两端高压直流输电控制系统概述

两端高压直流输电控制系统直流输电

直流输电系统由直流线路、逆变站、整流站、交流侧电力滤波器、直流侧电力滤波器、换流变压器、无功补偿装置、直流电抗器以及保护、控制装置等构成，通常是两端直流输电系统，其中整流站和逆变站属于换流站，通过整流站和逆变站能够实现交流电力和直流电力的转换，换流站是直流输电系统比较重要的组成部分。首先由交流系统的送电端将交流功率通过换流变压器送到整流器，完成交流功率到直流功率的转化，然后将直流功率通过线路传输到逆变器，逆变器又会将直流功率转化为交流功率，最终传输到交流电力系统的受电端。

两端高压直流输电控制系统直流输电控制系统

直流输电系统的控制根据层级的不同可以分为三个层面，即现场控制层、过程控制层、运行人员控制层。

现场控制层使得交直流主设备能够在就地进行控制，通过硬线将交直流主设备与较近距离的设备接口进行连接，通过现场总线将交直流主设备与较远距离的设备接口进行连接。通过分布式的 I/O 控制单元实现现场控制，包括高压装置的联锁、输出控制命令、控制命令的监控、SER 事件的产生、自诊断、二进制模拟量的预处理等功能。通过现场控制层面能够实现控制系统的分层式、分布式，来自调度中心的控制命令经由高速 LAN 和现场总线进行传达，监控系统的实时数据在逐层反馈，保证主系统、从系统的循环数据传输过程。

过程控制层包括交流/直流站控制系统和极控系统，是直流输电控制系统的核心组成。交流/直流站控制系统的任务是顺序控制交流场和换流站直流系统，为了避免系统故障和系统维护导致的直流输电系统不可用，所以直流/交流站控制多采用冗余结构，因其具有双重化配置，能够包含各个层面的系统。极控系统在运行人员下达命令后，发出稳定、有效、正确的功率定值，执行与双极、换流器相关的所有功能，为阀和换流器提供全部控制功能。而极控系统包括三方面，即换流器控制（也称阀控系统）、极控制、双极控制，其中双极控制能够实现与双极运行相关的所有控制功能，在接收到运行人员的命令以后，通过给极控制层传送相应的电流、极功率参考值，实现两极之间的功能协调，包括电流平衡控制、功率传输方向控制、稳定控制、极间电流转移、运行人员功率参考值设定等功能。

极控制能够实现与极相关的功能空中，接收的命令来自于双极控制层，然后产生换流器闭环控制的直流电压、电流、熄弧角控制参考值，最后完成极电流协调、换流器协调、分接头控制、极解锁闭锁、空载加压、故障恢复等功能。阀控系统由漏水检测、避雷检测、光接收发射、电源及接口、反向恢复保护控制单元等硬件组成，包括触发准备、负电压检测、反向恢复保护、关状态四个阶段。

运行人员控制层实现运行人员的控制，包括常见的基本功能：用户管理、曲线显示、保护信息处理、谐波监控、报表处理、图形页面显示、自动功率控制、事件顺序记录、控制操作等。对于 UHVDC 系统来说，其启停、状态、运行、故障以及辅助操作也可通过运行人员层面实现。阀控工作站、运行人员工作站、远动工作站均采用冗余配置实现双工作站，两个工作站相互配合，一个负责进行控制，另外一个负责刷新实时数据，在主设备出现故障后可自动将备用的切换为主状态，同时完成调度的接口切换。

主流的直流输电控制系统分定熄弧角控制与定电压控制。不同技术路线的控制系统在换流器控制层中采用了不同的设计思路，其中定电压控制常采用闭环型的控制系统，通过采集一次系统相关电气量(电压测量值、电流测量值、熄弧角测量值)，与参考值进行比较，通过闭环控制产生换流器的触发指令。它充分发挥了反馈的重要作用，排除了难以预料或不确定的因素，使校正行动更准确。

已经投产的天广、贵广等长距离直流工程采用定直流电压控制，常规运行方式下，逆变侧换流器采用定电压控制策略，并与变压器分接头相互配合将逆变侧的熄弧角控制在15。～19。范围内，若熄弧角超出范围则调整分接头档位。

已投产的三广、三常、三沪等直流工程的控制系统采用定熄弧角控制，该控制策略的逆变侧采用预测型定熄弧角控制，变压器分接头调节U出。从而使换流器电压控制在设定值附近。预测型技术路线的控制系统，通过对一次系统相关电气量进行计算得到期望的控制指令值。已投运的向上、锦苏、哈郑和溪浙4个特高压直流工程，触发指令统一由极层控制层发出，实现硬同步。但在分层接入方式下，由于接人不同电网的换流器相对独立，需将极控制中的直流电流，直流电压及熄弧角控制下放到阀组层，才能满足控制系统的控制要求。

两端高压直流输电控制系统定电压控制

分层接人方式下换流器控制层接收来自极控层的参考值，完成对12脉冲换流器的独立控制。控制器主要包括直流电压闭环控制器、直流电流闭环控制器、熄弧角闭环控制器等。控制器产生的触发角并将其送到阀控接口单元。其中整流侧设置电压控制器与电流控制器，两套控制器共用一套PI调节器，并通过逻辑选择环节选择与其相适应的PI控制器参数。整流侧与逆变侧中不同逻辑的控制器间配合过程相似。逆变侧还需增设最小熄弧角控制器以限制熄弧角，并且除电流控制器的电流定值需要保证一定的阈度外，为保证控制逻辑切换过程中直流系统有稳定的运行点，还需配置电流偏差控制(CEC)。

该模块通常在电流偏差量大于2%时投入，偏差量达到6%时达到输出最大值。而对于整流侧的电压控制器也常设有阈度，使整流侧在常规运行状态下选择电流控制器。

两端高压直流输电控制系统熄弧角控制

熄弧角控制系统中配有起定熄弧角控制作用的最大触发角控制器(AMAx)。该控制器在常规的直流系统中常配置在极控制层，根据换流母线的电压与直流电流计算出换流器需要的触发角。直流分层接人后，由于受端分别接人不同电压等级的交流电网，熄弧角控制需要设置在换流器控制层中实现相对换流器的独立控制。换流器控制层中还包括电压调节器(VCAREGVoltage Regulator)与电流控制器(CCA)。两者的本质为比例积分控制器，

根据输入的偏差量进行调节。逆变侧的电压调节器主要用于降压运行方式，起到控制直流电压的作用。若

直流电压快速上升，也可以配合变压器分接头对直流电压加以限制。电流控制放大器是最基本的输出单元，其输出为换流器的触发角指令值。三类控制器以限幅的方式相互联系，完成不同控制器之间的相互配合。

两端高压直流输电控制系统不同点

定电压控制系统中的最小熄弧角控制。故障发生后，直流电压降低，电压控制为提升电压将增大触发角，但减小了换相面积对换相过程不利。因此该技术路线加装最小熄弧角控制器，并当熄弧角跌落到一定程度时切换为熄弧角控制。熄弧角控制为实测型闭环控制系统，熄弧角测量值来自VBE系统的EOC信号与锁相的电压过零信号的比较。系统发生换相失败后，熄弧角控制将接管逆变侧的控制，测量值变为零，快速将触发角移动到上限以提高换相裕度，帮助故障后快速恢复。

定电压控制中的电流误差控制。定电压控制技术中配有电流误差控制环节，故障后逆变侧当向电流控制变侧切换时，电流误差控制启动。作为逆变站电压控制器的一部分，电流误差控制环节为控制系统特性提供一段斜率较小的直线，并有助于控制系统从电压控制向电流控制切换。

定熄弧角控制中的最大触发角控制。最大触发角控制器起定熄弧角控制的作用。故障后，逆变侧从熄弧角控制向电流控制方向转换，切换过程当中AMAX中补偿环节启动，为逆变侧特性曲线呈现正向斜率，有助于控制系统向电流控制方式进行切换。

柔性直流输电控制及保护系统的核心单元是工控机。根据不同的硬件配置，控制及保护程序可以分为CPU主程序和板卡程序。

主程序运行于CPU中，包括控制功能模块、保护功能模块和监测功能模块，主要实现VSC外环控制器、保护系统的上层应用以及系统监测功能等。

DSP板的程序设计主要实现数据的高速运算处理，同时实现控制及保护功能的底层应用以及与CPU主程序的接口。DSP板控制部分的程序设计主要实现锁相环(PLL)功能、VSC的内环控制器功能以及PWM功能。

DSP板保护部分的程序设计可以实现对保护系统需要的模拟量进行高速采集和实时运算，并将计算结果发送至主程序中的保护功能模块。DSP板保护部分的程序设计是冗余配置的，可以实现保护系统的启动功能。

通信管理板的程序设计可以实现冗余配置的工控机之间的实时通信功能。当前备用的工控机实时跟随值班工控机的运行状态和控制参数。当值班系统出现故障时，备用工控机可以快速切换为值班状态。

中文名称

两端高压直流输电系统

英文名称

two-terminal HVDC transmission system，TTDC transmission system

定　　义

由两个高压直流输电换流站和连接它们的高压直流线路组成的高压直流输电系统。

应用学科

电力（一级学科），高压直流输电（二级学科）

高压直流输电模拟装置，作为研究高压直流输电系统的重要工具，能比较精确地模拟高压直流输电及其控制系统的电磁性能和动态过程。它可用于研究直流输电工程规划设计和运行方面的问题.如直流系统稳态运行工况，调节器合理配置及参数优化，起停方式，故障及保护功能，换流器引起的谐波，交、直流滤波器特性。交直流系统相互影响及直流功率调制等。

《高压直流输电设计手册》系统地介绍了高压直流输电工程设计的内容、要求、方法和技术方案，主要适用于电力系统、送电电气、送电土建、变电一次、变电二次、总图、建筑、结构、水工、暖通等与高压直流输电工程设计相关的专业。|　《高压直流输电设计手册》主要涵盖电流源型两端换流站和背靠背换流站、直流线路、直流接地极及接地极引线的设计，包括电力系统论证及其对直流输电工程的要求，换流站成套设计和电气接线、布置、设备选择及二次系统设计，通信设计，总图设计，阀厅等建构筑物设计及噪声防护设计，阀冷却、水工及采暖通风系统设计，接地极及接地极引线设计，直流线路电气及杆塔设计等。|　《高压直流输电设计手册》用作高压直流输电工程设计人员的专业技术工具书，可供从事高压直流输电工程建设、施工、调试、运行、维护及直流输电设备制造等专业人员使用，也可作为大专院校相关专业师生的参考书。|