傳統(tǒng)直流輸電控制原理

1、整流部分的結(jié)構(gòu)是三相橋式電路，如圖1所示。圖1 整流器電路圖ea、eb、ec為等值交流系統(tǒng)的工頻基波正弦相電動(dòng)勢(shì)，圖2 整流側(cè)電壓波形（a） 為m、n點(diǎn)對(duì)中性點(diǎn)的電位，（b）為直流側(cè)電壓ud，（c）為觸發(fā)脈沖。圖（a）中C1為自然換向點(diǎn)，角度為延遲觸發(fā)角，即晶閘管開始導(dǎo)通的角度；為疊弧角（換向角），即電流從一相換到另一相的時(shí)間。定義熄弧延遲角為，=+。理想直流側(cè)空載電壓為（1）換向引起的壓降可用等值換向電阻Rcr代替，可以計(jì)算出直流側(cè)電壓平均值為（2）圖3 整流側(cè)外特性隨增大，直流側(cè)電壓減小。圖4 逆變器電路圖逆變器和整流器的原理接線圖相同，根據(jù)式（1），若延遲觸發(fā)角為90°時(shí)，co

2、s=0直流側(cè)電壓為0，當(dāng)>90°時(shí)，直流側(cè)電壓為負(fù)值，變流器做逆變運(yùn)行，為方便起見，定義=180°-，為超前觸發(fā)角。設(shè)逆變側(cè)直流空載電壓為Vd0i,則（3），考慮換向角的存在，用Rci作為逆變側(cè)等值換向電阻，作為逆變側(cè)換向引起的壓降，則直流側(cè)電壓為（4）定義超前熄弧角（也叫關(guān)斷角）為，=-=-=-。直流輸電的接線原理簡(jiǎn)圖：圖5 直流輸電原理簡(jiǎn)圖直流輸電等效電路圖：圖6 直流輸電等效電路圖其中為整流器延遲觸發(fā)角；為逆變器的超前觸發(fā)角；為逆變器熄弧角；Vd0r和Vd0i分別為整流側(cè)和逆變側(cè)的無相控理想空載直流電壓；Rcr和Rci分別為整流和逆變側(cè)的等值換相電阻，等效了換向

3、損失的電壓，但不是真正意義的電阻，不消耗有功功率。RL為直流線路電阻。換向壓降是由于變壓器漏感產(chǎn)生的。根據(jù)式（2）和式（4）及圖6中的電壓方向可得： （5） （6）參考高壓直流輸電原理一書，可以得到（7）根據(jù)圖6及整流逆變?cè)?，從整流?cè)流向逆變側(cè)的穩(wěn)態(tài)直流電流為：（8）或（9）式中r和i分別是整流側(cè)延遲觸發(fā)角和逆變側(cè)超前觸發(fā)角，i為逆變側(cè)超前熄弧角。由（8）（9）式可知，改變r(jià)和i或i可調(diào)節(jié)直流電流。正常運(yùn)行條件下，整流側(cè)采用定電流控制，主要是由于功率的變化取決于直流電流Id的變化，且整流逆變兩站均要裝設(shè)定電流控制，逆變站裝設(shè)的目的是當(dāng)Id下降過多時(shí)，協(xié)助其快速恢復(fù)正常。使整流器運(yùn)行于恒電流狀

4、態(tài)，控制傳輸功率的穩(wěn)定；根據(jù)式（6）可得控制特性曲線圖7 整流側(cè)控制特性隨增大，直線向下平移。一般為10°至20°，最小不小于5°。逆變側(cè)采用定熄弧角控制，使逆變器運(yùn)行于恒熄弧角狀態(tài)，保證足夠的換向裕度。根據(jù)式（7）可得控制特性曲線圖8 逆變側(cè)控制特性對(duì)于逆變器，為了避免換相失敗，保證在換相電壓易號(hào)之前有足夠的裕度時(shí)間去游離的條件下完成換相，所以，必須大于一定的臨界值（即關(guān)斷余裕角min） ，一般為 15º。4.1整流側(cè)定電流控制：電流給定值Id_ref與電流實(shí)測(cè)值Id_CMR的偏差作為定電流控制器的輸入，整流側(cè)電流是整流直接輸出測(cè)量值，未經(jīng)過大電感平波

5、，需要經(jīng)過一階線性濾波環(huán)節(jié)Kr1/1+sTr1除去脈動(dòng)，得到直流電流值。驅(qū)動(dòng)PI控制器輸出指令，PI控制器的輸出為整流器觸發(fā)超前角r，它與觸發(fā)角r之間的關(guān)系為r=-r，由此即得到整流器的觸發(fā)角指令值。圖9 整流側(cè)定電流控制PI環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為( 一階慣性環(huán)節(jié)Tr1=0.0012,Kr1=0.5)(PI環(huán)節(jié)Tr2=0.0109,Kr2=1.0989)4.2逆變側(cè)定熄弧角控制：圖10 逆變側(cè)定熄弧角控制為逆變器熄弧角實(shí)測(cè)值，為電流偏差引起的熄弧角偏差值，inv為逆變器輸出的超前觸發(fā)角，控制角的恒定就能保證逆變器運(yùn)行在定熄弧角狀態(tài)。°°°（參考直流電流為2kA）圖11

6、電流偏差控制PI環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為（PI環(huán)節(jié)T2=0.0544，K2=0.7506）根據(jù)公式可以算出得到的熄弧角。4.3逆變側(cè)定電流控制：Id_inv為逆變側(cè)實(shí)測(cè)電流，為避免整流逆變兩端調(diào)節(jié)器同時(shí)工作，逆變側(cè)電流整定值要比整流側(cè)整定值小一個(gè)電流裕度，通常為 0.1 p.u.圖12 逆變側(cè)定電流控制PI環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為( 一階慣性環(huán)節(jié)Ti1=0.0012,Ki1=0.5)(PI環(huán)節(jié)Ti2=0.0109,Ki2=1.0989)4.4低壓限流環(huán)節(jié)（VDCOL）：低壓限流正常情況下不起作用，是當(dāng)系統(tǒng)電壓下降幅度過大變得較低時(shí)，減小直流電流指令，使直流電流降低，降低直流功率。經(jīng)低壓限流后的最大允許電流值和

7、給定的電流值中的較小值作為定電流控制的電流指令值。圖13 低壓限流環(huán)節(jié)（G=1，T=0.02）圖14 整流逆變整體控制框圖附:1.對(duì)于直流輸電線路而言是不需要無功補(bǔ)償?shù)?。原因如下：以交流形式傳輸電?在交流頻率的作用下,會(huì)產(chǎn)生電抗,由于電抗的作用,在任何時(shí)刻,任意兩點(diǎn)的電壓相角均不相同,且相角的大小與傳輸?shù)墓β视嘘P(guān),功率越大,相角差越大。以直流形式傳輸電能,由于直流供電的特殊性質(zhì),在電能傳輸?shù)倪^程中沒有頻率,線路中不會(huì)感應(yīng)到電抗的存在,所以不存在電壓相角的問題。由公式Q=UIsina，a角為電壓U與電流I之間的相位角，若a角為0°，自然是不會(huì)產(chǎn)生無功的。2. 對(duì)于傳統(tǒng)的換流站而言是需要無功補(bǔ)償?shù)?。原因如下（以整流站為例）：?）其開關(guān)元件通常為多脈波整流變換器，它采取的觸發(fā)方式是相控方式，若將觸發(fā)角增大，電流相對(duì)電壓的相位就在向后移，就會(huì)使得無功功率增大，功率因數(shù)就會(huì)降低，必須補(bǔ)償這一部分無功功率，所以加設(shè)無功補(bǔ)償裝置。（2）因?yàn)槭嵌嗝}波整流變換，雖然會(huì)消除大量諧波，但還是有存在一部分諧波產(chǎn)生，直流側(cè)就需要用上濾波電容器，平波電抗器等裝置。（3）換流站所處電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，電壓控制困難，為達(dá)到控制電壓目的，增設(shè)機(jī)