【正文】 電流過大，人為增加串聯(lián)電阻阻值以降低 Q，起限制電流過大的作用。 七、 HVDC 對交流系統(tǒng)的影響： 1. 概述： （ 1） 交流系統(tǒng)強弱程度 : a) 系統(tǒng)強弱程度反映了系統(tǒng)內(nèi)各環(huán)節(jié)對擾動的敏感度 。 注意 ：惡劣情況下，原來很強的系統(tǒng)也可能會變成弱系統(tǒng)。時， HVDC會發(fā)生換相失敗；另外，當交流系統(tǒng)較 弱時，也容易發(fā)生換相失敗。 3. HVDC 引起的電壓穩(wěn)定： （ 1） 機理： 逆變器采用定熄弧角控制時，交流電壓下降，觸發(fā)角減小，無功功率增加，導致交流電壓進一步下降。 （ 2） 直流小信號調(diào)制 : a) 利用與交流聯(lián)絡線并聯(lián)運行的 HVDC 的小信號調(diào)制可以有效地抑制互聯(lián)系統(tǒng)間的低頻振蕩； b) 原理：在已有 HVDC 控制系統(tǒng)中加入附加的直流小信號調(diào)制器，從交流聯(lián)絡線或兩端交流系統(tǒng)中提取異常信號，來調(diào)節(jié)直流線路傳輸?shù)墓β?，使之快速吸收或補償交流線路功率過?；蛉鳖~，起到阻尼振蕩作用。 （ 2） 諧波穩(wěn)定性： a) HVDC 引起的諧波不穩(wěn)定是指在換流站附近有擾動時，諧波振蕩不易衰減甚至放大的現(xiàn)象，表現(xiàn)為交流母線電壓嚴重畸變。 （ 1） 電磁效應： a) 內(nèi)容：直流電流注入大地，在極址土壤中形成恒定直流電流場，導致出現(xiàn)大地電位升高、跨步電壓、接觸電勢等。 （ 3） 電化效應： a) 大地中水與鹽類物質(zhì)相當于電解液，當直流電流經(jīng)大地返回時，在陽極上會產(chǎn)生氧化反應，使得電極及附近金屬發(fā)生電腐蝕；也會導致附近土壤中鹽類物質(zhì)被電解。 圖 7 3 大地電流回路 （ 4） 影響因素：兩臺接地變壓器所處位置的電位；兩個變電站接地電阻 R R2；變壓器繞組直流電阻 RT RT2；線路電阻 RL。 （ 3） 影響 短時過電壓 大小的因素： a) 系統(tǒng)強弱程度與無功消耗情況； b) 由交流系統(tǒng)等效阻抗與直流輸電換流站無功補償設備和濾波設備構(gòu)成的并聯(lián)諧振； c) 由換流變壓器飽和或偏磁引起的勵磁涌流。 （ 2） 問題：在直流輸電整流站附近的汽輪發(fā)電機組，如果大部分功率通過直流輸電來輸送，且與交流大系統(tǒng)之間的聯(lián)系又比較薄弱，容易引起次同步振蕩（ SSO）。 （ 6） 抑制措施： a) 加入次同步阻尼控制器（ SSDC）等附加控制解決（本質(zhì)是通過提供對扭振模式的阻尼來抑制 SSO）； b) 附加一次設備防止（但價格昂貴）。 注意 ：水輪機不易發(fā)生次同步振蕩：轉(zhuǎn)子慣量大，功率擾動不易引起軸系扭振；機組對扭振固有阻尼很高。 12. 直流制動： （ 1） 交流系統(tǒng)不能過于薄弱，否則不能起到制動作用； （ 2） 交流系統(tǒng)能快速提供無功，否則由于直流吸收無功的增加，會導致交流系統(tǒng)電壓大幅度下降，從而抵消吸收有功的作用或起反作用； （ 3） 發(fā)電機與 HVDC 之間電氣距離長（機端升壓變和換流變），直流制動效果不會有電氣制動效果明顯； （ 4） 快速無功調(diào)節(jié)、快速勵磁、 HVDC 快投電容器和濾波器等，直流制動可以替代（或減少）切機切負荷； 13. VDC 直流線路故障（短路）： 由于 HVDC 故障電流能持續(xù)一定時間但換流閥可快速關斷 10ms， 所以HVDC 故障電流在交流系統(tǒng)中影響不明顯。（電壓源換流器高壓直流輸電或柔性直流輸電） （ 2） 特征：全控型電力電子器件、電壓源換流器、大多數(shù)采用脈寬調(diào)制（ PWM）技術(shù)。 （ 2） 缺點： a) 系統(tǒng)損耗較大，每端 %（常規(guī) %）； b) 無法控制直流側(cè)故障電流 （直流側(cè)故障只能跳交流側(cè)斷路器）； c) 運行經(jīng)驗尚不足，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性仍有待檢驗。 ii. 缺點：器件直接串聯(lián)，對于參數(shù)一致性要求高，靜態(tài)均壓和動態(tài)均壓問題嚴峻，高。 d) 變壓器組合式（并聯(lián)型）： 多個變換器并聯(lián)復合而成，采用曲折變壓器并聯(lián)接入交流系統(tǒng)，較低開關頻率獲得較好波形質(zhì)量，可提升換流站容量。 注意 ：采用基本 MCC 換流器實現(xiàn)的 VSCHVDC 直流側(cè)沒有集中布置的電容器，無法采用直流中點接地方式實現(xiàn)正負極性對稱的直流線路。 （ 3） 多端 VSCHVDC 輸電系統(tǒng)： 圖 8 5 多端 VSCHVDC 輸電系統(tǒng) 5. VSCHVDC 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性： （ 1） VSC 變換器特性： 圖 8 6 VSC 交流側(cè)穩(wěn)態(tài)矢量關系 1（假設不變） 圖 8 7 VSC 交流側(cè)穩(wěn)態(tài)矢量關系 2（假設不變） 圖 8 8 等值電路圖 由等值電路圖可得到交流側(cè)電源輸出的有功功率和無功功率分別為： () () () () 調(diào)整δ、 k 可使得 VSC 運行于圓內(nèi)任意一點，故其可獨立控制 P、 Q： δ 0，電源相位超前，變換器工作于整流，交流系統(tǒng)向直流系統(tǒng)注入有功功率；δ 0，電源相位滯后，變換器工作于逆變，直流系統(tǒng)向交流系統(tǒng)注入有功功率； ，系統(tǒng)提供無功；，系統(tǒng)吸收無功。換流站必須在有功類物理量和無功類物理量中各挑選一個物理量進行控制。 ii. 換流器直接電流控制： 圖 8 14 換流器直接電流控制 iii. 換流器間接電流控制： 圖 8 15 換流器間接電流控制 c) 器件層控制： i. PWM 控制原理： 沖量相等而形狀（如大小波形）不同的窄脈沖作用于慣性系統(tǒng)，其效果基本相同。 () iii. 脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形也稱 SPWM波形。 iv. 空間矢量 PWM（ SVPWM）： 圖 8 19 圖 8 20 SVPWM 的八個開關狀態(tài) 圖 8 21 八個開關狀態(tài)對應空間矢量位置 ① 步驟：確定 Vd, Vq, Vref, α ；確定時間區(qū)域 T1, T2, T0；確定 S1~S6 的開關時間。 ② 原理：選擇合適觸發(fā)角，既滿足基波輸出要求，又滿足消除某些低次諧波要求。 圖 8 23 VSCHVDC 保護區(qū)域劃分圖 （ 2） 故障形式： a) 外部交流系統(tǒng)故障： 電壓不平衡（不對稱故障或不對稱負荷引起）；過壓 /欠壓；雷電過電壓（近端架空線路遭受雷擊引起）；操作過電壓投切線路設備引起等。 b) 特點：采取分區(qū)重疊配置（交流側(cè)保護區(qū)，換流器保護區(qū)，直流線路保護區(qū)）；分層配置（系統(tǒng)級保護，裝置級保護，器件級（閥級）保護）。 8. VSCHVDC 與 LCCHVDC 比較： （ 1） 結(jié)構(gòu)： 圖 8 24 VSCHVDC 與 LCCHVDC 結(jié)構(gòu)比較 （ 2） 對連接的交流電網(wǎng)的要求： a) LCCHVDC：要求保持連接交流電網(wǎng)的電壓和頻率穩(wěn)定，且具有足夠大短路容量；交流電網(wǎng)需要提供無功功率，否則有換相失敗風險。 （ 4） 經(jīng)濟傳輸范圍： a) LCCHVDC：大功率范圍內(nèi)（ 250MW 及以上），顯得經(jīng)濟有效； b) VSCHVDC：將經(jīng)濟功率傳輸范圍擴展到幾個 MW 到幾百個 MW 之間。 （ 8） 工程施工和占地： VSCHVDC 整個電站按照模塊化設計，占地面積與同等容量常規(guī)直流輸電電站相比大大縮??；所有裝置可以在生產(chǎn)工廠經(jīng)過試驗檢驗后運送到電站當?shù)?，施工方便。? e) 無功功率控制或慢速交流電壓控制：只選一種，調(diào)節(jié)濾波器組數(shù)→ 改變無功，強交流系統(tǒng)選無功功率控制； f) 換流變壓器分接頭控制：調(diào)節(jié)交流 電壓→ 維持α在給定范圍變化，或保持閥側(cè)空載電壓恒定； g) 地電流平衡控制：雙極運行時，調(diào)整兩極α，保持地電流 1%。 e) 無功功率控制或慢速交流電壓控制：只選一種，調(diào)節(jié)濾波器組數(shù)→ 改變無功，強交流系統(tǒng)選無功功率控制（與整流側(cè)同） 。 注意 ：這里的以 β 表示的公式中本來求出來是個負值，這里改變了 逆變器內(nèi)電勢的參考方向，故算出來是個正值。同理，逆變側(cè)交流電勢的變動，也會發(fā)生類似的結(jié)果。 c) 整流側(cè)為定 α 方式，逆變側(cè)為定 U方式： 將線路的電阻歸算到 整流側(cè)，可得到以下計算式： () () () 圖 9 5 1 為整流側(cè)， 2 為逆變側(cè) 上述控制方式同樣存在電壓小變化，直流電流大的變化，不利于直流輸電穩(wěn)定運行。 圖 9 7 低壓限流控制示意圖 ii. 主要作用： ① 避免逆變器長時間換相失敗，保護換流閥； ② 在交流系統(tǒng)出現(xiàn)干擾或干擾消失后使系統(tǒng)保持穩(wěn)定，有利于交流系統(tǒng)電壓恢復，改善交流系統(tǒng)的性能，保持換流站的無功平衡； ③ 在交流系統(tǒng)故障切除后，為直流輸電快速恢復創(chuàng)造條件，在交流電壓恢復期間，平穩(wěn)的增大直流電流來恢復直流系統(tǒng)。電流指令的降低可防止逆變端發(fā)生交流故障時的電壓不穩(wěn)。 （ 2） 定δ調(diào)節(jié)原理： a) 開環(huán)調(diào)節(jié)方式：由運行狀態(tài)計算出δ。 b) 閉環(huán)調(diào)節(jié)方式：根據(jù)實際系統(tǒng)測量δ。 b) 無功及電壓控制是通過投切無功補償裝置、改變導通角和換流變分接頭的手段，實現(xiàn)：交直流系統(tǒng)的無功交換在規(guī)定的范圍；換流變閥側(cè)理想空載直流電壓不超標；導通角和熄弧角在期望的范圍內(nèi)；換流母線電壓變化率不越限的目標。電壓控制死區(qū)的高設定值和低設定值由運行人員在直流工作站上調(diào)整根據(jù)順序控制要求投入最少濾波器組，隨著輸送功率的增加，交流母線電壓下降，當滿足電壓控制死區(qū)的低設定值時，則投入一組交流濾波器。故通過分接頭調(diào)整使α在一定范圍變化，如：（正常）。 15% ~20%。分接頭調(diào)節(jié)不頻繁，延長壽命。 （ 6） 定功率控制原理： 電力系統(tǒng)運行通常按輸送功率規(guī)劃，定 Pd 仍然是以定 Id 為基礎。通常用逐漸增大整流器電流調(diào)節(jié)器的電流整定值，使整流器的直流電流隨著增大的方法起動。在逆變側(cè)，當直流電流大于不連續(xù)電流值后，起動 裝置便自動地逐步減小β角； ⑥ 當直流電壓電流都抵達額定值，δ調(diào)節(jié)器將δ角調(diào)到δ 0 后，起動過程便告結(jié)束。 b) 正常停運： i. 停運方式： 可以采用與軟起動相類的方法，使調(diào)節(jié)器電流整定值按指數(shù)規(guī)律下降。 上述起停操作，均由起停程序控制設備自動地進行。使其轉(zhuǎn)入逆變運行狀態(tài)，稱之為快速移相。 除由保護啟動的緊急停運外，還可以手動起動緊急停運。使整流器轉(zhuǎn)換為逆變器運行； ② 在兩側(cè)換流站均為逆變狀態(tài)運行時，直流系統(tǒng)儲存的電磁能量迅速返送到兩端交流系統(tǒng)，直流電流在 20ms ~40ms 內(nèi)降到 0； ③ 經(jīng)過預先整定的 100～ 150ms 的弧道去游離時間后，按照一定的速度自動減小整流器的觸發(fā)角，使其恢復到整流運行，并迅速將直流電壓和電流升至故障前運行值（或預定值）； ④ 如果故障點絕緣未能及時恢復，在直流電壓升到故障前運行值時仍可再次發(fā)生故障，這時還可以進行第二次自動再起動。對于直流電纜線路，由于其故障多半是連續(xù)性的，因而不宜采用自動再起動。逆?。撮y發(fā)生反向?qū)ǎ┦枪￠y經(jīng)常發(fā)生的瞬時性故障，需依靠旁通閥加以保護。這樣就要省去價格昂貴的旁通閥。待電流越過間斷區(qū)后解鎖逆變側(cè)，以后的過程和一般軟起動方式相同。由多個橋串聯(lián)組成的換流器，當其中一個橋需退出運行時，可將其旁通對投入，其它仍可通過這個通對繼續(xù)運行。因此，它不但在正常運行時可以按照經(jīng)濟原則調(diào)節(jié)輸送功率的大小和方向，而且當某側(cè)交流系統(tǒng)發(fā)生事故時，還要 以通過它從另一側(cè)交流系統(tǒng)得到緊急的支援。 圖 9 13 ② 簡要過程： 圖 9 14 兩側(cè)換流器都裝有電流調(diào)節(jié)器和定δ調(diào)節(jié)器，它們的調(diào)節(jié)特性都由定α 0、定 Id0 和定δ 0 三段組成。同時 1 側(cè)也調(diào)到 ，由整流轉(zhuǎn)入逆變狀態(tài)。雙方系統(tǒng)均難以承受，且對于直流電纜線路，過快的電壓極性反轉(zhuǎn)會損害它的絕緣性能，必要時可增加延時環(huán)節(jié)，減慢反轉(zhuǎn)過程。 iv. 雙極和站控制： 協(xié)調(diào)兩個換流站和兩個極運行，雙極功率給定值設置；極電流平衡；緊急功率控制；功率反轉(zhuǎn)；雙極故障后恢復等。 800kV（177。 答：， U 增大一倍， P 增大至四倍。 （ 3） 由電力電子技術(shù)知，換流器有：二極管換流器、晶閘管換流器和IGBT 換流器。 （ 2） 大地回線與金屬回線相比，有何優(yōu)點和缺點？ 答：大地回線的優(yōu)點是電阻小，減少線路損耗，節(jié)省材料和成本；缺點是電流仍需要通過接地極，不同接地點會有不同的電位產(chǎn)生，使接地的變壓器產(chǎn)生直流偏磁，同時也伴隨著電化學腐蝕的發(fā)生。 （ 5） 多端直流輸電系統(tǒng)有何優(yōu)點和不便？ 答：多端直流輸電系統(tǒng)由 3 個或 3 個以上的換流站及連接換流站之間的高壓直流輸電線路組成。 3. 第三次作 業(yè)： （ 1） 從 HVDC 系統(tǒng)運行工作點的穩(wěn)定性來說，定（逆變角）β運行方式與定（熄弧角，或關斷角）δ運行方式相比，哪一種運行方式的穩(wěn)定性高？ 答：定β運行方式穩(wěn)定性好（但是實際應用中采用定δ運行方式）。（ 這里大家?guī)兔ο胂肟磳Σ粚?，謝謝！ ） 4. 第四次作業(yè)： （ 1） 為什么說換流器工作在整流狀態(tài)和逆變狀態(tài)都要從交流電源吸收無功功率？ 答：在忽略換流器的損耗時交流功率一定等于直流功率，即。 5. 最后一次思考題： （ 1） 直流輸電的特點（優(yōu)點及不足）：本材料 P1 頁。 （ 4） 直流輸電系統(tǒng)諧波特性及濾波器：本材料 P1617， P2123 頁。 （ 7） 直流輸電基本控制方式：本材料 P5253 頁。 （ 11） 直流輸電的潮流反轉(zhuǎn)：本材料 P6465 頁，教材 P183 頁。 （ 15）