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α

π

cos 2

3V 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

d

cr r d d cr dr I I E R -cos V R -cos 2

3V 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）

α

π

cos 2

3V 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

i

i 02

3V 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

d

ci

i

d

d

ci

d

ci

d

ci

di

I

I E

I

E

I

E

R

-

cos

V

R

-

cos

2

3

-

R

-)

180

(

cos

2

3

-

R

-

cos

2

3

V

i

i

i

β

β

π

α

π

α

π

-

=

=

-

︒

=

=

（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。R L为直流线路电阻。换向压降是由于变压器漏感产生的。

根据式（2）和式（4）及图6中的电压方向可得：

d

cr r d dr I R -cos V V r 0α= （5）

d

ci i d di I R cos V V i 0+=β（6）

参考高压直流输电原理一书，可以得到

d

ci i d di I R -cos V V i 0γ=（7）

根据图6及整流逆变原理，从整流侧流向逆变侧的稳态直流电流为：

ci

L cr i d r d L di dr d R R R V V R V V ++-=

-=i

0r 0cos cos I βα（8）

或ci L cr i d r d L di dr d R R R V V R V V -cos cos I i

0r 0+-=

-=γα（9）

式中αr 和βi 分别是整流侧延迟触发角和逆变侧超前触发角，γi 为逆变侧超前熄弧角。由（8）（9）式可知，改变αr 和βi 或γi 可调节直流电流。

4.控制方式

正常运行条件下，整流侧采用定电流控制，主要是由于功率的变化取决于直流电流I d 的变化，且整流逆变两站均要装设定电流控制，逆变站装设的目的是当I d 下降过多时，协助其快速恢复正常。使整流器运行于恒电流状态，控制传输功率的稳定；根据式（6）

d

cr r d dr I R -cos V V r 0α=可得控制特性曲线

图7 整流侧控制特性

随α增大，直线向下平移。α一般为10°至20°，最小不小于5°。 逆变侧采用定熄弧角控制，使逆变器运行于恒熄弧角状态，保证足够的换向裕度。根据式（7）d

ci i d di I R -cos V V i 0γ=可得控制特性曲线

图8 逆变侧控制特性

对于逆变器，为了避免换相失败，保证在换相电压易号之前有足够的裕度时间去游离的条件下完成换相，所以，γ必须大于一定的临界 值（即关断余裕角γmin ） ，一般为 15º。 4.1整流侧定电流控制：

电流给定值I d_ref 与电流实测值I d_CMR 的偏差作为定电流控制器的输入，整流侧电流ＣＭＲ是整流直接输出测量值，未经过大电感平波，需要经过一阶线性滤波环节K r1/1+sT r1除去脉动，得到直流电流值。驱动PI 控制器输出指令，PI 控制器的输出为整流器触发超前角βr ，它与触发角αr 之间的关系为βr =π-αr ，由此即得到整流器的触发角指令值。