直流输电系统控制原理与特性
特高压直流输电技术
换流站国产化水平 提高后直流架空线 路
换流站建设费用
变电站建设费用
14
0 线路等价距离 线路等价距离 输电距离
-800kV DC
8
（二）直流输电技术的分类 • 按工程结构分类
分类I（按换流站数量分类） • 两端直流输电(或“点对点直流输电”) • 多端直流输电 分类II（按线路长度分类） • 长距离直流输电 • 背靠背直流输电 分类III（按电压等级分类） • （超）高压直流输电 • 特高压直流输电
由地下电缆向大城市供电；
交流系统互联或者配电网增容时，作为限 制短路容量的措施之一；
配合新能源输电。
13
交直流等价距离
直流输电的经济性及交直流经济比较：直流输电两侧换流站费用高， ￥1000元/kW；直流线路相对便宜： ￥250万—￥480万/km；与交流 输电的等价距离：600－800km。 换流站设备价格问题：整体成降价趋势： 输送距离超过一定值时， 交流需要增加中间站，加串补。线路的建设费用问题，整体趋势是 上涨，国外由于线路走廊需要征地，费用更高，等价距离更短。
特高压直流输电技术
1
直流输电技术基本原理
（一）直流输电技术的原理
（二）直流输电技术的分类
（三）直流输电技术的特点
2
（一）直流输电技术的原理
直流电概念（相对于交流大小和方向随时间周期变化） 直流输电工程是以直流电的方式实现电能传输的工程。直流电 必须经过换流（整流和逆变）实现直流电变交流电，然后与交流系 统连接。 直流输电工程构成（换流站、直流线路、接地极、通信与远动）
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。
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输送和供电的系统，其工作原理基于直流电流的特性和传输。
直流系统的工作原理可分为三个基本过程：发电、输送和供电。
发电是直流系统的起始过程，通过使用发电机将机械能转化为电能。
发电机内部通过磁场和电场的相互作用来产生电流。
直流发电机中会产生恒定的电压和电流。
输送是指将发电机产生的直流电能通过输电线路输送到需要供电的地方。
在直流系统中，输电线路会对电流进行控制和调节，以确保电流稳定和安全传输。
直流系统的输电线路通常采用高压和大容量的电缆。
供电是指将输送来的直流电能提供给用户，供应用电设备工作。
在直流系统中，供电过程主要涉及将输送来的直流电能转化成各种不同电压和电流等级的电力输出。
供电过程通常通过使用适当的变压器、整流器和调整器来实现。
直流系统相比交流系统具有一些优点，如更高的输电效率、较小的能量损耗和更好的负载调节能力。
因此，直流系统在需要长距离输送、大容量需求和高可靠性的应用中得到广泛应用，如高压直流输电、电动汽车充电和太阳能发电系统等。
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
直流输电课件
随着技术的不断进步，人们开始研究超高压直流输电技术，以进一步提高电力 传输的效率和安全性。
超高压直流输电技术的应用
超高压直流输电技术在跨洲、跨国电力传输以及海上风电并网等领域具有广阔 的应用前景。通过采用先进的绝缘材料、控制技术和设备，超高压直流输电技 术的传输容量、稳定性和经济效益将得到进一步提升。
换流器类型
包括整流器和逆变器，分 别用于将交流电转换为直 流电和将直流电转换为交 流电。
换流器控制
对换流器进行控制，确保 其输出稳定的直流电能。
输电线路
线路类型
线路保护
包括架空线路和地下电缆，根据输电 距离和地形选择合适的线路类型。
对输电线路进行保护，防止其受到自 然灾害和人为破坏的影响。
线路设计
互联。
直流输电的应用场景
大规模风电和太阳能发电基地的并网输送
01
直流输电可以用于大规模可再生能源基地的并网输送，实现清
洁能源的优化配置和利用。
城市和工业园区的供电
02
直流输电可以用于城市和工业园区的供电，提高供电可靠性和
稳定性。
跨区域大电网互联
03
直流输电可以用于实现跨区域大电网互联，提高电网的稳定性
和可靠性。
02
直流输电系统的组成
电源010203电源类型包括化石燃料发电、核能 发电、可再生能源发电等。
电源接入
电源通过换流站接入直流 输电系统，实现电能转换 和传输。
电源控制
对电源进行控制，确保其 输出稳定的直流电能。
换流器
工作原理
换流器通过控制半导体开 关的通断，实现交流电与 直流电之间的转换。
政策和市场环境
政府政策和市场环境对直流输电技术的发展和应用具有重要影响， 需要加强政策支持和市场推广。
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。
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。
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。
直流输电的特点：
直流输电的特点：优点1线路造价低、年运行费用省。
2 没有交流输电的运行稳定性问题，可以连接两个不同频率的系统。
3能限制短路电流。
4调节速度快，运行可靠。
5没有充电电流，必须要并联电容器补偿。
缺点1直流换流站比交流变电站投资大、运行费用高2消耗大量的无功功率3产生谐波影响。
4 缺乏成熟的直流断路器。
直流输电的基本工作原理：电源由发电厂中的交流发电机供给，经换流变压器将电压升高后接至整流器，由整流器将高压交流变为高压直流，经过直流输电线路输送到受端，再经过逆变器重新将直流变换成交流，并经变压器降压后供给用户使用继电保护装置的基本要求选择性，速动性，灵敏性，可靠性电力变压器保护配置原则瓦斯保护纵差动保护或电流速断保护过负荷保护过励磁保护其他非电量保护隔离开关的用途隔离电源倒闸操作接通和断开小电流电路目前电力系统测量算法：周期法误差最小化原理类算法解析法正交去调制法故障引起的后果：短路电流值大大增加，引起电网中电压降低，使部分用户的供电受到破坏引起不平衡系统，对通信等产生干扰可能引发系统性事故，造成大面积停电电力系统静态稳定分析的目的：应用相应的判据，确定电力系统的稳定性和输电线的输送功率极限，检验在给定方式下的稳定储备。
需要进行静态稳定分析的范围：大电源送出线、跨大区或省网间联络线、网络中薄弱断面等。
多机电力系统的稳定分析方法直接法，小干扰法，数值分析法提高静态稳定性的措施：1、采用自动调节励磁装置2、减小元件的电抗3、改善系统结构和采用中间补偿设备提高暂态稳定性的措施1、快速切除故障和自动重合闸2、发电机强行励磁3、电气制动4、快速汽门控制5、切机、切负荷6、系统解列。
高压直流输电系统
〔7〕调度管理
由于通过直流线路互联的两端交流系统可以 有各自的频率，输送功率也可保持恒定 〔恒功率、恒电流等〕。对送端而言，整 流站相当了交流系统的一个负荷。对受端 而言，逆变站那么相当于交流系统的一个 电源。互相之间的干扰和影响小，运行管 理简单方便，深受电力管理、运行部门的 欢送。对我国当前开展的跨大区互联、合 同售电、合资办电等形成的结合电力系统， 尤为适宜。
〔5〕潮流和功率控制
交流输电取决于网络参数、发电机与负荷的 运行方式，值班人员需要进展调度，但又 难于控制，直流输电那么可全部自动控制。
〔6〕短路容量
两个系统以交流互联时，将增加两侧系统的 短路容量，有时会造成部分原有断路器不 能满足遮断容量要求而需要更换设备。直 流互联时，不管在哪里发生故障，在直流 线路上增加的电流都是不大的，因此不增 加交流系统的断路容量。
逆变器特性包括 R L I d 电压降〕
图3.1.3 实际的换流器控制稳态特性
图3.1.4 电流调节器
在正常电压下，逆变器的恒熄弧角〔CEA〕特性曲线和整 流器持性曲线相交于E。可是，逆变器的CEA特性〔CD〕 不会和由表示的在降低电压下的整流器特性曲线相交。所 以，整流器电压的大幅度降低会引起电流和功率在短时间 内下降到零，这个时间取决于直流电抗器，从而系统将会 停运。
要变更功率输送的方向，可采取更换两端 的直流电压极性的方法。
在选择控制特性时，应该考虑以下要求：
防止交流系统电压的变化引起直流电流的大 波动；
保持直流电压在额定值附近； 保持送端和受端的功率因数尽可能高； 防止逆变器的换相失败。 运用换流器的快速控制来防止直流电流的大
波动，这是保证HVDC线路满意运行的一个 重要要求。
以下是维持高功率因数的几个原因：
直流系统原理
直流系统原理
直流系统是一种用于输电、电力配电和电能转换的电力系统。
它由直流发电机、直流输电线路、直流变压器和直流负载组成，具有一些特殊的工作原理和特点。
首先，直流系统的工作原理是基于直流电的特性。
直流电是指电流方向保持不变的电流，它的电压和电流都是恒定不变的。
在直流系统中，电能是以恒定的电压和电流传输的，这样可以减少电能损耗，提高能源利用效率。
其次，直流系统具有良好的稳定性和可靠性。
由于直流电的特性，直流系统在传输和配电过程中不会出现频率和相位的变化，因此可以更好地控制电能的传输和分配。
同时，直流系统可以更好地应对电网故障，减少电力系统的停电时间。
另外，直流系统还具有较高的调节性能。
在直流系统中，可以通过控制电压和电流来实现对电能的调节和控制，这样可以更好地满足不同负载的需求，提高电力系统的灵活性和适应性。
此外，直流系统还具有较低的电磁干扰和损耗。
由于直流电的
特性，直流系统在传输和配电过程中产生的电磁干扰较小，可以减少对周围设备和系统的影响。
同时，直流系统的电能损耗也较小，可以提高电力系统的能源利用效率。
总的来说，直流系统是一种具有独特工作原理和特点的电力系统，它在电能传输、配电和转换方面具有一些独特的优势。
随着电力系统的发展和技术的进步，直流系统在电力领域的应用前景将会更加广阔。
直流输电简答题整理
根据老师给出的重点，结合2009、2011两年的考试试卷，我整理出了可能出现的简答题答案，供大家参考，如有错误，请及时指正！（一）直流输电与交流输电运行特点比较1.优点：（1）线路走廊输电效率高，线路造价低，结构简单，损耗小；（2）直流输电不存在交流交流输电的稳定问题，适合远距离大容量输电；（3）直流输电可实现电力系统之间的非同步联网；（4）直流输电采用全自动方式快速控制潮流和功率，有利于电网的经济运行和现代化管理；（5）直流输电对故障的响应快，恢复时间短、不受稳定制约、可多次再启动和降压运行来消除故障，恢复正常运行条件；（6）直流输电能限制交流系统的短路容量；（7）直流电缆线路输送容量大、造价低、损耗小，不易老化，且输送距离不受限制；（8）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。
2.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是一个谐波电流源，对直流侧来说，是一个谐波电压源；（3）晶闸管换流器在换流时需消耗大量的无功功率，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；（二）直流输电控制原理1.基本控制功能：（1）启停控制：正常启动、正常停运、故障紧急停运（故障后的）自动再启动等；（2）功率控制：输送功率的大小和方向的控制；（3）潮流反转控制：直流双向潮流全控；（4）无功功率控制：调节换流器的无功功率消耗（课本160页）；（5）换流站保护控制：发生故障时，保护换流站设备。
2.基本控制方法：（1）换流器触发相位控制：整流器的定触发角α控制，逆变器定逆变角β控制、定熄弧角γ控制；（2）调调节换流变压器分接头改变交流电压从而调节直流端空载电压。
3.基本控制特性：整流器：定电流控制，定电压控制，定触发角控制（最小触发角控制）逆变器：定熄弧角γ控制，定逆变角β控制，定电流控制，定电压控制换流器定功率控制：逆变器通常为定电压，而整流器则依据设定的功率整定值算出电流定值，使整流器进行定电流控制；电流裕度法：整流站定电流控制的电流整定值在任何时候都应该足够地大于逆变站定电流控制的电流整定值，即，且要保证一定的电流裕度。
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。
直流输电系统控制原理与特性
二、直流系统控制原理与特性
2.1 直流输电系统基本结构及其控制模式
直流输电一次系统结构示意
2.1 直流输电系统基本结构及其控制模式(续) 直流输电系统基本结构及其控制模式(
直流输电一次系统等值电路
由图知，正常稳态情况下系统直流电流为： 由图知，正常稳态情况下系统直流电流为：
(1) 或
2.1 直流输电系统基本结构及其控制模式(续) 直流输电系统基本结构及其控制模式(
2.8 直流系统控制特性的改进
改进直流输电基本控制特性的目的，是为了进一 步提高其控制性能和运行指标。 常见的改进措施有： 1. 定关断角控制特性改进 定关断角控制特性改进：比如当检测到Id小于 运行设定值时，使逆变器从定δ控制改为定β 控制，从而可有效防止整流器进入定αmin控制 时Id大波动情况的发生。 2. 增加VDCL VDCL(直流电流控制定值增加低电压减电 流定值)功能：当控制系统检测到直流电压低于 某一设定值(如50%～70%)时，自动按某种规律 降低整流、逆变站的控制电流定值，以防逆变 器发生连续换相失败。
2.6 直流输电控制系统构成(续) 直流输电控制系统构成(
直流系统基本控制稳态特性
(a)整流器定Id，逆变器定δ (b)逆变器减额定Id控制 (c)正常综合控制特性 (d)非正常综合控制特性
电流定值同步传输过程示意
(a)Idr1下降时的同步传输过程 (b) Idr1上升时的同步传输过程 Idr1：控制设定值(人工或自动) Idr2/I’dr2：整流/逆变站初步定值
1.3 直流输电控制系统发展简介（续） 直流输电控制系统发展简介（
（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： 优点 ：集成度较高、控制方式较灵活、逻辑 处理能力较强。 缺点： 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 数模混合型控制系统， 数模混合型 吸收了模拟型和数字型的优点，得到一定 的推广应用。
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。
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（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。
2.4 换流器定电流控制
定电流控制是换流器的基本控制之一，它通过 定电流控制 控制换流器触发相位角，使直流电流等于设 定值并保持不变。 定电流控制才用最基本的安偏差比例控制时， 电流调节器CAI的输出为： UC= U0 - Kε 式中： U0为常数；K为放大系数；ε=Idr-Id。 定电流控制静态伏-安特性曲线中α= αµιν的说明： AB线段：Ud1=Udo1cosαmin－Iddγ1 AB’线段：Ud2=Ud1-IdRL=Udo1cosαmin-Id(dγ1+RL)
由式（ ）可知，正常运行情况下， 由式（1）可知，正常运行情况下，两端直流输电系统可以 采取如下几种控制模式： 采取如下几种控制模式： 整流器定α 逆变器定β ①整流器定α，逆变器定β； 整流器定α 逆变器定δ ②整流器定α，逆变器定δ； 整流器定电流I 逆变器定关断角δ ③整流器定电流Id、逆变器定关断角δ； 整流器定电流I 逆变器定电压U ④整流器定电流Id、逆变器定电压Ud等。 上述四种控制模式中，模式①直流电流I 上述四种控制模式中，模式①直流电流Id易受两端交流系统 母线电压波动的影响而产生大波动，对交、 母线电压波动的影响而产生大波动，对交、直流系统稳定 运行都十分不利；模式②只有在(R (R＋ 运行都十分不利；模式②只有在(R＋dγZ)＞dγN前提下才 能保证直流系统运行稳定性，且同样存在模式①的问题。 能保证直流系统运行稳定性，且同样存在模式①的问题。 实际应用中，直流系统通常采用控制模式③ 实际应用中，直流系统通常采用控制模式③或④。当然还须 设置一些辅助控制功能，如：最大/最小触发角 设置一些辅助控制功能， 最大/ 限制、 （αmax/αmin）限制、逆变器的后备定电流控制与最小关断 限制等，才能保证直流输电系统安全可靠地运行。 角δmin限制等，才能保证直流输电系统安全可靠地运行。
直流输电系统控制原理
浙江大学电气工程学院 江道灼
一、概述
1.1 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。
1.3 直流输电控制系统发展简介（续） 直流输电控制系统发展简介（
（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： 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。
2.5 逆变器定关断角控制(续) 逆变器定关断角控制(
因此逆变器采用闭环定δ控制方式时，一般都要增 设一个紧急控制(EC)环节，以便当出现或预测到 δ大幅度减小时，立即输出一短暂的信号Δδe， 使误差ε=δ0+Δδe－δ突然人为地增大，使α 角快速大幅度减小，从而有效防止换相失败。 预测型关断角控制是一种开环预测控制过程，也可 预测型关断角控制 有效防止逆变器发生换相失败。预测公式如下： αY =cos-1(Kc·Id/Enm－cos δ0) 式中Kc为常数；Id受控整流器，也可认为是常数。 因此只要能够准确预测换相电压峰值Enm，从而准 确预测逆变器下一个触发脉冲的相位角。
1.3 直流输电控制系统发展简介（续） 直流输电控制系统发展简介（
（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： 优点 ：集成度较高、控制方式较灵活、逻辑 处理能力较强。 缺点： 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 数模混合型控制系统， 数模混合型 吸收了模拟型和数字型的优点，得到一定 的推广应用。
2.5 逆变器定关断角控制
定关断角控制是逆变器的主要控制方式，其任 定关断角控制 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。 定关断角控制中,关断角的最小临界值约为6o～ 10o，一般取δmin=18o。 逆变器关断角δ和触发超前角β的关系如下：
2.7 换流变压器分接头切换控制
分接头控制是触发角控制的辅控措施，二者配合可保 持直流系统运行在最佳状态； 要求控制速度比触发角控制慢，一般每隔数秒钟执行 一次即可； 对于定Id控制的整流器，一般通过切换换流变分街头， 将触发角α控制在15o(如12.5o～17.5o之间)左右，以 使其既有足够的调节裕度，又不致消耗太多无功； 对于定δ控制的逆变器，以控制直流电压在额定值的 ±(1.5%～2%)范围内波动为准，且每档分接头的切换 量控制在±(1%～1.5%)之间； 对于定Vd控制的逆变器，则以控制其越前关断角δ在 18o(如15o～21o之间)左右，以使其既有足够的调节裕 度，又不致消耗太多无功； 当直流系统切换到由逆变器控制Id的非正常模式时， 逆变器的换流变压器分接头控制必须暂停工作，以防 止因分接头的调节干扰控制、造成Id的异常波动。
2.8 直流系统控制特性的改进
改进直流输电基本控制特性的目的，是为了进一 步提高其控制性能和运行指标。 常见的改进措施有： 1. 定关断角控制特性改进 定关断角控制特性改进：比如当检测到Id小于 运行设定值时，使逆变器从定δ控制改为定β 控制，从而可有效防止整流器进入定αmin控制 时Id大波动情况的发生。 2. 增加VDCL VDCL(直流电流控制定值增加低电压减电 流定值)功能：当控制系统检测到直流电压低于 某一设定值(如50%～70%)时，自动按某种规律 降低整流、逆变站的控制电流定值，以防逆变 器发生连续换相失败。
二、直流系统基本控制原理与特性
2.1 直流输电系统基本结构及其控制模式
直流输电一次系统结构示意
2.1 直流输电系统基本结构及其控制模式(续) 直流输电系统基本结构及其控制模式(
直流输电一次系统等值电路
由图知，正常稳态情况下系统直流电流为： 由图知，正常稳态情况下系统直流电流为：
(1) 或
2.1 直流输电系统基本结构及其控制模式(续) 直流输电系统基本结构及其控制模式(
1.3 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 优点： 可靠。 缺点： 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。
或
(β=180o－α)
2.5 逆变器定关断角控制(续) 逆变器定关断角控制(
定关断角控制分闭环控制 预测控制 闭环控制 预测控制两种。闭环定 闭环控制和预测控制 关断角控制方式与定电流控制类似，也是一种负 反馈控制，其控制放大器CAδ的输出为： UC= U0 – Kε， 式中： U0为常数；K为放大系数；ε=δ0–δ。 闭环控制是当检测到δ与δ0的偏差后才进行控制， 闭环控制 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。
2.6 直流输电控制系统构成
右图为直流输电控制系统 基本构成，图中， 整流站主要包括： 整流站主要包括： TCC：换流变分接头控制器 VTC：阀触发控制单元 CTC：触发相位控制单元 MIN.DET：最小值检出单元 MAX.DET：最大值检出单元 CAI：电流控制放大器 LIM：限幅环节 SYN：同步控制单元 COM：通信接口设备 逆变站除上述外还需有： 逆变站除上述外还需有： CAδ：关断角控制放大器 MU：关断角检测单元
2.2 换流器触发脉冲相位控制方式
直流系统不论采用哪种控制方式（包括正常 和异常控制），其最终都是通过调节换流 器触发脉冲相位角α来实现的。 换流器触发脉冲控制可分为 按相触发控制 和等间隔触发控制两种。 按相触发控制特点：等触发相位角α控制， 但不能保证换流器的等间隔触。 等间隔触发控制特点：保证稳态情况下换流 器的等间隔触发，但不保证各阀触发相位 角α的相等。
2.10 直流输电系统的启停控制
直流输电系统的启停控制包括正常启停控制 和紧急停机控制。 正常启停是一种慢速控制过程，时间延续几 正常启停 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 紧急停机 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。
2.9 直流系统的功率控制
现代直流系统一般都设置有功率控制功能，且通常是通过改 变电流设定值，达到间接控制功率的目的。 功率控制主要由如下几个模块组成： 功率控制 1. 功率定值设置模块(PRS)，根据运行人员或远方调度中 心输入的功率定值(Pdr0)及其变化速度限值(RSL)，初步 确定功率控制定值(Pdr1)； 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); 5. 还有低压减流限值和定值同步传输模块等。