直流输电系统的基本调节方式及其特性

直流输电系统的基本调节方式及其特性

摘要：直流输电系统的基本调节方式对整个直流输电系统的调节起决定性的作用，近几年来一直被完善和更多的应用。

关键词：控制调节方式定功率模式定电流模式

1.1直流输电系统可以从如下两个方面调节输送的直流电

和直流功率：

1)调节整流器的触发滞后角或逆变器的触发超前角，即调节加到换流阀控制极或栅极的触发脉冲的相位，简称控制极调节。

2)调节换流器的交流电势，一般靠改变换流变压器的分接头来实现。

用控制极进行调节，不但调节范围大，而且非常迅速，是直流输电系统的主要调节手段。调节换流变压器分接头则速度缓慢且范围有限，所以只作为控制极调节的补充。

1.2控制极调节方式

控制极调节通常采用两种调节方式：整流侧均采用定电流调节方式，逆变侧常采用定关断余裕角调节或定电压(直流)调节方式之一。

1)定电流定关断余裕角调节

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。定电流调节不但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，所以它是直流输电系统基本的调节方式。定电流调节的基本原理是把系统实际电流和电流整定值进行比较，当出现差别时，便改变整流器的触发角，使差值消失或减少，以保持等于或接近于。图3.2(a)表明它的工作原理和稳态特性。设原运行点为A，整流器触发角，直流电流为。若由于某种原因逆变侧交流电压从下降到，而整流器又无自动调节时，则新的运行点将移到B’点，电流大于。当装有电流调节器时，则在它的作用下，。角迅速地增大到，使工作点从A移向B，最后稳定在B点，电流便恢复到Ida。同理，逆变侧的电压升高或整流侧的交流电压波动时，也能保持等于。可见在电流调节器的作用下，运行点将在垂直线AB上移动。直线AB即整流器定电流调节器的伏安特性，称为定电流特性。定电流特性有一定的范围，当逆变侧交流电压上升或整流侧交流电压下降超过某一定值时，即使电流调节器将角减少到上限值，电流也不能恢复正常，因而整流器被限制在=特性上运行。这时系统运行在定特性和定特性的交点上(C点)，这时即使成稳定运行，也容易引起电流大幅度波动，为了保证逆变器的安全运行，减少发生换相失败的几率，要求逆变器的关断越前角不小于关断余裕角(包括可控

硅正向阻断能力恢复时间所对应的角度和一定的安全裕度)。另外，为了尽可能提高逆变器的功率因数，又希望它在较小的角状态下运行。因此逆变器一般都设有定关断余裕角的调节装置，使其运行在定特性上。为了克服上述缺点，在逆变侧也装有电流调节器，其电流整定值比整流侧的小一个电流裕额，即为。在正常时，系统运行在整流侧定电流特性与逆变侧定特性的交点。当逆变侧交流电压上升或整流侧交流电压下降较多，致使整流侧转入定运行时，逆变侧即转入定电流运行，系统的运行点分别移到B或C点。运行在这些点都是稳定的，仅运行电流略有减小。设置电流裕额是为了避免两侧定电流特性重迭而引起运行点漂移不定。一般取= (0.1 ~1.15) ，以保证计及两侧电流测量误差后，两条定电流特性不至于重叠。

2)定电流和定电压(直流)调节方式

在这种方式中整流器仍按定电流调节，逆变器则按直流线路末端(或始端)电压保持一定的方式调节。定电压调节的原理和定电流调节相似，仅反馈量或被调节量改为相应的直流电压。为了防止换相失败，逆变器仍需装设调节器，不过它只有在时才进行调节，因此又称为限制器。这种调节方式适用于受端交流系统等值(短路)阻抗较大(弱系统)的场合，它有利于提高换流站交流电压的稳定性。定电压调节的另一优点是，在轻负载(直流电流小于额定值)运行时，由于逆变器的角比满载运行时大，对防止换相失败更为有利。定电压调节方式的缺点是：在额定条件运行时为了保证直流电压有一定的调节范围，逆变器的角略大于，也就是系统运行点要在定特性之下，此时逆变器的额定功率因数和直流电压要比定关断余裕角调节方式的要低一些，亦即消耗的无功功率较多，换流器的利用率较低。不过，如果在角偏离值不大的范围内，把限制器的响应速度做得比定电压调节的慢一些，则满负载时逆变器也可运行于~ 的状态。

1.3.1定功率模式

定功率控制模式是直流输电工程的主要控制方式。根据这一控制方式，控制系统应当将指定的功率测控点的直流功率，保持在主控站运行人员整定的功率定值上。一般把直流功率测控点设在整流站直流线路的出口。

通常，对直流输电输送功率的控制是通过改变直流电流调节器的电流整定值来实现的。对于一个单极直流输电系统，将单极功率定值除以直流电压之和，便得到了直流电流调节器的电流定值。这种控制方式可以充分发挥直流电流调节回路的快速响应特性。另外，为了防止在暂态过程中，电流定值因直流电压可能产生剧烈变化而大幅度波动，需要对直流电压信号进行滤波处理。

直流功率定值及功率从一个定值向另一个定值的变化率由运行人员给定。另外，也可将其它功率调制信号叠加在功率定值上，以实现需要的功率调制功能。

功率控制应当保证在双极对称运行情况下，流过每一直流极导体的电流相等，尽量减少接地极电流。同理，对于单极非大地回线方式运行的系统，流过每一直流极导体的电流也应该相等。当采用大地回线方式或双极运行时，由于受到

条件的限制或其它原因不可能使极线电流达到平衡，才容许接地电流增大。如果直流系统某一极的输电能力下降，导致实际的直流传输功率减小，那么双极功率控制应当增大另一极电流，自动而快速地把直流传输功率恢复到尽可能接近功率定值水平，另一极的电流可以增大到该极的固有过负荷水平，或短时过负荷水平。当流过极线的电流超过设备的连续过负荷能力时，功率控制应当向系统运行人员发出报警信号，并在使用规定的过负荷能力之后，自动地把直流功率降低到安全水平。当一极闭锁或清除直流线路故障时，双极功率控制应将故障极损失的功率尽可能转移到健全极。

1.3.2定电流模式

所谓定电流控制模式，就是保持直流极线电流为整定值。由于通常定电流控制环路的响应比定功率控制环路快，因而直流系统在遭受剧烈扰动时，可以考虑把控制方式从定功率控制切换到定电流控制，以提高系统稳定性。

在定功率控制模式情况下，若两换流站间通信回路发生故障时，控制系统则从定功率控制自动转换到定电流控制，此时逆变站应自动保持电流裕度。这两种控制方式之间的切换应当是平稳的。当两换流站间通信故障时间较长，但站间还可以通过电话联系的情况下，控制系统应仍能允许直流系统继续运行，这种控制方式叫做应急电流控制方式。由于站间通信是以极为基础设置的，因而应急电流控制也应各极分别设置。