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1、声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文 1 0 0 x 御 3 0 0 - 4 0 0 OU a b t a 燃 你z s l 5 0z 5 1 6 0z 5 i 7 0 z s i E d2 酽 2 幽2 出 图3 7C C C 电K 滞后示意图 本章简要介绍了电容换流器的作用机理，C C C 的性能除受C 值的影响外，主要 受制于直流电流的大小；电容换相换流器具有电网换相换流器无可比拟的优点。如 改善换流器的无功功率特性，提高动态稳定性能，减少换相失败；C 值的选取主要 受两个因素的限制，一是换流阀的峰值电压，二是换相电容发出无功功率的多少； 奉章最后介绍了C C C H V D
2、 C 系统熄弧角的计算方法。这在以后各章节将用到。 2 0 华北电力大学硕士学位论文 第四章C C C H V D C 系统控制策略 C C C H V D C 控制系统与常规直流输电控制系统并无很大区别。控制模式为：整 流侧定电流控制，逆变侧定电流控制、定电压控制以及低压限流环节，还包括锁相 环环节以及脉冲触发发生器等。下面仅介绍其中几个控制环节。 4 1 直流电流控制 整流侧和逆变侧均设有直流电流控制模块。主要有低压限流环节( V D C O L ) 、 电流控制放大器( C C A ) 及用于电流控制限幅的A L P H AM A X 控制环节。 4 1 1 低压限流环节( V D C
3、O L ) 依据电压的电流指令限幅器将在直流电压下降时减少电流指令【4 。当直流电压 跌落到某个指定值时，通过V D C O L 环节限制直流电流整定值，进而减小直流电流， 以减小由于低电压过电流引起换相失败的几率。设置低压限流特性的H 的，最初是 作为换流阀换相失败故障的一种保护措施，后水被许多现代高压直流工程，尤其是 具有弱交流系统的直流工程所采用，是用来改善故障后直流系统的恢复特性。典型 的V D C O L 控制原理图及控制特性曲线如图4 1 所示。 j ，L I H ! R m l n I 耐 1 r 。 ( a ) V D C O L 控制原理图 | 么i 量一夕彩二r - 一J。
4、：。：一 一；一一一击一L 菇芦隶r 一 ( b ) V D C O L 控制特性曲线 图4 1 低压限流控制 V D C O L 的主要功能是： ( 1 ) 防止交流系统故障过程中以及故障后的功率不稳定： ( 2 ) 在交流故障切除后，为交直流系统的快速恢复提供条件； 2 l L 磐 华北电力大学硕士学位论文 ( 3 ) 保护换流阀，防止连续换相失败； ( 4 ) 在连续的换相失败时，防止可控硅耐压超出强度范围。 4 1 2 电流控制放大器( C C A ) 该模块的主要功能是给电流控制1 9 l 路以合适的动态特性。电流放大器的输出形 成换流器的触发指令，可实现稳态时的电流零偏差控制及故障
5、时快速减小电流的作 用。如图4 2 所示。 ，一M 啖U M ， 、 啦L 刚 ； 1 0 ，、1 8 0 - o 7：搿H絮岳寸毋69田。ALPHAllD F：。 一。 。 L P H P c 南1S i n 广 1 8 0 0 I N TM A X 一。 1 、o 3 M N L M、少 一岂，。o 一一 。活 问1 1 0 R D 二L I M l l 对电流控制回路的要求是： ( 1 ) 足够快的阶跃响应； ( 2 ) 稳定状态的零电流误差； ( 3 ) 稳定的电流控制： ( 4 ) 故障时快速减小过电流； ( 5 ) 允许整流器和逆变器的电流控制同时作用。 在积分环节和C C A 的
6、最终输出里，都包含上限和下限。在特殊情况下，这些 限幅限制C C A 的作用范围。在暂态条件下，则用来限制触发角到预定的位置触发。 4 2 直流电压控制 直流电压控制丰要包括过电压限幅器( O V L ) 、电压调节器( V C A R E G ) 、逆变 器摔制的最大触发角( A M A X ) 等环节。 4 2 1 电压限幅器( O V L ) 某些情况下，为了整个交直流系统的安全稳定运行，有必要 ( 1 ) 整流器启动时直流线路开路，由J ：零电流运行条件下触发角a 和直流电 压的关系，必然会在直流线路上产生过电压。 ( 2 ) 在线路开路期间启动时，a 必须增加到8 0 09 0 0
7、以防止过电压。 ( 3 ) 在许多情况下，由于直流电压的快速变化，过电压限制器不足以防止直 2 2 华北电力人学硕士学位论文 流电压过高，必须限制a 指令的快速变化。 4 2 2 电压调节器( V C A I 砸G ) 在整流器运行和逆变器运行中，都使用了电压控制器。本控制器功能主要用于 降压运行，在正常电压运行时也有很多优点。电压控制器是一个P I 调节器，作用于 电流控制器的上限与卜限。在逆变侧，它降低电流控制器a 上限；而在整流侧，它 将增加a 的下限。电压调节器输出的上、下限受其它信号的限制。 商御幽绐；膻 龇蝴一 闫船朗猫惴 P I 附馏； 图4 - 3 电压调节器原理图 4 2 3
8、 逆变器控制的最大触发角( A M A X ) ；m 垫獭嶙 AP H 碜锚 ；同i ! | M N L I M 为了防止某些异常情况下，因调节器超调导致使逆变器触发角a 太人，造成逆 变器熄弧角过小而引起换相失败，逆变器应设置最大触发角限制，此限制值通常在 l5 0 0 1 6 0 0 之间。工程上实际应用的定熄弧角摔制器有两种类型，一种是闭环 率制器， 也称为实测型控制器，另一种是开环控制器，也称为预测型控制器。实洲型控制根 据换流阀的电流过零点信号和换相电压的过零点信号来确定实测的，角，并与) ，的 参考值进行比较，根据其偏差进行P l 调节：预测犁摔制根据直流系统的实际运行参 数( 如
9、直流电压、电流等) 计算出要满足y 为参考值时所需的a ，然后按照此a 对 逆变侧进行触发控制，其实质是一开环控制。本文建模采用丌环调节方式。 4 3 小结 本章介绍了C C C H V D C 控制系统q j 的几个主要控制环节。C C C H V D C 控制系 统与常规H V D C 摔制系统并无多大差别，均为整流侧定电流控制，逆变侧定电J 玉摔 制。 华北电力大学硕士学位论文 第五章C C C - - H V D C 稳态仿真分析 本章以我国计划建设的某直流联网工程为基础，在逆变侧换流变压器与换流阀 之间串入换相电容C ，而整流器、直流输电线路以及直流所连的两端交流电网保持 原状，研究
10、在额定运行状态下不同换相电容值对逆变器熄弧角、逆变器消耗无功的 影响，以及换相电容位于变挂器高、低压侧对交直流系统运行参数的影响。 5 1 仿真建模 以计划建设的直流联网工程为基础，将其改造，即在逆变器和换流变压器中加 入换相电容而得到C C C H V D C 系统，即C C C 化直流联网工程。 在P S C A D E M T D C 软件卜搭建的C C C H V D C 仿真模型如图5 1 所示。 送端，受端 ：。一一一 一7 F i 岑 i _ ” o ! 态 F f ，f 。， C 网5 1C C C H V D C 仿真模型 ： 一一P - ，1 由于C C C 在换流器和换流
11、变压器之间串联有换相电容器，使得换流器的换相电 压已不单是换流变压器的阀侧电压，而是阀侧电压和换相电容器上的附加电压之和 4 2 1 。由于换相电容器上附加电压的影响，使换流器的换相电妪滞后，从而使阀上实 际的线电压过零点比交流系统提供的线电压过零点也滞后一个角度。C C C 换相电压 滞后的多少，与电容器的电容量和换流器的直流电流有火。对于一个给定的C C C 直 流输电工程，其换相电容已经确定，其换相电压滞后的程度取决于直流运行电流的 大小。 为了研究电压滞后角和C C C 吸收兀功随换相电容变化火系，以及这些变量受直 流运行电流的影响程度，搭建了如下四种C C C H V D C 模犁(
12、 模型I 模犁I V ) 及两 种常规H V D C 模型( 模型V 模型V I ) 。 模型I ：直流输送容量7 5 0 M W ，直流电压5 0 0 k V ，直流电流O 7 5k A ，C C C 逆变器。 模型I I ：直流输送容量7 5 0 M W ，直流电压- I - 2 5 0 k V ，直流电流1 5 0k A ，C C C 章j立 华北电力大学硕士学位论文 逆变器。 模型I I l ：直流输送容量7 5 0 M W ，直流电压- 1 - 1 2 5 k V ，直流电流3 0 0k A ，C C C 逆变器。 模型I V - 直流输送容量3 0 0 0 M W ，直流电压5 0
13、 0 k V ，直流电流3 0 0k A ，C C C 逆变器。 模型V ：直流输送容量7 5 0 M W ，直流电压5 0 0 k V ，直流电流O 7 5 k A 。L C C 逆变器。 模型V l ：直流输送容量3 0 0 0 M W ，直流电压5 0 0 k V ，直流电流3 0 0k A 。L C C 逆变器。 5 2 阶跃响应分析 控制响应分析当直流电流指令阶跃变化时直流输电系统能否快速变化。下面分 别以模型V 和模型I 为例进行阶跃响应分析。 5 2 1 常规直流输电阶跃响应 以模型V 为例对常规直流输电模型进行阶跃响应分析。将直流电流指令从 1 0 p u 阶跃下降到0 9 p
14、 u ，使之持续O 5 s 之后，再从0 9 p U 阶跃上升到1 0p u ，直 流电流、直流电压，触发角a 、熄弧角) ，的波形如图5 2 所示。 1 1 0 1 3 9 0 主3 a 7 0 0 t s 。型 。H。I Oo r d e r L 一厂 2 5 02 6 02 7 02 8 02 9 03 0 03 1 0 t s Z 4 02 6 02 8 03 0 03 2 0 ( a ) 直流电流、直流电压( b ) 触发角、熄弧角 图5 2常规直流输电阶跃响应波形 从图5 2 可以看出，当直流电流指令阶跃下降时，逆变侧定电压，整流侧定电 流运行，整流侧电流控制器增大a 角，降低直流
15、电压以维持直流电流为0 9 p u ，同 时逆变侧定电压控制器增大口角，使直流电压又迅速回到额定值。 经O 5 s 整流站电流指令阶跃上升时，整流侧电流控制器减小a 角，升高直流电 流为1 0 p u ，同时逆变站的电压控制器减小角，使直流电压稳定在额定值。 5 2 2C C C H V D C 系统阶跃响应 以模型I 为例对C C C 化直流输电模型进行阶跃响应分析。将直流电流指令从 2 5 j _ - 0 飞 曼一。弋。_一 叫一， 。 虹， i ：? ，、 | 嚣 譬篝_瞄一耐：一一r 卜r 7 7 6 6 5 5 4 d 华北电力人学硕士学位论文 1 0 p t 1 阶跃下降到O 9 p u ，使之持续O 5 s 之后，再从O 9 p U 阶跃上升到1 0p u ，直 流电流、直流电压，触发角仅、熄弧角) ，的波形如图5 3 所示。 1 1 0 1 0 0 0 9 0 0 8 0 0 7 0 0 6 0 O 世 r al a I O _ x O w n | 、一 ； 一 E 。 垤 2 幻。2 幻z s o3 6 0 ( a ) 直流电流、直流电压 1 7 5 0 1 7 1 6 5 0 k 1 6 0 0 型1 5 5 0 硬 1 5 0
