【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(duì)交流系統(tǒng)的影響： 1. 概述： （ 1） 交流系統(tǒng)強(qiáng)弱程度 : a) 系統(tǒng)強(qiáng)弱程度反映了系統(tǒng)內(nèi)各環(huán)節(jié)對(duì)擾動(dòng)的敏感度 。 注意 ：惡劣情況下，原來很強(qiáng)的系統(tǒng)也可能會(huì)變成弱系統(tǒng)。時(shí)， HVDC會(huì)發(fā)生換相失??；另外，當(dāng)交流系統(tǒng)較 弱時(shí)，也容易發(fā)生換相失敗。 3. HVDC 引起的電壓穩(wěn)定： （ 1） 機(jī)理： 逆變器采用定熄弧角控制時(shí)，交流電壓下降，觸發(fā)角減小，無功功率增加，導(dǎo)致交流電壓進(jìn)一步下降。 （ 2） 直流小信號(hào)調(diào)制 : a) 利用與交流聯(lián)絡(luò)線并聯(lián)運(yùn)行的 HVDC 的小信號(hào)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(hào)調(diào)制器，從交流聯(lián)絡(luò)線或兩端交流系統(tǒng)中提取異常信號(hào)，來調(diào)節(jié)直流線路傳輸?shù)墓β?，使之快速吸收或補(bǔ)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(dòng)時(shí)，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(yán)重畸變。 （ 1） 電磁效應(yīng)： 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(chǎng)，導(dǎo)致出現(xiàn)大地電位升高、跨步電壓、接觸電勢(shì)等。 （ 3） 電化效應(yīng)： a) 大地中水與鹽類物質(zhì)相當(dāng)于電解液，當(dāng)直流電流經(jīng)大地返回時(shí)，在陽極上會(huì)產(chǎn)生氧化反應(yīng)，使得電極及附近金屬發(fā)生電腐蝕；也會(huì)導(dǎo)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(tái)接地變壓器所處位置的電位；兩個(gè)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(shí)過電壓 大小的因素： a) 系統(tǒng)強(qiáng)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(bǔ)償設(shè)備和濾波設(shè)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(lì)磁涌流。 （ 2） 問題：在直流輸電整流站附近的汽輪發(fā)電機(jī)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(duì)扭振模式的阻尼來抑制 SSO）； b) 附加一次設(shè)備防止（但價(jià)格昂貴）。 注意 ：水輪機(jī)不易發(fā)生次同步振蕩：轉(zhuǎn)子慣量大，功率擾動(dòng)不易引起軸系扭振；機(jī)組對(duì)扭振固有阻尼很高。 12. 直流制動(dòng)： （ 1） 交流系統(tǒng)不能過于薄弱，否則不能起到制動(dòng)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(huì)導(dǎo)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(jī)與 HVDC 之間電氣距離長(zhǎng)（機(jī)端升壓變和換流變），直流制動(dòng)效果不會(huì)有電氣制動(dòng)效果明顯； （ 4） 快速無功調(diào)節(jié)、快速勵(lì)磁、 HVDC 快投電容器和濾波器等，直流制動(dòng)可以替代（或減少）切機(jī)切負(fù)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(shí)間但換流閥可快速關(guān)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(diǎn)： 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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)尚不足，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性仍有待檢驗(yàn)。 ii. 缺點(diǎn)：器件直接串聯(lián)，對(duì)于參數(shù)一致性要求高，靜態(tài)均壓和動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}嚴(yán)峻，高。 d) 變壓器組合式（并聯(lián)型）： 多個(gè)變換器并聯(lián)復(fù)合而成，采用曲折變壓器并聯(lián)接入交流系統(tǒng)，較低開關(guān)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(shí)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(diǎn)接地方式實(shí)現(xiàn)正負(fù)極性對(duì)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(guān)系 1（假設(shè)不變） 圖 8 7 VSC 交流側(cè)穩(wěn)態(tài)矢量關(guān)系 2（假設(shè)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(yùn)行于圓內(nèi)任意一點(diǎn)，故其可獨(dú)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(gè)物理量進(jìn)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(gè)開關(guān)狀態(tài) 圖 8 21 八個(gè)開關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)空間矢量位置 ① 步驟：確定 Vd, Vq, Vref, α ；確定時(shí)間區(qū)域 T1, T2, T0；確定 S1~S6 的開關(guān)時(shí)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(hù)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(duì)稱故障或不對(duì)稱負(fù)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(shè)備引起等。 b) 特點(diǎn)：采取分區(qū)重疊配置（交流側(cè)保護(hù)區(qū)，換流器保護(hù)區(qū)，直流線路保護(hù)區(qū)）；分層配置（系統(tǒng)級(jí)保護(hù)，裝置級(jí)保護(hù)，器件級(jí)（閥級(jí)）保護(hù)）。 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(duì)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(fēng)險(xiǎn)。 （ 4） 經(jīng)濟(jì)傳輸范圍： a) LCCHVDC：大功率范圍內(nèi)（ 250MW 及以上），顯得經(jīng)濟(jì)有效； b) VSCHVDC：將經(jīng)濟(jì)功率傳輸范圍擴(kuò)展到幾個(gè) MW 到幾百個(gè) MW 之間。 （ 8） 工程施工和占地： VSCHVDC 整個(gè)電站按照模塊化設(shè)計(jì)，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(yàn)檢驗(yàn)后運(yùn)送到電站當(dāng)?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(qiáng)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(yùn)行時(shí)，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(qiáng)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(gè)負(fù)值，這里改變了 逆變器內(nèi)電勢(shì)的參考方向，故算出來是個(gè)正值。同理，逆變側(cè)交流電勢(shì)的變動(dòng)，也會(huì)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(jì)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(yùn)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(zhǎng)時(shí)間換相失敗，保護(hù)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(fù)，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(fù)創(chuàng)造條件，在交流電壓恢復(fù)期間，平穩(wěn)的增大直流電流來恢復(fù)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(shí)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(yùn)行狀態(tài)計(jì)算出δ。 b) 閉環(huán)調(diào)節(jié)方式：根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)測(cè)量δ。 b) 無功及電壓控制是通過投切無功補(bǔ)償裝置、改變導(dǎo)通角和換流變分接頭的手段，實(shí)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(biāo)；導(dǎo)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(biāo)。電壓控制死區(qū)的高設(shè)定值和低設(shè)定值由運(yùn)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(dāng)滿足電壓控制死區(qū)的低設(shè)定值時(shí)，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(zhǎng)壽命。 （ 6） 定功率控制原理： 電力系統(tǒng)運(yùn)行通常按輸送功率規(guī)劃，定 Pd 仍然是以定 Id 為基礎(chǔ)。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(dòng)。在逆變側(cè)，當(dāng)直流電流大于不連續(xù)電流值后，起動(dòng) 裝置便自動(dòng)地逐步減小β角； ⑥ 當(dāng)直流電壓電流都抵達(dá)額定值，δ調(diào)節(jié)器將δ角調(diào)到δ 0 后，起動(dòng)過程便告結(jié)束。 b) 正常停運(yùn)： i. 停運(yùn)方式： 可以采用與軟起動(dòng)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(shè)備自動(dòng)地進(jìn)行。使其轉(zhuǎn)入逆變運(yùn)行狀態(tài)，稱之為快速移相。 除由保護(hù)啟動(dòng)的緊急停運(yùn)外，還可以手動(dòng)起動(dòng)緊急停運(yùn)。使整流器轉(zhuǎn)換為逆變器運(yùn)行； ② 在兩側(cè)換流站均為逆變狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，直流系統(tǒng)儲(chǔ)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(yù)先整定的 100～ 150ms 的弧道去游離時(shí)間后，按照一定的速度自動(dòng)減小整流器的觸發(fā)角，使其恢復(fù)到整流運(yùn)行，并迅速將直流電壓和電流升至故障前運(yùn)行值（或預(yù)定值）； ④ 如果故障點(diǎn)絕緣未能及時(shí)恢復(fù)，在直流電壓升到故障前運(yùn)行值時(shí)仍可再次發(fā)生故障，這時(shí)還可以進(jìn)行第二次自動(dòng)再起動(dòng)。對(duì)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(dòng)再起動(dòng)。逆?。撮y發(fā)生反向?qū)ǎ┦枪￠y經(jīng)常發(fā)生的瞬時(shí)性故障，需依靠旁通閥加以保護(hù)。這樣就要省去價(jià)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(dòng)方式相同。由多個(gè)橋串聯(lián)組成的換流器，當(dāng)其中一個(gè)橋需退出運(yùn)行時(shí)，可將其旁通對(duì)投入，其它仍可通過這個(gè)通對(duì)繼續(xù)運(yùn)行。因此，它不但在正常運(yùn)行時(shí)可以按照經(jīng)濟(jì)原則調(diào)節(jié)輸送功率的大小和方向，而且當(dāng)某側(cè)交流系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)，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(jiǎn)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(shí) 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(duì)于直流電纜線路，過快的電壓極性反轉(zhuǎn)會(huì)損害它的絕緣性能，必要時(shí)可增加延時(shí)環(huán)節(jié)，減慢反轉(zhuǎn)過程。 iv. 雙極和站控制： 協(xié)調(diào)兩個(gè)換流站和兩個(gè)極運(yùn)行，雙極功率給定值設(shè)置；極電流平衡；緊急功率控制；功率反轉(zhuǎn)；雙極故障后恢復(fù)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(diǎn)和缺點(diǎn)？ 答：大地回線的優(yōu)點(diǎn)是電阻小，減少線路損耗，節(jié)省材料和成本；缺點(diǎn)是電流仍需要通過接地極，不同接地點(diǎn)會(huì)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(shí)也伴隨著電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。 （ 5） 多端直流輸電系統(tǒng)有何優(yōu)點(diǎn)和不便？ 答：多端直流輸電系統(tǒng)由 3 個(gè)或 3 個(gè)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(yùn)行工作點(diǎn)的穩(wěn)定性來說，定（逆變角）β運(yùn)行方式與定（熄弧角，或關(guān)斷角）δ運(yùn)行方式相比，哪一種運(yùn)行方式的穩(wěn)定性高？ 答：定β運(yùn)行方式穩(wěn)定性好（但是實(shí)際應(yīng)用中采用定δ運(yùn)行方式）。（ 這里大家?guī)兔ο胂肟磳?duì)不對(duì)，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(shí)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(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)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）