整流器——延迟角控制（定α角控制） 逆变器——定越前角控制（定β角控制）
Vd
Vd
Id
定a角控制 定β角控制
Id
定触发角控制
整流侧
一组斜率为-Rcr的平行线族
a越大，相应的伏安特性越低。
当交流电压E1或变压器变比k1变化时，特性直线将 平行地上下移动。
Vdr＝Vd 0 r cos α－I d Rcr
实测式定熄弧角控制
闭环控制——事后控制 与定电流控制相似，是应用负反馈控制来实 现的，将实测γ角与整定值γ0进行比较，把误 差经放大处理后送到相位控制电路，使触发 角改变以减小或者消除偏差。
γ γ0 减法器
ε
控制放大器
Vc
相位控制器
Δγ
实测式定熄弧角控制
在6脉波的逆变器中，实际测定6个阀的熄弧 角与整定值相比较，若其中最小的一个熄弧角 也大于整定值时，则通过减小越前角β将熄弧 角γ调整到γo，从而提高了运行的经济性，这 种调节称为“经济调节”。 若某个阀的γi小于整定值γo ，为了确保安全起 见，通过处理元件将下一定阀的触发相位提 前，即增大β角来满足要求，这种调节称为“安 全调节”。
联合控制特性
联合控制特性
整流侧
定触发角（CIA）控制（amin 限制） 定电流（CC）控制
逆变侧
定熄弧角（CEA）控制 定电流（CC）控制
整流器和逆变器电流整定值之差Im称为电流裕度
额定电流的10%~15%
联合控制特性
三个基本控制器的协调配合
三个控制器有自己的独立的PI调节器 三个控制器之间依次限幅的配合方式使得在有效控制器 的转换过程中输出值alpha order的变化是平滑的
基本控制方式原理
定电流控制
功率控制 交流系统频率控制 潮流翻转控制
定电压控制 定越前角β控制/定延迟角α控制 定熄弧角γ控制
定电流控制
直流输电系统最基本的控制方式之一 控制特性为一垂直线，维持直流电流为 恒定值
定电流控制
通过直流互感器DCCT测量实际的直流电流 Id； 将Id与整定值Id0（也称电流指令）在加法环 节中进行比较得到电流偏差量（误差）ε=Id －Id0； 将差值ε输入控制放大器A中进行放大； 将放大的信号输入相位控制单元PC，然后 进行所需的相位控制。
基本控制策略的关键
确定点火角
控制对象
直流电流 直流电压 逆变侧换流器的电流安全关断时刻 点火角的限制因素
控制策略
电流调节器 电压调节器 熄弧角调节器
实际控制效果
由于控制保护的整体软硬件体系，包括相关的测 量和信号传输技术及性能的不同、设计的理念不 同或由于研究深度不同，使得实际工程中 点火角的不平衡度可存在±0.01°~0.25°的差别 直流电流的控制精度可有±0.2%～±1%的差别 直流功率的控制精度可有±0.4%~±2%的差别
定电压控制
定电压控制的基本原理与定电流控制相似， 只是反馈信号改变为直流电压。 控制特性是以维持直流电压等于整定值为目 标。 控制步骤与定电流控制大致一样。
Vd
R1 Vd0 Vd A R2 C P.C Ld Id Vd D.C.P.T
Id
定电压控制
整流侧
E1 ↓ E1 ↑ Vdr ↓ Vdr ↑ ε↑ ε↑ a↓ a↑ Vdr0cosα ↑ Vdr0cosα ↓ Vdr ↑ Vdr ↓
2 Rβ dI d cosα = × (Id + Kd ) − cos γ 0 1.35k2 E2 dt
2 Rβ
12脉波
2 Rβ Id × cosα + cos γ 0 = 2.7k2 E2
混合式定熄弧角控制
在闭环控制的基础上，增加预测控制单元，但 后者只在换相电压下降或直流电流上升，并且 预计到将γ小于预测控制的整定值时起作用， 这个预测控制的整定值略小于闭环控制的整定 值γ0。显然，混合方式保留了闭环控制的等间 隔触发及高控制精度等优点，也具有预测控制 能实时“预防”减小γ的优点。
电压控制输出将作为电流控制的上限值或下限值。
联合控制特性
Vd
ห้องสมุดไป่ตู้
α0
A B
I
γmin
F D H 0
L G J K I
E
C
Id
1
逆变器特性的改进
电流偏差控制 定β控制 定电压控制
控制特性的不稳定
控制特性的改进示意图
电流裕度法
整流侧和逆变侧配置完全一致的闭环电流调节器。 闭环电流调节器的主要目标是保证电流控制环的 性能： 快速阶跃响应 稳态时零电流误差 平稳电流控制 快速抑制故障时的过电流
逆变侧
E2 ↓ E2 ↑ Vdi ↓ Vdi ↑ ε↑ ε↑ β↓ β↑ Vdi0cosβ ↑ Vdi0cosβ ↓ Vdi ↑ Vdi ↓
定电压控制
适用于受端交流系统等值阻抗较大的弱系统场 合，以提高换流站交流电压的稳定性。 在直流线路轻载运行时，由于逆变器的γ角比 满载时大，采用定电压控制对防止换相失败有 利。 在额定条件下运行时，为保证直流电压有一定 的调节范围，其γ角要略大于关断余裕角γmin， 从而使逆变器的额定功率因数和直流电压有所 下降，消耗无功功率较多，降低了换流器的利 用率。
电流裕度法
为了避免两端电流调节器同时工作引起的调节不 稳定，逆变侧电流调节器的定值比整流侧小 0.1p.u，这就是电流裕度。 稳态和暂态都必须保持电流裕度，否则直流系统 就会崩溃。
低压限流措施
低 压 限 流 (Voltage Dependent Current Limit)环节的任务是在直流电压降低时对 直流电流指令进行限制，它的主要作用在 于：
定触发角控制
逆变侧
一组斜率为Rci的平行线族
β越大，相应的伏安特性越低。
当交流电压E2或变压器变比k2变化时，特性直线将 平行地上下移动。
Vdi＝Vd 0i cos β + I d Rci
定触发角控制
由于伏安特性的斜率一般很小，因此交流 电网的微小电压波动，都会引起直流电流 和直流功率的大幅变化。
Vdr − Vdi Vd 0 r cos α − Vd 0i cos γ Id = ＝ RL Rcr + RL − Rci
；
Pdr = Vdr I d
Pdi = Vdi I d = Pdr − R I
2 L d
控制方式基本原理