直流输电系统控制原理与特性.ppt

直流输电系统控制原理 浙江大学电气工程学院 江道灼 一、概述 1.1 直流输电系统运行控制基本要求 （1）减小因交流系统电压变化引起的直流电流波动； （2）限制最大直流电流，防止换流器过载损害； （3）限制最小直流电流，避免电流间断引起振荡及过电压； （4）减小逆变器发生换相失败的概率； （5）尽量减小换流器消耗的无功功率； （6）保持直流电压在要求值水平运行。 1.2 直流输电系统应具备的基本控制 （1）直流电流控制，保持电流等于给定值； （2）直流电压控制，保持直流线路送端或受端电压在给定的范围内或等于给定值； （3）整流器触发延迟角(α)控制，使正常运行时α角较小，一般保持在10°～20°(或12°～18°)范围内，以减小无功消耗，并留有调节的余地。 （4）逆变器关断角(δ)控制，控制δ≥δmin(最小关断裕度角)，避免发生换相失败，在此前提条件下，尽量减小δ，以兼顾安全和减小换流单元无功功率消耗，提高功率因数。 1.3 直流输电控制系统发展简介 从控制系统本身结构特点看，大致可分为三阶段： （1）模拟型控制系统 由分立模拟电子电路构成。早期控制系统。 优点：响应快速、实时性好、控制方式简单可靠。 缺点：灵活性差、控制功能受限、结构涣散、易受温度等周围环境影响、控制精度低、控制系统自身的稳定性可靠性低等。 1.3 直流输电控制系统发展简介（续） （2）数字型控制系统 由中小规模数字集成电路构成，20世纪五、六十年代开始发展，但未得到推广应用。 优点：集成度较高、控制方式较灵活、逻辑处理能力较强。 缺点：控制功能实现较复杂、某些控制性能及可靠性还不如模拟型的，故未能得到推广应用。 同时期还研发了一种数模混合型控制系统，吸收了模拟型和数字型的优点，得到一定的推广应用。 1.3 直流输电控制系统发展简介（续） （3）微机型控制系统 20世纪70年代末，随着大规模集成电路和微机技术的迅速发展而发展起来的，目前直流输电控制系统基本上都是微机型的。 优点：集成度、可靠性高；控制方式灵活且更改方便；可实现快速、精确控制；控制功能和逻辑处理能力强，可实现复杂控制； 运行稳定性高，基本不受温度等周围环境影响；可方便地通过多重化等措施进一步提高控制系统的可靠性。 二、直流系统控制原理与特性 2.1 直流输电系统基本结构及其控制模式 直流输电一次系统结构示意 2.1 直流输电系统基本结构及其控制模式(续) 直流输电一次系统等值电路 由图知，正常稳态情况下系统直流电流为： (1) 或 2.1 直流输电系统基本结构及其控制模式(续) 由式（1）可知，正常运行情况下，两端直流输电系统可以采取如下几种控制模式： ①整流器定?，逆变器定β； ②整流器定?，逆变器定δ； ③整流器定电流Id、逆变器定关断角δ； ④整流器定电流Id、逆变器定电压Ud等。 上述四种控制模式中，模式①直流电流Id易受两端交流系统母线电压波动的影响而产生大波动，对交、直流系统稳定运行都十分不利；模式②只有在(R＋dγZ)＞dγN前提下才能保证直流系统运行稳定性，且同样存在模式①的问题。 实际应用中，直流系统通常采用控制模式③或④。当然还须设置一些辅助控制功能，如：最大/最小触发角（?max/?min）限制、逆变器的后备定电流控制与最小关断角?min限制等，才能保证直流输电系统安全可靠地运行。 2.2 换流器触发脉冲相位控制方式 直流系统不论采用哪种控制方式（包括正常和异常控制），其最终都是通过调节换流器触发脉冲相位角?来实现的。 换流器触发脉冲控制可分为按相触发控制和等间隔触发控制两种。 按相触发控制特点：等触发相位角?控制，但不能保证换流器的等间隔触。 等间隔触发控制特点：保证稳态情况下换流器的等间隔触发，但不保证各阀触发相位角?的相等。 2.3 直流系统微机控制基本原理和控制算法 A.换流器定值控制模型 DDC模块：根据采样得到的被控量与整定值之间的偏差进行直接数字控制 算法处理，获得控制信号Vcn 。 DPC模块：由Vcn经过数字相位控制算法得出用于调节触发脉冲相位的相位控制信号?n。 该模块还包含一个产生、分配等间隔触发脉冲的脉冲相位比较与分配环节。 2.3 微机型等间隔触发脉冲控制算法（续） B. 等间隔控制算法，主要分两大类： 脉冲频率控制（PFC）算法 特点：存在积分效应，即所有历史采样或控制偏差对当前控制结果都产生影响，?n与Vcn之间没有确定的对应关系，故其动态性能不太好。 2. 脉冲相位控制（PPC）算法 特点：稳态情况下，?n与Vcn及第n次实测a角平均值之间均保持确定的线性比例关系，彻底消除了控制过程中的积分作用，从而具有较好的动态响应特性。 2.4 换流器定电流控制 定电流控制