[論文關鍵詞]  高壓輸電　直流輸電　控制系統

　　[論文摘要]  高壓直流輸電(HVDC)作為一種新興的輸電技術，目前已經得到了廣泛的重視和應用。隨著“西電東送”和“全國聯網”戰略規劃的實施，我國將出現越來越多的直流輸電工程。主要介紹高壓直流輸電的特點，并且著重針對高壓直流電源控制系統的運行特點進行研究。 

　　一、引言 

　　利用高壓直流系統固有的快速、大范圍可控制的輸送電能的特點，可以借助交直流系統聯合調節的手段來提高與直流系統相連接的交流系統的運行穩定性。為了實現這一目的，必須在直流輸電系統主控制器上附加特殊的穩定控制器。文章基于此在介紹了高壓直流輸電的特點的基礎上對高壓直流電源控制系統的運行特點進行了研究。 

　　二、高壓直流輸電的特點 

　　1、功率傳輸特性。隨著輸送容量不斷增長，穩定問題越來越成為交流輸電的制約因素。為了滿足穩定的要求，常需要采用串補、靜補、調相機、開關站等措施，有時甚至不得不提高輸電電壓。但是這將增加很多電器設備，代價昂貴。直流輸電沒有相位和功角的問題，當然也就不存在穩定問題，只要電壓降、網損等技術指標符合要求，就可以達到傳輸的目的，無須考慮穩定的問題，這是直流輸電的重要特點，也是它的一大優勢。 

　　2、對線路故障的自防護能力好。交流線路單相接地后，其消除過程一般約0.4-0.8s，加上重合閘時間，約0.6—1s恢復。直流線路單極接地，整流、逆變兩側晶閘管閥立即閉鎖，電壓降到零，迫使直流電流降到零，故障電弧熄滅不存在電流無法過零的困難，直流線路單極故障的恢復時間一般在0.2-0.35s內。若線路上發生的故障重合(對直流輸電系統為再啟動)過程中重燃，交流線路就三相跳閘了。直流輸電系統則可以用延長留待去游離時間及降壓方式來進行第二、第三次再啟動，創造線路消除故障、恢復正常運行的條件。對于單片絕緣子損壞，交流系統必然三相切除，直流系統則可降壓運行，而且大多能取得成功。 

　　3、潮流和功率控制可實現自動化。交流輸電的潮流取決于網絡參數、發電機與負荷的運行方式，控制難度較大，需由值班人員調度。直流輸電系統的功率傳輸可全部自動控制。 

　　4、對短路容量無影響。兩個電網以交流互聯時，將增加兩側系統的短路容量，有時會造成部分原有斷路器不能滿足遮斷容量要求而需要更換。如果兩電網以直流系統互聯(背靠背方式)，無論哪里發生故障，在直流線路上增加的電流都是不大的，因此不會影響交流系統的斷路容量。 

　　5、調度管理簡便。由于通過直流系統互聯的兩端交流系統可以有不同的頻率，輸送功率也可保持恒定(恒功率、恒電流等)。對于送端而言，整流站相當于交流系統的一個負荷。對于受端而言，逆變站則相當于交流系統的一個電源。兩個電網相互之間的干擾和影響小，運行管理簡單方便，對我國當前發展的跨大區互聯、合同售電、合資辦電等形成的聯合電力系統非常適用。

　　三、高壓直流輸電控制系統的特點 

　　高壓直流輸電系統的快速潮流控制能力以及其高度可控性在世界上的很多工程中得到了充分應用。它的有效運用決定于適當利用它的可控性以保證電力系統的所需性能。以提供高效而穩定的運行、最大限度地提高功率控制的靈活性而不危及設備的安全為目標。以下將主要論述高壓直流輸電控制系統的特點。 

　　(一)控制系統基本結構。直流輸電控制系統通常被分為三個層次：

第一層為主控制級，也稱為雙層控制級。通常包含3個模塊，分別是接受調度中心發來的輸送功率指令的模塊、功率調制和快速功率變化控制的模塊和計算直流電流指令值的模塊，即期望的直流電流值，電流控制的期望值從這個模塊被傳送到第二層次的控制系統，即極控級。

第二層為極控制級。直流輸電極控制級中各控制器的目標是使直流輸電系統按照某種特定的特性曲線來運行。極控制級的主要控制功能是經過控制運算以后發送一個觸發角指令給第三層次閥組控制級的各個閥組控制單元。

第三層為閥組控制級。閥組控制級主要有兩個功能：取觸發脈沖的同步信號和產生滿足要求的觸發脈沖系列以觸發晶閘管閥。觸發脈沖的同步信號應嚴格與換流站交流母線電壓頻率保持確定的倍數關系，以滿足當系統發生嚴重故障，換流站交流母線電壓大幅度跌落時仍能正常工作的要求。直流輸電的閥組控制主要涉及系統硬件電路的設計。 

　　(二)高壓直流輸電控制方式。直流小方式調制控制；小方式調制的目的主要是阻尼一種或多種模態的振蕩，控制信號一般加于直流基本控制的電流指令環節。由于調制功率幅值不大的緣故，小方式調制無需兩端換流站之間的通信。直流大方式調制控制：大方式調制控制旨在擴展系統暫態穩定極限，從而保障系統在大擾動下的安全。

控制作用點通常取為直流基本控制的功率直流環節。相對于小方式調制控制，大方式調制對直流功率改變幅度較大，作用時需要與對端換流站通信。有的大方式調制控制信號取為兩端交流系統的頻率偏差，這樣的控制器也可被稱為頻率調制控制器，因為由它的控制作用可以提高兩側交流系統的頻率穩定性。Y角調制：對于直流聯系的弱交流系統，直流功率調制的功效將大大削弱。假設整流側調制作用使得直流電流上升，由于直流電壓是由逆變側電壓控制環節以及換流站交流母線電壓決定的，隨著電流的上升逆變側無功功率的需求量將增加。該問題的一種解決方法是在逆變側引入Y角調制從而保障整流側功率調制的有效性。 

　　(三)鋼鐵企業直流輸電系統的發展。在鋼鐵企業中積極有序地推進節電技術與管理對提高企業的節能水平尤為重要。在供配電環節，變壓器等電能基礎設施配置、更新及高效運行：傳統的節電方法和渠道已經在鋼鐵企業廣泛采用，并取得一定成效。在此基礎上鋼鐵企業如何采取新的舉措，開辟新的節電渠道，挖掘節電潛力。成了企業當務之急。伴隨著全球性的通脹，電價上漲將是一個長期趨勢，生產用電成本的上升只能靠企業加強用電管理，提高節電水平來逐步消化。其中，在技術層面的節電技術發展較快，已經或者正在鋼鐵企業中得到大力的推廣和應用。 

　　四、結論 

　　HVDC系統的基本控制在整流側基本采用恒定電流控制和α限制控制相結合的方式；逆變側多采用恒定熄弧角控制或恒定電壓控制，以保證系統獲得正常的直流電壓，也配合有特殊情況下的恒定電流控制。直流基本控制的環節眾多、控制過程相對較復雜。在這種基本控制的作用下的直流系統并不能直接提高整個交直流混合系統的穩定性，因此常常需要附加控制來拓展直流聯絡線的控制能力，以提高交流系統的動態性能。