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直流输电控制器原理及稳态特性分析

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资料介绍

高压直流输电系统包含了各种分层控制方式,具有高度的可控性,其目的在于向系统提供高效稳定的运行.主要对分层控制中极控制层的控制器原理进行研究,并理论分析了整流侧定电流与定最小触发角控制器和逆变侧定关断角与定电流控制器从系统发生故障直至故障后系统再次恢复到稳态时的相关动作特性.在此基础上,基于PSCAD/EMTDC 的仿真程序研究了CIGRE直流输电标准测试系统在有扰动的情况下系统恢复到稳态时运行点的变化以及恢复过程中相应控制模式的转换.结果证明,故障时极控制器能迅速作出反应,并能根据所处的工况自行切换控制模式,以满足系统的要求.

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第29卷第1期

2009年1月

V01．29 No．1

Jan．2009

电力匐动亿设备

Power Automation

Electric

Equipment

直流输电控制器原理及稳态特性分析

罗隆福，付颖，李勇，周金萍，许加柱，刘福生

(湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410082)

摘要：高压直流输电系统包舍了各种分层控制方式，具有高度的可控性，其目的在于向系统提供高效稳定的

运行。主要对分层控制中极控制层的控制器原理进行研究，并理论分析了整流侧定电流与定最小触发角控制

器和逆变侧定关断角与定电流控制器从系统发生故障直至故障后系统再次恢复到稳态时的相关动作特性。

在此基础上，基于PSCAD／EMTDC的仿真程序研究了ClGRE直流输电标准测试系统在有扰动的情况下系

统恢复到稳态时运行点的变化以及恢复过程中相应控制模式的转换。结果证明，故障时极控制器能迅速作出

反应，并能根据所处的工况自行切换控制模式，以满足系统的要求。

关键词：HVDC稳态响应；HvDC控制器；直流输电标准测试系统；控制策略

712

中图分类号：TM

文献标识码：A

文章编号：1006—6047(2009)01—0065—05

基于PSCAD／EMTDC的CIGRE直流输电标

准测试系统中有详细的直流输电控制器模型，它的

主要目的是测试各种直流控制器在弱交流系统下的

行为，其控制策略具有普遍适用性。该测试系统的

基本控制方式是，整流侧由定电流控制和a凼限制2

部分组成；逆变侧配有定电流控制和定关断角％控

制。此外，整流侧和逆变侧都配有低压限流控制

(Ⅵ：)COI，)，且逆变侧还配有电流偏差控制(CEC)[15|。

极控制级的功能框图如图l所示。整流侧控制系统

的功能框图如图Z所示。

0引言

相对于交流输电而言[1。11|，直流输电最大的优

势之一在于其能够通过换流器触发相位的控制，实

现快速和多种方式的调节。不但可以就改善直流输

电系统本身的运行特性进行各种调节，而且还可以

扩大到以交流系统为对象来调节。可以说直流输电

的许多运行性能，是由其调节方式所确定的。

直流输电的控制系统一般采用分层控制的方

式[12-14]，分为3个层次：第1层称为主控制级(或双

极控制级)，其作用通常是接收来自调度中心的直流

输电功率指令，经过控制运算以后发送一个直流电

流指令给下层；第2层称为极控制级，其作用是接收

来自主控制级的直流电流指令，并经过控制运算以

后发送一个触发角指令给各个阀组控制单元；第3

层称为阀组控制级，其作用是接收来自极控制级的

触发角指令，获取触发脉冲的同步信号以产生满足

要求的触发脉冲系列来触发晶闸管阀。

最小触发

角选择

定电压控制器l口。

(一般小使用)广一

’控制

I流变化1+t

I控制器l

7r“l

7L—J

l低压限流l，。I 2，亘一定差断角I堡型。l

一

f(vDcoL)r—

f控制器』

本文研究的控制主要针对分层控制中的极控制

层。在正常情况下，整流侧一般为定电流控制，逆变

侧为定关断角7控制(或定电压控制)，而在发生不

同程度的扰动的情况下，两侧的控制方式都会发生

一系列的切换，以满足系统的要求。本文对在不同

的扰动条件下，整流侧和逆变侧控制器的控制方式

转化，系统稳态运行点的变化以及两侧换流器特征

变量的改变进行了研究，并在基于PSC』吲EMTDC

的CIGRE直流输电标准测试系统模型中对得出的

结论进行了验证。

一二产

副_直流最_电流H_一：_+i享_’uJ卜_一+中_I悃

图2整流侧控制系统框图

设定值

l眄i百丽、——I

瓜蕊一-j匕=一

Control

of rectifier side

Fig．2

system

来自直流系统的直流电流测量值(通过惯性环

节过滤)与直流电流整定值之间的差值经过PI控制

环节后实际上得到的是整流侧的卢角输出，因此再

通过对其取补角得到整流侧口角输出。在生成口角

的时候必须对其进行限幅，保证其在正常的范围内

取补。因此，该侧控制系统一般情况下为定电流控

制，由于PI控制环节对口值的限制作用，相当于限

1直流输电控制器结构及原理简介

下面主要介绍直流输电控制系统中极控制级的

结构及原理。

收稿日期：2007—09—14；修回日期：2008一02—26

万方数据

电力自动侣设备

第29卷

①

制了口角，保证最小不能低于a'min。

器的详细框图如图6所示。

逆变侧控制系统由几个不同的模块共同构成：

定电流

出逆变

直流电流整定值的生成及逆变侧定电流控制模块如

图3所示。

定关断角控制器

输出逆变器触发角

副南酬长恒卦正画

b匿卜i刮墨忏虹

娜黔矗割k

銎，毒[娼避

0．52(30*)瓜18

铫群亡咎骗一

l差控制I

。)I算磊r_，《p一

变侧直流电流测量值与其相乘作为补偿电压加在逆

生，函鞋]．57(彝90

雄圈二蓰茁积盎o)

CIGRE直流输电标准测试系统的稳态响

应特性分析

2．1

系统测试模块的建立

为了清楚在整流侧或逆变侧故障时，控制器是

成的功率损失落在交流系统可接受的范围内，典型

逆变侧定关断角Yo控制及电流偏差控制模块

如何动作的，需要建立一个显示两端换流器特征变

量(口和)，)的图形界面。

整流侧出口处的直流电压Ud和直流电流Ia的

曲线图是标准测试系统自带的，所以无需导出。通

过以上初始设置后，便可开始进行相关的实验。

2．2整流侧故障时直流输电逆变侧控制器的稳态

响应特性及动作机理分析

关断角

羹喜零—l+

硝

误差值

逆变器

触发角

测量值，——、|+

生

图4逆变侧控制系统框图2

-0．544

当整流侧换流母线电压下降不同的百分比时，

整流侧控制器控制方式、逆变侧控制器控制方式、系

统稳态运行点、两侧换流器特征变量都会发生不同

程度、不同方式的改变，如图7所示。其中，Ja和玑

均为标么值。由曲线可以看出，当整流侧换流母线

电压下降不同的百分比时，控制器稳态响应特性确

实发生了不同程度的变化，表1列出了整流侧故障

时控制器的详细动作。

Control

of inverter side(2)

system

Fig．4

通过将上一个周期从直流系统测得的逆变侧y

角取最小，作为关断角)，的测量值。而y角整定值

一般取为15。，将它们的差值加上由电流偏差引起的

Ay后与另一定值(--31。)比较，取大者作为PI调节

器的输入，这样做的目的是为了使)，角最大不超过

46。。然后，经过PI调节器，便得到了逆变侧殉控

根据表1提供的系统稳态运行点的数据可以在

Excel中面出逆变侧控制器在整流器运行于定电流和

定O／min控制时的稳态Ud—L特性曲线，如图8所示。

CIGRE直流输电标准测试系统在默认的情况

下整流侧由定电流控制决定系统运行电流，逆变侧

由定y0控制决定系统运行电压，此时稳态运行点为

L=1P．LL，仉=O．987 P．u。

制的p指令。

逆变侧控制模式的选择是将其定电流控制和定

关断角托控制得到的2个口角中取大者作为最终

的口角命令值，并取补得到逆变侧的口角指令。图5

对此进行了说明。

综上所述，’CIGRE直流输电标准测试系统控制

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