直流输电系统控制原理
高压直流输电的基本控制原理PPT(65张)
(1)单极联络线
直流输电系统中换流站出线端对地电位为正的称为正、
极，对地电位为负的称为负极。在单级系统中，一般采用
正极接地，相当于输电系统中只有一个负极，称为单级系
统的负极运行。
-
I
-
图6-2 单级HVDC联络线
采用负极运行的优点是：直流架空线路受雷击的概率以 及电晕引起的无线电干扰都比正极运行时少。单级系统 的构成方式可分为大地(海水)回流和金属导线回流。
3.
2004年底，三峡—常州、三峡—广东、贵州—广东
±500kV、3000A、3000MW的高压直流输电工程投运，
标志着我国的高压直流输电技术已跨入世界先进行列。
随着电力电子技术的进步和高压直流输电设备价格的下
降，将使压直流输电的优势更加明显，在未来的电力系
统中将会更具竞争力。
6.1.2 高压直流输电的特点
高压直流输电自20世纪50年代兴起至今，全世界有80 多项高压直流输电系统投入运行 。
巴西伊泰普直流 输电工程
南非英加—沙巴 直流输电工程
架空线路最高电压(±600kV) 和最大输送容量(6300MW)
最长架空直流线路传送距离(1700km) )
英法海峡直 流输电工程
电缆线路的最大输送容量2000MW)
2. 1987年，我国投产了第一项高压直流输电工程浙江大陆—— 舟山群岛的跨海输电(50MW，100kV)工程，填补了我国高 压直流输电工程的空白，为今后发展和建设高压直流输电工 程提供了宝贵的建设和运行经验。
3. 1989年葛洲坝—上海高压直流输电工程的投入运行，标志我 国高压直流输电工程已迈入世界先进行列。该直流系统采用 500kV双极联络线，额定容量为1200MW，输电距离为 1045km，它的建成把华东、华中这两个装机容量超过14GW 的大电网连接起来，形成了我国第一个大电网联合系统，使 长江葛洲坝水电站的电能源源不断送往上海。
直流系统的工作原理
直流系统的工作原理
直流系统是一种电力传输和分配系统，其工作原理是将电能以直流电的形式从发电站传输到终端用户，通过电流的单一方向流动实现能量的交付和使用。
直流系统的工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 发电：直流电源可以是直接的化学能转化为电能的电池，也可以是经过变流装置将交流电转换为直流电的逆变器。
2. 电能传输：直流电从发电站通过输电线路传输到终端用户。
直流输电线路较交流输电线路损耗更小，因为直流电不会产生电流功率损耗和电磁感应损耗。
3. 电能分配：在直流系统中，将电能分配到不同的用户或负载上，可以通过开关或控制装置来控制电能的分配和开闭。
4. 长距离传输：直流系统在长距离传输中具有优势。
因为直流电的输电损耗较小，不会产生输电损耗的无功功率，并且能够减少输电线路的电磁辐射和串扰，提高传输效率。
5. 调节和控制：直流系统可以通过调节直流电压的大小来控制电能的传输和分配。
具有较高的可调节性和灵活性，可以适应不同负载需求和系统运行状态。
总的来说，直流系统的工作原理是通过将电能以直流电的形式
传输和分配，实现能量的交付和使用。
它具有较低的输电损耗，较高的传输效率和调节灵活性，在特定应用中具有一定的优势。
HVDC控制原理与特性
HVDC控制原理与特性HVDC（High Voltage Direct Current）即高压直流输电技术，是一种通过直流电流传输能量和电力的技术。
与传统的交流输电技术相比，HVDC具有更低的电能损失和更远的输送距离，适用于大规模跨区域输电和远离电源的地区。
首先，整流站控制涉及电压控制。
整流站将交流电转换为直流电，需要保持直流电压的稳定性。
电压控制主要通过功角控制和直流电压调速实现。
功角控制是通过调节逆变桥的换流角度来控制整流站的有功功率输出。
直流电压调速是通过调节直流电压的大小来实现。
整流站还需要进行直流电流控制，以控制直流电流的大小和方向。
直流电流控制主要通过调节插入桥的导通角度和导通时间实现。
接下来，逆变站控制涉及电压控制和调节信号控制。
逆变站将直流电转换为交流电，需要保持逆变站输出的交流电压的稳定性。
逆变站的电压控制主要通过频率和幅值控制实现。
频率控制是通过调节整流换流器和逆变换流器的换流频率来控制输出交流电的频率。
幅值控制是通过调节逆变换流器的换流角度来控制输出交流电的幅值。
逆变站还需要进行调节信号控制，以完成系统的保护和自动控制功能。
HVDC技术具有以下几个主要特点：1.低电能损失：HVDC输电系统的电能损耗相对较低，主要是由于直流电流在输送过程中没有电感和电容的影响，电能传输效率更高。
2.远距离输电：HVDC技术适用于大规模的跨区域输电，可以实现更远的输送距离，减少电能传输的损失。
3.稳定性好：HVDC系统具有较好的稳定性和可靠性。
由于直流电流不受电网故障的影响，所以HVDC系统具有较好的抗干扰能力和容错能力。
4.无电磁场影响：相比交流输电，HVDC系统具有较小的电磁辐射和影响，对环境和人体健康的影响较小。
5.灵活性高：HVDC系统具有较高的灵活性和可调节性，可以实现双向输电、调节功率和电压等功能。
总之，HVDC技术是一种高效、稳定和可靠的电力输电技术。
随着电力需求的增长和可再生能源的开发利用，HVDC技术将在未来得到更广泛的应用和推广。
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
常规直流输电的基本原理
常规直流输电的基本原理
常规直流输电的基本原理可以概括为以下几点:
一、直流输电的概念
直流输电是利用直流电压对电能进行长距离传输的过程。
与交流输电相比,直流输电线路结构简单,但也存在一定缺点。
二、直流输电的基本结构
直流输电系统主要包括发电机、变流站、输电线路、受电变流站和负载几个部分。
发变电站将交流电转换为直流电,经过输电线路,最后转换回交流电为负载供应电力。
三、直流输电的工作原理
1. 发电机组发出三相交流电。
2. 变流站将交流电整流为直流电,升高电压。
3. 高压直流电沿输电线路输送,减少电能损耗。
4. 接收变流站将直流电再转换为交流电,供应给用户。
5. 整个系统采用回馈控制调节电流、电压,保证稳定运行。
四、直流输电的优势
1. 线路投资减少,传输损耗小。
2. 可实现交联互济不同系统。
3. 输电容量可通过电压调节实现,易扩容。
4. 可采用先进的直流电网技术。
五、直流输电的劣势
1. 换流站投资和损耗较大。
2. 难以实现直接供电,需要变流设备。
3. 输电距离受电压等级限制。
4. 缺乏经验,维护转换设备复杂。
总之,直流输电可降低线路损耗,但更适合远距离跨区传输。
随着技术进步,直流输电会发挥更大优势。
直流输电系统的原理及应用
直流输电系统的原理及应用1. 引言直流输电系统是一种电力传输系统，通过直流电流传输能量。
与交流输电系统相比，直流输电系统具有许多优势，例如传输距离远、输电损耗小、占地面积小等。
本文将介绍直流输电系统的工作原理及其应用。
2. 直流输电系统的工作原理直流输电系统主要包括以下组成部分：2.1 直流发电机直流输电系统的起点是直流发电机。
直流发电机将机械能转换为直流电能，并输出给直流输电系统。
2.2 直流变流器站直流变流器站是直流输电系统的重要组成部分。
它将交流电能转换为直流电能，并进行输电。
2.3 直流输电线路直流输电线路负责将直流电能从发电机传输到负载端。
直流输电线路通常采用高压高温的超导线。
2.4 直流换流器站直流换流器站位于直流输电线路的终点，将直流电能转换为交流电能，供给负载端使用。
3. 直流输电系统的优势与传统的交流输电系统相比，直流输电系统具有以下优势：3.1 传输距离远直流输电系统能够传输更远的距离而不会引起明显的传输损耗。
这是因为直流电在传输过程中几乎没有导线阻抗和电阻损耗。
3.2 输电损耗小相对于交流输电系统，直流输电系统的输电损耗更小。
这是因为直流电能不会造成电流的涡流损耗和电容损耗。
3.3 占地面积小直流输电系统的输电线路所需占地面积相对较小，这使得直流输电系统在城市地区和环境受限区域中应用更加方便。
3.4 可靠性高直流输电系统具有较高的可靠性，能够提供更稳定的电能供应。
这是因为直流输电系统可以更好地控制电流和电压。
4. 直流输电系统的应用直流输电系统在以下领域中得到广泛应用：4.1 远距离输电直流输电系统可以用于跨越远距离的能量传输。
例如，直流输电系统被用于跨越大洋进行海底电缆输电。
4.2 城市供电直流输电系统在城市供电方面也有应用。
它可以提供更稳定的电能供应，减少电压波动和电能浪费。
4.3 可再生能源直流输电系统可以有效地集成可再生能源。
例如，直流输电系统可以将风能和太阳能转化为直流电能，并输送到电网上供应。
HVDC控制原理与特性
HVDC控制原理与特性HVDC（高压直流输电）是一种通过直流电进行长距离输电的技术。
与传统的交流输电相比，HVDC具有较大的输电能力、较低的电能损耗和较小的电压降等优点。
HVDC控制原理和特性主要涉及HVDC系统的组成、控制方式以及其特有的稳定性和可靠性。
HVDC系统由直流换流站（DCS）和交流换流站（ACS）组成。
DCS负责将收集到的交流电能转换为直流电，再输送到目标地点。
ACS则负责将交流电能转换为直流电并将其送到DCS。
在HVDC系统中，控制方式分为压控和功控两种。
压控是通过控制换流电压来调节直流功率。
当交流电压增加时，直流功率也会增加。
压控的主要优点是灵活性高，可以实现灵活的功率控制。
它适用于长距离传输和低系统容量的情况。
但是，在压控方式下，系统受电流限制，电流增加会导致功率降低。
功控是通过控制换流电流来调节直流功率。
当交流电流增加时，直流功率也会增加。
功控的主要优点是系统稳定性好，可以实现更高的功率传输。
它适用于长距离传输和高系统容量的情况。
然而，功率受电压限制，电压降低会导致功率降低。
HVDC系统具有以下特性：1.高效性：HVDC系统具有较低的电能损耗和电压降，能够实现更高的能源传输效率。
2.长距离传输：HVDC系统适用于长距离的能源传输，能够实现数千公里的电力输送。
3.可靠性：HVDC系统具有较高的可靠性，不受电力系统电压和频率调度的影响，能够实现更加稳定的输电。
4.系统调度：HVDC系统能够实现可控的输电能力，使得电力系统的调度更加灵活和高效。
5.无电磁干扰：HVDC系统基本上不会对周围环境产生电磁干扰，对传输线路和附近的居民影响较小。
6.无电容和电感功率：HVDC系统没有电容和电感功率，能够减少发电和输电过程中的电能损耗。
总之，HVDC系统通过控制换流电压或电流来实现对直流功率的调节，具有高效、长距离传输、可靠性高和灵活调度等特点。
它已被广泛应用于长距离的电力传输和大容量电力输电项目中，并在电力系统优化和发展方面起到了重要作用。
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)
第三部分(直流输电的控制原理)
V d 0 z cos α − V d 0 n cos γ Id = R cz + R l − R cn
由上述两式可以看出，要改变直流电流 Id（或功率），可以从如下两 个方面进行调节： ① 控制极调节： 调节整流器的触发延迟角α或逆变器的触发超前角 β【也叫逆变角】（或关断角【也就是熄弧超前角γ】），即调节 加到换流阀控制极的触发脉冲相位； ② 调节换流器的交流电势 Emz或Emn（因为Vdoz和Vdon和二者有关）， 一般靠调节发电机励磁或改变换流变分接头来实现。
�由于上述原因，一般在整流器上都装有定电流调节装置，
自动地保持电流为定值。定电流调节可以改善直流输电的 运行性能，同时也可以限制过电流和防止换流器过载，是 直流输电系统的基本调节方式。
�定电流调节的基本原理是：把系统实际电流 Id 和电流整定
值Id0进行比较，当出现差别时，便改变整流器的触发角， 从而改变其输出电压，使差值消失或减小，以保持 Id 等于 或接近于Id0。
当β为恒定时
R cn
Vd 0 z cos α − Vd 0 n cos β Id = Rcz + Rl + Rcn
当γ为恒定时
R cz
Rl Id
− Rcn
V d 0 z cos α − V d 0 n cos γ Id = R cz + R l − R cn
Vd 0 z cos α − Vd 0 n cos β Id = Rcz + Rl + Rcn
Vd
定α0特性 （最小的α） 逆变器 定γ0特性直线
一定值时，即使电流调节器将α调节到 上限值α0，电流也不能恢复正常。 （如在“C”点，需要减小α才行，而α 已经最小，再不能减小了）
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。
dcs原理
dcs原理DCS原理。
直流输电系统（DCS）是一种通过直流电进行能量传输和分配的电力系统。
与交流输电系统（ACS）相比，DCS具有许多优势，例如更高的稳定性、更低的能量损耗和更好的调节能力。
本文将介绍DCS的原理及其在电力系统中的应用。
首先，DCS的基本原理是利用直流电进行能量传输。
在DCS中，电力由发电站产生后，经过变压器升压，然后通过输电线路输送到需要的地方。
与ACS不同，DCS不需要频率转换设备，因此能够减少能量损耗和提高系统稳定性。
其次，DCS在电力系统中的应用非常广泛。
首先，DCS可以用于长距离输电。
由于直流电的能量损耗较小，因此DCS非常适合用于远距离的能量传输。
其次，DCS还可以用于连接不同频率的电网。
在一些地区，由于历史原因，电网的频率可能不同，而DCS可以通过直流电连接这些不同频率的电网，实现能量互联互通。
此外，DCS还可以用于电力系统的调节和控制，能够更好地适应电力系统的负荷变化和故障处理。
在DCS系统中，有几个关键的部件。
首先是换流站，它用于将交流电转换为直流电或者将直流电转换为交流电。
换流站通常由整流器和逆变器组成，能够实现电能的双向转换。
其次是输电线路，它用于输送电能。
在DCS中，输电线路通常采用特殊的材料和结构，以减少能量损耗和提高输电效率。
另外，还有直流电压源，它用于提供系统所需的直流电能。
直流电压源可以是发电机、蓄电池或者其他直流电源。
总的来说，DCS是一种非常重要的电力系统，它具有许多优势和应用价值。
通过对DCS的深入了解，我们可以更好地理解电力系统的运行原理和优化方法，从而提高电力系统的稳定性和效率。
在实际应用中，DCS系统需要注意一些关键技术和安全问题。
例如，换流站的设计和运行、输电线路的维护和保护、直流电压源的选择和管理等都是非常重要的。
此外，还需要注意系统的过载和短路等故障情况，以及系统的恢复和应急处理。
综上所述，DCS是一种非常重要的电力系统，它具有许多优势和应用价值。
电力电子技术在电力系统中的应用
电力电子技术在电力系统中的应用一、引言电力电子技术是指利用电子器件和电子控制技术来实现电力转换、控制和调节的一门学科。
它在电力系统中的应用广泛而重要。
本文将结合实际案例，探讨电力电子技术在电力系统中的应用。
二、直流输电技术1. 直流输电系统原理直流输电技术是电力电子技术在电力系统中的重要应用之一。
通过将交流电转换为直流电进行输送，可以有效解决长距离传输中所遇到的电压和电流损耗问题，提高输电效率。
例如，高压直流输电（HVDC）系统可以将电能从远距离的火电厂输送到需求地，降低了能源损耗，提高了输电容量。
2. 直流输电技术的优势直流输电技术相对于传统的交流输电技术具有以下优势：低损耗、大容量、节约输电线路、节约投资等。
而且，直流输电技术还具有可靠性高、对负荷变化响应快等特点。
三、电力调速技术1. 电力调速系统原理电力调速技术是指利用电力电子技术对发电机的输出功率进行调整，以满足电力系统的需求。
通过控制并联在发电机轴上的电动机的转速，可以调整发电机的输出功率，使其与负荷需求相匹配。
2. 电力调速系统的应用电力调速技术在调频调速水轮机、风力发电和光电发电等领域得到广泛应用。
例如，调频调速水轮机在水电站中的应用通过控制水轮机的转速，实现对水轮机的输出功率的调整，以满足电力系统负荷需求。
四、电力滤波技术1. 电力滤波技术原理电力滤波技术是指通过引入滤波器将电力系统中的电源谐波进行滤除，改善电力质量的一项技术。
电力谐波是指电力系统中包含在交流电中的频率为基波频率整数倍的电压或电流成分。
电力谐波会导致电力系统的电压失真，影响电力设备的正常工作。
2. 电力滤波技术的应用电力滤波技术在电力系统的主变电所、电动机驱动系统等领域得到广泛应用。
例如，电力滤波器可以通过滤除电力系统中的谐波，避免了负载对电力系统的干扰，保证了电力系统的正常运行。
五、智能电网技术1. 智能电网系统原理智能电网技术是指将信息通信技术与电力系统相结合，实现对电力系统的智能化、自动化管理的技术。
直流输电原理
直流输电原理直流输电原理直流输电原理直流输电原理直流输电（HVDC）是将发电厂发出的交流电，经整流器变换成直流电输送至受电端，再用逆变器将直流电变换成交流电送到受端交流电网的一种输电方式。
直流输电系统主要由换流站（整流站和逆变站）、直流线路、交流侧和直流侧的电力滤波器、无功补偿装置、换流变压器、直流电抗器以及保护、控制装置等构成（见图直流输电系统的基本构成）。
其中换流站是直流输电系统的核心，它完成交流和直流之间的变换。
直流输电所用的换流器通常采用12个（或6个）换流阀组成的12脉动换流器（或6脉动换流器）。
早期的直流输电工程曾采用汞弧阀换流，20世纪70年代以后均采用晶闸管换流阀。
目前，新型半导体器件绝缘栅双极晶体管（IGBT）得到广泛应用。
换流变压器可实现交、直流侧的电压匹配和电隔离，还可以限制短路电流。
换流变压器阀侧绕组所承受的电压为直流电压叠加交流电压，而且两侧绕组中均有一系列的谐波电流。
因此，换流变压器的设计、制造和运行均和普通电力变压器有所不同。
平波电抗器与直流滤波器共同承担直流侧滤波的任务，同时它还具有防止线路上的陡波进入换流站，防止直流电流断续，降低逆变器换相失败率等功能。
运行时换流器的交流侧和直流侧都会产生谐波，所以在两侧需要装设交流滤波器和直流滤波器。
由晶闸管换流阀组成的电网换相换流器，运行中还吸收大量的无功功率。
因此，在换流站要利用交流滤波器提供的无功，有时还需要另外装设无功补偿装置。
保护装置是实现直流输电正常起停、正常运行、自动调节、故障处理与保护等功能的设备，它保证直流输电运行的可靠性。
直流输电主要应用于远距离大功率输电和非同步交流系统的联网，具有线路投资少、不存在系统稳定问题、调节快速、运行可靠等优点。
直流输电的发展也受到一些因素的限制。
首先，直流输电的换流站比交流系统的变电所复杂、造价高、运行管理要求高；其次，换流装置（整流和逆变）运行中需要大量的无功补偿，正常运行时可达直流输送功率的40～60%；换流装置在运行中在交流侧和直流侧均会产生谐波，要装设滤波器；直流输电以大地或海水作回路时，会引起沿途金属构件的腐蚀，需要防护措施。
直流输电原理
直流输电原理
直流输电是一种将直流电能从发电站输送到远距离的方法。
其原理是通过将发电机产生的交流电转换成直流电后，通过输电线路传输到目的地。
在直流输电系统中，发电机首先将交流电转换成直流电，这主要是通过使用整流器实现的。
整流器的作用是将交流电转换成具有一个方向的直流电流。
这一过程是通过控制半导体器件的通断来实现的。
整流器通常由大型功率半导体器件如二极管或可控硅组成。
一旦交流电被转换成直流电，这些直流电就被输送到远距离的目的地。
由于直流电的特性，其在输电过程中的能量损耗较小。
这主要是因为在直流输电中，电流的传输是单向的，不会存在交流中的电流来回变换所产生的能量损耗。
在输电过程中，直流电会通过高压输电线路进行传输。
通过增加输电线路的电压，可以减少电流的大小，从而减少能量损耗。
这也是直流输电所具有的优点之一。
在直流输电的目的地，接收站会将直流电转换为交流电，使其适应当地的用电要求。
这一过程是通过变流器实现的。
变流器的作用是将直流电转换为交流电，并通过改变频率和电压来满足不同的负载需求。
综上所述，直流输电通过将交流电转换成直流电，并利用其单
向传输的特性来输送电能。
这种输电方法具有较小的能量损耗，适用于远距离输电，并可以根据需要进行转换和调整。
直流输电系统控制原理
（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。 （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。 优点：集成度、可靠性高；控制方式灵活且更改方便；可实现快速、精确控制；控 制功能和逻辑处理能力强，可实现复杂控制； 运行稳定性高，基本不受温度等周 围环境影响；可方便地通过多重化等措施进一步提高控制系统的可靠性。
二、直流输电系统控制的基本原理
• 如图1-1中所示的直流输电联络线，它表示一个单极联络线或双极 联络线中的一个极，相应的等值电路和电压分布情况分别如图11(b)和1-1(c)所示。
二直流输电系统控制的基本原理如图11中所示的直流输电联络线它表示一个单极联络线或双极联络线中的一个极相应的等值电路和电压分布情况分别如图11b和11c所示
直流输电系统控制原理
电本1360 刘飞亮
一、概述
1.1 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。
1.3 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 ≥δ min(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。
传统直流输电控制原理
1.整流器部分工作原理整流部分的结构是三相桥式电路，如图1所示。
图1 整流器电路图e a 、e b 、e c 为等值交流系统的工频基波正弦相电动势，图2 整流侧电压波形（a ）为m 、n 点对中性点的电位，（b ）为直流侧电压u d ，（c ）为触发脉冲。
图（a ）中C1为自然换向点，角度α为延迟触发角，即晶闸管开始导通的角度；μ为叠弧角（换向角），即电流从一相换到另一相的时间。
定义熄弧延迟角为δ， δ=α+μ。
理想直流侧空载电压为απcos 23V r 0E r d =（1）换向引起的压降可用等值换向电阻R cr 代替，可以计算出直流侧电压平均值为dcr r d d cr dr I I E R -cos V R -cos 23V 0r ααπ==（2）图3 整流侧外特性随α增大，直流侧电压减小。
2.逆变器部分工作原理图4 逆变器电路图逆变器和整流器的原理接线图相同，根据式（1）απcos 23V r 0E r d =，若延迟触发角α为90°时，cos α=0直流侧电压为0，当α>90°时，直流侧电压为负值，变流器做逆变运行，为方便起见，定义β=180°-α，为超前触发角。
设逆变侧直流空载电压为V d0i ,则ii 023V E d π=（3），考虑换向角μ的存在，用R ci 作为逆变侧等值换向电阻，作为逆变侧换向引起的压降，则直流侧电压为dci i d dci d ci d ci di I I E I E I E R -cos V R -cos 23-R -)180(cos 23-R -cos 23V 0i i i ββπαπαπ-==-︒==（4）定义超前熄弧角（也叫关断角）为γ，γ=π-δ=π-α-μ=β-μ。
3.控制原理直流输电的接线原理简图：图5 直流输电原理简图直流输电等效电路图：图6 直流输电等效电路图其中α为整流器延迟触发角；β为逆变器的超前触发角；γ为逆变器熄弧角；V d0r 和V d0i 分别为整流侧和逆变侧的无相控理想空载直流电压；R cr 和R ci 分别为整流和逆变侧的等值换相电阻，等效了换向损失的电压，但不是真正意义的电阻，不消耗有功功率。
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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。
✓优点：集成度、可靠性高；控制方式灵活且更改方便；可实现快速、精确控制；控制功能和逻辑处理能力强，可实现复杂控制；运行稳定性高，基本不受温度等周围环境影响；可方便地通过多重化等措施进一步提高控制系统的可靠性。
74.1 HVDC控制系统的配置89HVDC 控制系统配置的特点特点：分层控制站控双极控制阀控高层低层慢快系统控制极控换流器控制单独控制控制系统的分层结构⏹双极或站控制层：控制系统中的最高层，用于协调两个换流站和两个极的运行。
主要功能包括双极功率定值设置、双极电流平衡控制、紧急功率控制、功率反转控制以及双极故障后恢复运行控制等。
为提高控制系统可靠性，该层功能应尽量下放到极控层。
⏹极控制层：用于控制和协调整个极的运行，包括电流控制放大器，电流设定值限制、低电压减小电流限值控制、极主控制(主要功能：功率定值设置与电流定值计算、站间通信控制、过负荷控制和功率调制控制等)、本级启停及故障后恢复运行的顺序控制、本极直流线路保护、直流开关场有关设备的保护和报警等。
⏹换流器控制层：主要包括换流器触发相位控制CTC、定关断角控制、定电流控制、αmin 和αmax控制、换流变压器分接头切换控制、无功功率控制以及换流器触发闭锁和解锁顺序控制等。
该层还包括换流器保护、交流和直流滤波器保护、换流变压器保护、母线保护、交直流电流、电压测量以及有关报警信号等功能。
⏹阀控制层：这是直流系统最低层次的控制设备，换流器每个阀都有一套。
10断路器15直流功率直流功率：, dr dr d di di dP U I P U I ==（3）结论：可以通过改变角度（）和交流电压（）数值来调节输出电流和输出功率。
,αβE16HVDC 控制手段▪触发脉冲相位控制：调节▪换流变分接头控制：调节换流变分接头,αβ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1~4ms 慢每档5~10s 调节平稳性平稳不平稳结论主要控制手段辅助控制手段HVDC 控制手段：两类控制手段比较174.3 基本控制及其控制特性基本控制：•通常要求直流输电系统按照某种功率指令运行•保证HVDC 系统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▪定电压控制▪换流变分接头控制▪定熄弧角控制▪启停控制▪潮流反转控制功率控制⏹从系统稳定的角度来看，辅之以慢速功率控制的快速恒电流控制比较好；⏹从稳定角度看，直流输电系统进行恒电流/恒电压/恒熄弧角控制，而对调度员来说，它表现为恒功率控制；⏹快速的恒功率控制可能对交流系统稳定造成不良影响；1819定触发角控制(Constant Ignition Angular, CIA)✓控制特性方程：0cos dr d r xr dU U d I α=-α✓特点：关于的下倾的直线簇。
增加，控制特性曲线向下平移。
α020~10=α00min 5~3=α通常：o1α2α3α01cos d r U αdrU dI 02cos d r U α03cos d r U αtan xrd ξ=ξ控制特性曲线20定熄弧角控制(Constant Extinction Angular, CEA)✓控制特性方程：通常：0cos di d i xi dU U d I δ=-0001518δ= o1δ2δ3δ01cos d i U δdiU dI 02cos d i U δ03cos d i U δtan xid ξ=ξ✓特点：关于的下倾的直线簇。
增加，控制特性曲线向下平移。
δδ⏹定关断角控制是逆变器的主要控制方式，其任务是是通过控制触发相位角，使逆变器的越前关断角δ等于给定的关断裕度角δ0，以减小换相失败的概率，提高运行可靠性，同时兼顾降低无功功率的消耗量。
21定（直流）电流控制(Constant Current, CC)✓控制特性方程：d dref I I d I ✓选为控制对象的原因：dU dI O控制特性曲线deI •有效限制故障时的上升。
d I •的变化主要由决定；d P d I22定电流控制的配合✓两站均装定电流控制时的协调配合采用电流裕度法/HVDC 基本控制原则：⏹整流站定电流控制的电流整定值在任何时候应该足够地大于逆变站定电流控制的电流整定值。
也即，HVDC 系统正常运行的充要条件： ，且要保证一定的电流裕度；di dr I I23定电流控制的配合电流裕度：改变的步骤：d dr diI I I ∆=-通常10%~25%d deI I ∆=d I dr I di I d I ▪增大时，先增，后增；▪减小时，先减，后减。
di I dr I d I 两侧定电流控制的分工：▪整流站的定电流控制为主：全范围参与控制▪逆变站的定电流控制为辅：时参与控制ddi I I <24定电流控制的配合✓两站均装定电流控制✓逆变站安装定电流控制的目的：当下降过多时，协助整流站的定电流控制，使迅速恢复正常值。
d I d I定（直流）电压控制✓控制特性方程：d drefU UdUdI O控制特性曲线deU控制目标：⏹通常要求直流线路上一个期望点维持恒定电压，通常该点为送端（整流器）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；⏹该方式下关断角略高于关断裕度角，发生换相失败可能性较小。
25HVDC 控制特性260cos ()dr d i d xi dU U R d I δ=+-理想控制特性实际控制特性/()d d xr V I K d ∆∆=-+⏹每个换流器既可作整流器又可作逆变器⏹通过反置”域度整定值”等方式来实现反转27整流器和逆变器的组合特性28HVDC 协调控制方式-1协调控制方式-1•整流站：定（直流）电流、定最小触发角•逆变站：定熄弧角、定（直流）电流HVDC 协调控制特性曲线mincos 35.1αr E dU dI OdrI 1.35cos i E δdeU AdiI 00min 5~3=α稳态运行工作点协调控制方式-1的特点✓在协调控制方式-1下，HVDC系统的特性： 是静稳的；逆变器发生换相失败的风险降低；对于弱受端AC系统，可能导致母线电压不稳定✓相对于HVDC系统而言，AC系统分为：❑强（AC）系统：如葛上、天广、三常、三广、贵广等❑弱（AC）系统：如舟山、嵊泗2930三交点不稳定对于极弱受端AC 系统，可能出现另一种电压不稳定—“三交点不稳定”现象mincos 35.1αr E dU dI OHVDC 协调控制特性曲线drI 1.35cos i E δAdiI A 'A ''0min 5~3=α其中，--稳定运行工作点；--不稳定运行工作点。
A 'A 、A ''协调控制方式-1的适用性协调控制方式-1：•整流站：定（直流）电流控制、定最小触发角控制•逆变站：定熄弧角控制、定（直流）电流控制适用性：强受端（AC）系统31控制方式稳定性⏹控制方式混淆32⏹修正伏安特性(a) 恒β控制(b) 恒电压控制33HVDC 协调控制方式-2协调控制方式-2•整流站：定（直流）电流、定最小触发角•逆变站：定电压、定熄弧角、定（直流）电流mincos 35.1αr E d U dI O dr Iγcos 35.1i E de U A di Id I 'd I ∆HVDC 协调控制特性-2 曲线00min 5~3=α稳态运行工作点定电压控制定熄弧角控制协调控制方式-2的特点✓在协调控制方式-2下，HVDC系统的特性： 是静稳的；逆变器发生“电压不稳定”的风险降低；正常运行时逆变器吸收的无功功率较大；轻载时逆变器吸收的无功功率很大，无功投资增加。
适用性：弱受端（AC）系统34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AC系统的冲击，正常启停按照一定步骤顺序进行。
35启停控制（续）⏹正常启停是一种慢速控制过程，时间延续几分钟至数十分钟不等，应根据两端交流系统承受功率变化的能力来具体确定；⏹紧急停机通常用来处理直流系统的故障，因此是一种快速过程，包括移相急停机和投旁通对急停机两种，前者主要用于处理处理直流线路的故障，后者主要用于处理换流器阀故障；⏹直流架空线路的故障往往是瞬时性的，故控制系统通常设置用于紧急停机后自动再启动的功能模块，以便尽快恢复送电；⏹自动再启动类似于交流线路跳闸后的重合闸操作，但引起的扰动要小得多，因此必要时可以进行多次再启动。
再启动时间比正常启动时间快得多，大约在0.2～0.3秒左右；3637潮流反转/翻转/功率反向✓每侧控制系统均具有“三段式组合控制”，其控制特性见表1。