【正文】 導致?lián)Q相失敗并使系統(tǒng)運行困難； c) 不穩(wěn)定機理： i. 特征諧波大部分被交流濾波器吸收，但非特征諧波卻很難被濾波器吸收； ii. 系統(tǒng)阻抗、電源阻抗、濾波器阻抗等并聯(lián)，容易導致較低次 諧振頻率（ 5 次及以下）； iii. 諧振頻率如果與非特征諧波匹配可能導致諧波被放大，放大的諧波進一步造成交流電壓波形畸變及脈沖不均衡，如果形成正反饋，最終導致交流母線電壓嚴重畸變，直流系統(tǒng)運行困難或不能穩(wěn)定運行； iv. 鐵芯飽和型諧波不穩(wěn)定是由于交直流系統(tǒng)中過多的低次諧波交互影響導致，諧波通過換流變壓器的磁通偏移被放大，諧波和換流器交互影響又激勵了這種放大，最終導致出現(xiàn)環(huán)流變壓器鐵芯飽和引起諧波不穩(wěn)定現(xiàn)象； v. 當交流側(cè)并聯(lián)諧振頻率與直流側(cè)串聯(lián)諧振頻率剛好滿足交直流兩側(cè)諧波交互關系時，就發(fā)生互補諧振； d) 抑制諧波不穩(wěn)定措施： i. 規(guī) 劃階段避免互補諧振發(fā)生； ii. 利用磁通補償或諧波注入消除非特征諧波； iii. 附加控制電流調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖，保證非特征諧波最?。? iv. 有源濾波等。 （ 2） 措施： a) 使用無功補償裝置增強交流電壓支撐能力； b) 換流器控制模式轉(zhuǎn)換（改為定電壓控制）； c) 采用 VSC 換流器等。 2. 換相失?。? （ 1） 概念：當逆變器兩個閥進行換相時，因換相過程未能進行完畢，或者預計關斷的閥關斷后，在反向電壓期間未能恢復阻斷能力，當加在該閥上的電壓為正時，立即重新導通，則發(fā)生了倒換相，使預計開通的閥重新關斷，這種現(xiàn)象稱之為換相失敗。一般 Q 取值范圍為 50～ 100，為了節(jié)能目的，有時會取更高值（電阻值更小）。 故選取直流電抗器電感值的具體方法是： ① 按減少直流側(cè)的交流脈動分量的情況確定電感值； ② 以小電流時保持電流的連續(xù)性和直流送電回路發(fā)生故障時能抑制電流上 升速度的情況進行驗算。 c) 兩種觸發(fā)方式比較： 在三相電壓對稱的條件下，兩種觸發(fā)方式等效，但是在三相電壓不對稱的條件下，后者的觸發(fā)脈沖不等間隔，導致交流電流波形正負半波寬度不等，平均電流不為零，造成變壓器偏磁。 六、 高壓直流輸電系統(tǒng)主設備： 1. 換流器： （ 1） 雙橋換流器與四重閥結(jié)構(gòu)： 一個三相全控橋有 6 個橋臂（閥），一個橋臂（閥）由 120 個晶閘管串聯(lián)而成；每 15 個晶閘管構(gòu)成一個基本單元，每兩個基本單元（ 30 個晶閘管）組裝為一個半層閥；每 4 個半層閥構(gòu)成一個閥。 b) YD 接線變壓器一次電流特征諧波分析：（波形相同，幅值比 YY 接線大倍）除基波外只剩有 1 1??次等 6k177。 5. 諧波分析內(nèi)容： （ 1） 直流輸出電壓的特征諧波分析： a) 諧波頻率：等于 6n（ n=1， 2， 3，?）倍工頻基波頻率； b) 諧波幅值是控制角α的函數(shù)： α =0176。） 7. 雙橋換流器（電力電子那個十 二脈波）（整流器和逆變器結(jié)構(gòu)相同）： （ 1） 電路圖：兩個三相全控橋串聯(lián)； 圖 3 10 （ 2） 交流輸入電壓：兩個三相交流輸入電壓的相位互差 30176。 三、 換流技術(shù)復習： 1. 三相全控整流電路原理圖： 圖 3 1 （ 1） 大電感負載（符合直流輸電工程實際）； （ 2） 交流輸入電壓的相序與晶閘管觸發(fā)順序的關系（ 135462）； （ 3） 閥的組成、靜態(tài)均壓（電阻分壓）和動態(tài)均壓（電容分壓）原理與電路； （ 4） 均壓系數(shù)（）、電壓裕度 系數(shù)（）； （ 5） 閥串聯(lián)元件數(shù)的確定； （ 6） 電壓變化率限制和電流變化率限制。 注意 ：大地電流的不利影響包括 ① 不同接地點之間存在電位差，形成電解池，造成電化學腐蝕； ②變壓器接地中性點流過直流電流，造成變壓器直流偏磁，使變壓器噪聲增加、損耗加大、振動加劇 。 3. 對直流輸電的基本要求： （ 1） 能夠靈活控制輸送的（直流）電功率（大小可調(diào)；一般情況下，應能夠正反雙向傳送電功率（功率方向可變）； （ 2） 維持直流線路電壓在額定值附近； （ 3） 盡可能降低對交流系統(tǒng)的諧波污染； （ 4） 盡可能少地吸收交流系統(tǒng)中的無功功率； （ 5） 盡可能降低流入大地的電流。 3. 多端直流輸電的特點： （ 1） 可以經(jīng)濟地連接多個交流系統(tǒng)； （ 2） 因缺少大容量直流斷路器，無法切除輸電線路的短路故障，因而限制了它的發(fā)展。（結(jié)論：整流側(cè)外特性曲線的斜率小于逆變側(cè)外特性曲線的斜率，系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行。 4. 諧波分析的基本步驟： （ 1） 寫出盡可能簡潔的周期函數(shù)表達式 f（ x）； （ 2） 計算傅立葉級數(shù)的系數(shù) an 和 bn； （ 3） 寫出與周期函數(shù) f（ x）等價的傅立葉級數(shù)表達式； （ 4） 分析 f（ x）的傅立葉級數(shù)構(gòu)成成分，得出有用結(jié)論。 1 次諧波。 () 上式是考慮換相角時的情況。 b) 等控制角α觸發(fā)方式： α 1=α 2=α 3=α 4=α 5=α 6；即 6 個觸發(fā)脈沖都是相對于各自的自然換相點滯后一個相同角度。所 以滿足上述三項要求的前提下，直流電抗器的電感 Ld應盡量小。 品質(zhì)因數(shù) Q 越大，諧振時的支路阻抗越小，濾波效果也越好，但考慮到與交流電網(wǎng)發(fā)生諧振時為防止通過濾波器（電容器和電抗器）的電流過大，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。 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)。 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） 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。 （ 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。 （ 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。 （ 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）。 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。 （ 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。 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。 （ 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。 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。 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。 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。 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。 （ 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?。凰醒b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（與整流側(cè)同） 。同理，逆變側(cè)交流電勢的變動，也會發(fā)生類似的結(jié)果。 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)。 （ 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) 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。故通過分接頭調(diào)整使α在一定范圍變化，如：（正常）。分接頭調(diào)節(jié)不頻繁，延長壽命。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。 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。使其轉(zhuǎn)入逆變運行狀態(tài)，稱之為快速移相。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。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。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。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。同時 1 側(cè)也調(diào)到 ，由整流轉(zhuǎn)入逆變狀態(tài)。 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。 答：， U 增大一倍， P 增大至四倍。 （ 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。 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）。 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。 （ 7） 直流輸電基本控制方式：本材料 P5253 頁。 （ 15）