【正文】 （ 7） 直流輸電基本控制方式：本材料 P5253 頁(yè)。 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(lái)說(shuō)，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）。 答：， U 增大一倍， P 增大至四倍。同時(shí) 1 側(cè)也調(diào)到 ，由整流轉(zhuǎn)入逆變狀態(tài)。待電流越過(guò)間斷區(qū)后解鎖逆變側(cè)，以后的過(guò)程和一般軟起動(dòng)方式相同。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(guò)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)。 b) 正常停運(yùn)： i. 停運(yùn)方式： 可以采用與軟起動(dòng)相類(lèi)的方法，使調(diào)節(jié)器電流整定值按指數(shù)規(guī)律下降。分接頭調(diào)節(jié)不頻繁，延長(zhǎng)壽命。 b) 無(wú)功及電壓控制是通過(guò)投切無(wú)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(wú)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)。 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(wú)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(lái)恢復(fù)直流系統(tǒng)。 e) 無(wú)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(wú)功，強(qiáng)交流系統(tǒng)選無(wú)功功率控制（與整流側(cè)同） 。 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(wú)功功率，否則有換相失敗風(fēng)險(xiǎn)。 iv. 空間矢量 PWM（ SVPWM）： 圖 8 19 圖 8 20 SVPWM 的八個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài) 圖 8 21 八個(gè)開(kāi)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(kāi)關(guān)時(shí)間。 （ 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(wú)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(wú)功；，系統(tǒng)吸收無(wú)功。 （ 2） 缺點(diǎn)： a) 系統(tǒng)損耗較大，每端 %（常規(guī) %）； b) 無(wú)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)。 （ 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(guò)提供對(duì)扭振模式的阻尼來(lái)抑制 SSO）； b) 附加一次設(shè)備防止（但價(jià)格昂貴）。 （ 3） 電化效應(yīng)： a) 大地中水與鹽類(lèi)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(yáng)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(lèi)物質(zhì)被電解。 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(wú)功功率增加，導(dǎo)致交流電壓進(jìn)一步下降。 品質(zhì)因數(shù) Q 越大，諧振時(shí)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(shí)為防止通過(guò)濾波器（電容器和電抗器）的電流過(guò)大，人為增加串聯(lián)電阻阻值以降低 Q，起限制電流過(guò)大的作用。 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(gè)觸發(fā)脈沖都是相對(duì)于各自的自然換相點(diǎn)滯后一個(gè)相同角度。 1 次諧波。（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(yùn)行。 3. 對(duì)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(yīng)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(duì)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(wú)功功率； （ 5） 盡可能降低流入大地的電流。 三、 換流技術(shù)復(fù)習(xí)： 1. 三相全控整流電路原理圖： 圖 3 1 （ 1） 大電感負(fù)載（符合直流輸電工程實(shí)際）； （ 2） 交流輸入電壓的相序與晶閘管觸發(fā)順序的關(guān)系（ 135462）； （ 3） 閥的組成、靜態(tài)均壓（電阻分壓）和動(dòng)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。 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。 六、 高壓直流輸電系統(tǒng)主設(shè)備： 1. 換流器： （ 1） 雙橋換流器與四重閥結(jié)構(gòu)： 一個(gè)三相全控橋有 6 個(gè)橋臂（閥），一個(gè)橋臂（閥）由 120 個(gè)晶閘管串聯(lián)而成；每 15 個(gè)晶閘管構(gòu)成一個(gè)基本單元，每?jī)蓚€(gè)基本單元（ 30 個(gè)晶閘管）組裝為一個(gè)半層閥；每 4 個(gè)半層閥構(gòu)成一個(gè)閥。 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(dòng)分量的情況確定電感值； ② 以小電流時(shí)保持電流的連續(xù)性和直流送電回路發(fā)生故障時(shí)能抑制電流上 升速度的情況進(jìn)行驗(yàn)算。 2. 換相失敗： （ 1） 概念：當(dāng)逆變器兩個(gè)閥進(jìn)行換相時(shí)，因換相過(guò)程未能進(jìn)行完畢，或者預(yù)計(jì)關(guān)斷的閥關(guān)斷后，在反向電壓期間未能恢復(fù)阻斷能力，當(dāng)加在該閥上的電壓為正時(shí)，立即重新導(dǎo)通，則發(fā)生了倒換相，使預(yù)計(jì)開(kāi)通的閥重新關(guān)斷，這種現(xiàn)象稱(chēng)之為換相失敗。 b) 后果：電流諧波放大幾倍甚至幾十倍；電壓嚴(yán)重畸變會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相失敗并使系統(tǒng)運(yùn)行困難； c) 不穩(wěn)定機(jī)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(dǎo)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(dǎo)致諧波被放大，放大的諧波進(jìn)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(dǎo)致交流母線電壓嚴(yán)重畸變，直流系統(tǒng)運(yùn)行困難或不能穩(wěn)定運(yùn)行； iv. 鐵芯飽和型諧波不穩(wěn)定是由于交直流系統(tǒng)中過(guò)多的低次諧波交互影響導(dǎo)致，諧波通過(guò)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(lì)了這種放大，最終導(dǎo)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(dāng)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(guān)系時(shí)，就發(fā)生互補(bǔ)諧振； d) 抑制諧波不穩(wěn)定措施： i. 規(guī) 劃階段避免互補(bǔ)諧振發(fā)生； ii. 利用磁通補(bǔ)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。 （ 4） 一般 短時(shí)過(guò)電壓 包含的分量 : 工頻過(guò)電壓分量；變壓器勵(lì)磁涌流引起的過(guò)電壓分量；并聯(lián)諧振決定的自由頻率分量。 14. 交流系統(tǒng)故障（短路）： 引起的大幅電壓下降在逆變側(cè)可能會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相失敗。 e) 變壓器組合式（串聯(lián)型）： 多個(gè)變換器串聯(lián)復(fù)合而成，可提升電壓等級(jí)和 換流站容量。（沖量即指窄脈沖的面積（變量對(duì)時(shí)間積分）；效果基本相同，是指系統(tǒng)的輸出響應(yīng)波形基本相同） ii. PWM 調(diào)制方法： 把希望輸出的波形作為調(diào)制信號(hào)（參考波， Vcontrol），把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波（ Vtri），通過(guò)信 號(hào)波的調(diào)制得到所期望的 PWM 波形。 b) 換流站內(nèi)部故障： 內(nèi)部交流母線故障；站內(nèi)直流母線故障；閥體故障；元件失效等。 九、 直流輸電控制 1. 直流輸 電控制方式： 直流輸電系統(tǒng)的整流側(cè)維持直流電流，逆變側(cè)維持直流電壓，從而決定了直流傳輸功率。這種情況是不允許的。 由和聯(lián)立可得。 b) 整流側(cè)工作原理： 當(dāng)α 下限時(shí)→ 調(diào) 1 檔分接頭， AC 電壓↑ → α ↑； 當(dāng)α 上限時(shí)→ 調(diào) 1 檔分接頭， AC 電壓↓ → α ↓； 一般來(lái)講，當(dāng)α =下限或上限時(shí)，調(diào) 1 檔使α = 15o 左右。 ii. 起動(dòng)的過(guò)程主要步驟： ① 兩側(cè)換流站換流變壓器網(wǎng)側(cè)斷路器分別合閘，使換流變壓器和換流閥帶電； ② 兩側(cè)換流站分別進(jìn)行直流側(cè)開(kāi)關(guān)設(shè)備操作，以實(shí)現(xiàn)直流回路連接； ③ 兩側(cè)換流站分別投入適量的交流濾波器支路； ④ 起動(dòng)逆變器，并使β角等于最大上限值（上限值小于或等于 90176?？焖僖葡嗪?，直流線路兩側(cè)都處于逆變狀態(tài)，將直流系統(tǒng)所儲(chǔ)存的能量迅速送回兩側(cè)交流系統(tǒng)。旁通閥也可用于直流系統(tǒng)的起停操作。 由于換流器只能單向?qū)щ?，所以直流電流的方向是不能反轉(zhuǎn)的，只有使直流電壓極性反轉(zhuǎn)，才能實(shí)現(xiàn)功率倒送。 v. 通信： ① 控制用：電流給定值，功率給定值等； ② 操作命令：起停；反轉(zhuǎn)；金屬大地回流；開(kāi)關(guān)遙控；保護(hù)及連鎖動(dòng)作等。 （ 3） 背靠背直流輸電有何作用？ 答：背靠背直流輸電系統(tǒng)是輸電線路長(zhǎng)度為零的直流輸電系統(tǒng)。 （ 2） 直流輸電總體結(jié)構(gòu)圖及各部分作用： 答：組成部分有：三相電源，換流站，輸電電纜或者架空線，換流站，交流電網(wǎng)。 （ 14） 采用直流輸電進(jìn)行直流調(diào)制（制動(dòng)）的優(yōu)缺點(diǎn)：本材料 P3435 頁(yè)。所以，換流器不管是整流還是逆變，換流器都將從系統(tǒng)吸收無(wú)功功率。（詳細(xì)解答見(jiàn)本頁(yè)最上面） 2. 第二次作業(yè)： （ 1） 為什么雙極大地回線的運(yùn)行方式最為常用？ 答：一方面在正常運(yùn)行時(shí)大地回線中的電流很小，從而減小了大地電流的不利影響；另一方面是當(dāng)有一極故障退出運(yùn)行時(shí)，另一極仍可通過(guò)大地回線構(gòu)成單極回 線運(yùn)行，提高了電力系統(tǒng)抵御事故的能力。 iii. 極控制： 控制和協(xié)調(diào)該極的運(yùn)行；功率給定值設(shè)置；電流給定值計(jì)算，站間通信；過(guò)負(fù)荷監(jiān)測(cè)；功率調(diào)制；本極起停；故障恢復(fù)；本極直流線路保護(hù)；直流開(kāi)關(guān)場(chǎng)設(shè)備保護(hù)及報(bào)警等。 f) 潮流反轉(zhuǎn)控制： ① 概念： 直流輸電的特點(diǎn)之一是能夠方便、快速地實(shí)現(xiàn)功率潮流的反轉(zhuǎn)輸送。當(dāng)換流器發(fā)生故障時(shí)，旁通閥才被觸發(fā)導(dǎo)通，起保護(hù)主閥的作用。 ii. 故障緊急停運(yùn)過(guò)程： 迅速將整流器觸發(fā)相位快速地增加到α = 120~150176。 a) 正常起動(dòng)： i. 起動(dòng)方式： 直流輸電系統(tǒng)的起動(dòng)，采用逐漸升壓的方式，以 避免產(chǎn)生過(guò)電壓。若α過(guò)大，則消耗無(wú)功增加，直流電壓諧波增加；若α過(guò)小，則縮小控制范圍。 （ 4） 換流器控制：（見(jiàn)本材料 P21） 3. 直流輸電的控制： （ 1） 定電流調(diào)節(jié)： 圖 9 8 定電流調(diào)節(jié)框圖 注意 ：余弦移相單元的作用是消除整 流器的非線性，使整個(gè)控制系統(tǒng)變成線性系統(tǒng)，從而有利于控制器參數(shù)設(shè)計(jì)。由于伏安特性的斜率一般很小，交流電壓并不會(huì)有太大的變動(dòng)，這樣就會(huì) 引起直流電流和直流功率很大的波動(dòng)。 b) VSCHVDC： i. PWM 控制方式，有功無(wú)功的獨(dú)立控制； ii. 潮流反轉(zhuǎn)依靠電流方向反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)方便快捷； iii. 直流側(cè)故障需要交流側(cè)跳閘清除； iv. 過(guò)載能力弱； v. 具有黑啟動(dòng)功能； vi. 損耗高，滿載時(shí)，每端 ~%。 vii. 換流閥觸發(fā)技術(shù)： 圖 8 22 采用光電轉(zhuǎn)換觸發(fā)換流閥 7. VSCHVDC 保護(hù)配置： （ 1） 區(qū)域劃分：外部交流系統(tǒng)，換流站內(nèi)部，直流側(cè)線路 。電流內(nèi)環(huán)有利于換流器限流。 ii. 缺點(diǎn)：電容器電壓平衡有難度。 11. 單雙極閉鎖： （ 1） 整流站閉鎖相當(dāng)于突甩負(fù)荷，系統(tǒng)頻率上升； （ 2） 逆變站閉鎖相當(dāng)于突然切機(jī)，系統(tǒng)頻率 下降； （ 3） 極閉鎖會(huì)使雙側(cè)交流系統(tǒng)突甩無(wú)功負(fù)荷，使電壓升高。（ Temporary Overvoltage， TOV） （ 2） 原因：造成換流站短時(shí)過(guò)電壓的根本原因是換流站安裝的大量無(wú)功補(bǔ)償電容器和濾波器；額定工況下，無(wú)功容量為額定輸送功率的40%60%，甩負(fù)荷時(shí)引起無(wú)