直流控制系统功能介绍

• 极功率独立控制
将本极的功率控制在给定值。
• 同步极电流控制
将本极的电流控制在给定值。
• 应急极电流控制
当站间通信失去时，在逆变侧应自动跟踪实际的直流电流来保证 电流参考值的裕度。
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3 基本控制原理
3.1 整流侧与逆变侧之间的配合
(UdR - UdI) Pdc = UdR * R
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3.2 闭环电流控制
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6 过负荷限制
直流输电系统的额定输送能力是指 在设计环温下，备用冷却设备不投入运 行的情况下，直流输电系统能够连续运 行的电流值。
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连续过负荷
也称固有过负荷能力，是指直流输 电系统可以长期运行在高于额定直流电 流下的连续送电能力。 当环境温度低于设计环温，备用冷 却设备可用的情况下，直流电流可以在 高于额定值的情况下连续运行。 在设计环温下，投入备用冷却设备 时，连续过负荷电流约为额定电流的 1.05~1.1pu。
- 在换流变绕组温度为高/不高的情况下，应具有不 23 同的短时过负荷能力。
短时过负荷能力与环境温度，以及当前已 经过负荷运行的时间之间的关系是一个连续 的函数，而不是简单的阶梯式的过负荷功能。 如果所用的过负荷容量小于设备的最大过 负荷能力，则允许过负荷时间应大于按最大 过负荷能力运行所允许的时间。
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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。
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开线启动将会发生在： － 无通讯情况下，逆变侧未启动，而直流侧 启动（人为失误）。 － 无通讯或慢通讯（延时>50～100ms）的情 况下，逆变侧未投旁通对闭锁（BPP）。这是最严 重的情况，因为此时的电流指令很大，会造成直流 电压的很快的上升。 开线启动具有高直流电压和低直流电流的特点。 因为只有整流侧才会出现过电压，所以逆变侧 无此功能。
ID
1
1+sTP
K
IORD LIM RECT
0.0 0.1 pu pu 1 sTI -180 deg
ALPHA ORDER IO MARGIN INT MAX
INT MIN
为了使两端的电流控制器协调工作，在逆变侧的电流指令上减去了0.1pu 的电流裕度。这使得正常工况下，整流侧控制电流，逆变侧运行于最大 延时角（INT MAX），确定直流电压。
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手动控制
由运行人员设定希望的功率定值及功率升 降速率。 当执行改变功率命令时，输送的直流功率 应当线性变化至预定的功率定值。直流功率的变 化率，可在每分钟1MW到999MW之间可调。功 率升降速率以及升降过程均应有显示。还应设有 终止功率升降功能。一旦执行此功能，功率的升 降过程应立即被终止，功率的定值停留在执行此 功能的时刻所达到的数值上。
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3.3 两个闭环电流控制器之间 的协调运行
在HVDC输电系统中，所有的换流站都配置 了基本的闭环电流控制器。在正常的两端输电 系统中，通常由整流端控制电流，逆变端控制 电压。这是通过在逆变端的电流指令中减去一 个电流裕度来实现的。（电流裕度值通常为额 定电流值的10％。）这样逆变端的有效的电流 指令就比整流端低。因为闭环电流控制器力图 建立指定的电流，逆变端的控制器会增加其触 发角以降低电流。它将增大直至被允许的最 大值。
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自动控制
当选择这种运行控制方式时，功率定 值及功率变化率可以按预先编好的直流 传输功率日或周或月负荷曲线自动变化。
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5.2 定电流控制
由运行人员设定希望的电流定值以 及电流升降速率。 在这一控制模式下，直流极控应把 直流电流指令保持在整定值上。 当执行电流改变指令时，直流电流 应当线性地以运行人员设定的电流升降 速率变化至预定的电流定值。
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简要的说，具有高的电流指令的换流 站将作为整流站运行，另一站则作为逆变 站运行。
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静态Ud/Id特性
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4 基本控制策略
• 正常工况下： 快速控制：整流侧通过快速调节alpha角来 保持直流电流恒定；逆变侧alpha max控 制（改进的gamma控制）。 慢速控制：整流侧抽头控制alpha角为 152.5，逆变侧抽头控制Ud为 1(1.25%)pu。
直流控制系统功能介绍
2005年9月9日
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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。
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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。
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7 12脉动阀组控制
• 电流控制 • 电压控制 • 点火控制
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7.1 电流控制
整流侧和逆变侧的电流控制功能包 括两个子功能： － 低压限流 VDCOL（Voltage Dependent Current Order Limitation） － 电流控制放大器 CCA （Current Control Amplifier）
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高晶闸管结温限幅
过负荷限制实时计算晶闸管结温，在晶闸管 结温过高时限制电流。晶闸管结温的计算是基 于测量到的直流电流和阀冷却水温度。 当计算得到的温度超过温度参考值时，电流 指令Io应下降５％。 如果在一定时间内，温度还是没有降至参考 值以下，电流指令继续下降５％Io，直到晶闸 管温度下降至参考温度以下，或是限幅器达到 最小值。
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根据以下条件确定系统当前短时过负荷能力： -在不同的环境温度下，应具有不同的短时过负荷能 力。 -在阀冷却与换流变冷却的冗余系统可用/不可用的 情况下，应具有不同的短时过负荷能力。 -根据当前过负荷电流值的不同，应具有不同的过负 荷运行允许时间。
-根据当前已经过负荷运行的时间的不同，应具有不 同的短时过负荷能力。
Id
UD_FILT UD CALC
Ud
Pole Power Control
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两种基本控制模式：
• 定功率控制
• 定电流控制
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5.1 定功率控制
在定功率控制下，控制系统控制直流 功率为运行人员设定值或预先设定的功 率曲线值。 在定功率控制下，为了保持功率恒定， 通过对直流电流的相应调整来补偿直流 电压的波动。 定功率控制应具有两种运行控制方 式：手动控制与自动控制。
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OVERLOAD LIMITER
MODULATION P/ I
CURRENT CONTROL IO Max
I
PO / IO
Power/ Current Orders
Stepping Logic
+ +
IO
CURRENT MARGIN REGULATOR
+
+
IO VDCOL
Ramp Speed
PO = Pole power order IO = Current order
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7.2 电压控制
电压控制由以下功能组成： - 空载加压试验控制（OLT） - 过电压限制器（仅限于整流运行）（OVL） - 电压调节器（VCAREG）
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7.2.1空载加压试验控制（OLT）
为了方便地测试直流极在较长一段时间的 停运后，或检修后的绝缘水平，直流极控系统 中具有空载加压试验控制的功能。 空载加压试验每次只能在换流站的一侧进 行，不能两侧同时进行。进行空载加压试验的 一侧必须被设定为整流侧。在这一试验模式下， 应禁止另一侧的换流阀解锁，直流系统保护应 作相应的配合。
0.345 pu 0.2 pu 0.75 pu
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VDCOL对Ud/Id特性的影响
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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。
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电流控制放大器应具有较高的静态增 益和适当的动态增益，这样闭环电流控制 在稳态时的电流误差为0，动态时又有适 当的动态性能。
直流电压预定值和最高电压保持时间可以由 运行人员设定。
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空载加压试验的直流电压
12脉动桥峰值整流后得到直流电压：
4 p Ud = * * Udi0 * cos( -60) 3 3
该等式表明直流电压从等于150开始递增，至等于 60时，直流电压达到最大。以上等式只在电流为零的时候 才成立。当直流场设备也在试验范围之内时，以上等式只 能约等于。如果直流线路也在试验范围之内，那么电晕损 耗和其他一些损耗会使直流电压降低。但是闭环控制会降 低alpha角来补偿电压。
Voltage Dependent Current Order Limiter
Io Abs Max
Iorder maximum limitation
Io Lim
Io Abs Min
Iorder minimum limitation
Ud low
Ud high UdN
Ud
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VDCOL简化方框图
TDOWN RECT TUP INV TUP
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•逆变侧控制电流工况下：
快速控制：整流侧调节alpha角至最小允许值； 逆变侧alpha max控制（改进的gamma控制）。
慢速控制：整流侧抽头控制目标还是alpha角为 152.5，但此时由于交流电压过低，整流侧 的抽头位于最高档（Udio最高），逆变侧抽头 控制gamma角为17 2.5 。
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5 极功率/电流控制
极功率/电流控制的主要任务是接收 来自运行人员的功率/电流指令，功率/电 流升降速度，以及来自附加控制的调制 信号，根据当前的直流电压计算得到电 流指令，输出的电流指令将受到低压限 流环节VDCOL的限制。极功率/电流控制 系统的主要目的是在交流和直流扰动下 仍保持直流输送功率或直流电流恒定， 并保持直流系统的稳定性。
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空载加压试验只能在本地控制，具有两种控 制方式：手动控制与自动控制。 手动控制时，运行人员手动设定空载加压试 验的直流电压参考值。直流电压的参考值应 可以在0~1.05pu值之间可调。直流电压应以 预先设定的速度线性变化至直流电压参考值。 试验结束时，运行人员手动降压，闭锁换流 阀。
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自动模式时，运行人员只要启动空载降压试 验程序，此程序就自动的解锁对应的换流阀， 把直流电压升至预定值(最大限制值为1.05pu)， 然后保持一段时间，再把电压降下来，最后 闭锁换流阀。
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最小电流限制
为避免产生直流电流断流情况的发 生，极控系统要保证换流器直流电流不 低于最小直流电流值：300A。
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自动电流裕度补偿
自 动 电 流 裕 度 补 偿 (Current Margin Regulator)功能：当直流系统的电流控制 转移到逆变侧时补偿与裕度定值相等的 电流指令下降。
电流控制环的目的：
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 允许两个电流控制器工作
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CCA的传递函数
Gain
(1+ sK *TI) G(s) = sTI(1+ sTP)
K
1/(2pKTI) 1/(2pTI)
1/(2pTP)
Frequency
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CCA的功能概况图
180 deg
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另外，也可以将上式进行相应变化，即： Ud =(4/3)*(p/3)*Udio*cos(-60) ＝(4/3)*(p/3)*(32/p)E*cos(-60) =(2/3)E*4* cos(-60) =2*(2*(2E/3)) *cos(-60) 其中E为线电压有效值。(2E/3)为一个相 电压的峰值。所以Ud最大时为4个相电压的 峰值。
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7.1.1 低压限流（VDCOL）
低压限流将在直流电压降低时减小电 流指令。VDCOL功能的主要作用在于： - 交流网扰动后，提高交流系统电压 稳定性。 - 帮助直流系统在交直流故障后快速 可控的恢复。 - 避免连续的换相失败引起的阀应力。
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VDCOL静态特性
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改进的VDCOL方案
Io
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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Fra Baidu bibliotek。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。