直流输电模型及直流控制
柔性直流输电基本控制原理
暂态稳定性分析是评估柔性直流输电系统在故障或其他大的扰动情况下的性能的重要手段。通过模拟 系统在各种故障情况下的响应，可以了解系统的暂态行为和稳定性，为控制策略的制定提供依据。
运行稳定性分析
总结词
运行稳定性分析是研究系统在正常运行 条件下的动态性能，通过仿真和实验等 方法，分析系统的运行稳定性和控制性 能。
促进可再生能源的接入
柔性直流输电能够更好地接入可再生能源，有助于实现能源 的可持续发展。
02
柔性直流输电系统概述
柔性直流输电系统的基本结构
换流阀
换流阀是柔性直流输电系统的核心部件，负责 实现直流电的转换和传输从一端传 输到另一端。
滤波器
滤波器用于滤除谐波和噪声，保证传输电能的 纯净。
柔性直流输电基本控制原理
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目 录
• 引言 • 柔性直流输电系统概述 • 柔性直流输电系统的控制策略 • 柔性直流输电系统的稳定性分析 • 柔性直流输电系统的保护与控制
一体化 • 柔性直流输电系统的应用与发展
趋势
01 引言
背景介绍
传统直流输电的局限性
传统直流输电在电压源换流器（VSC） 控制策略上存在局限，难以满足现代 电力系统的需求。
3
保护和控制设备之间的通信应具有高可靠性和实 时性，以确保快速响应和准确控制。
保护与控制一体化的优点与挑战
优点
保护和控制一体化可以提高系统的快速响应 能力和稳定性，减少故障对系统的影响，降 低维护成本和停机时间。
挑战
保护和控制一体化需要解决多种技术难题， 如传感器精度、数据处理速度、通信可靠性 和实时性等，同时也需要加强相关标准和规 范的建设和完善。
柔性直流输电系统的未来展望
直流输电系统运行控制策略研究
直流输电系统运行控制策略研究随着世界经济的发展和能源需求的增长，电力输送和分配系统的可靠性和效率变得越来越重要。
直流输电系统因其较低的能量损耗和更高的输电能力，成为了电力行业中的热门技术。
然而，为了实现直流输电系统的可靠稳定运行，研究和开发高效的运行控制策略变得至关重要。
1. 直流输电系统概述直流输电系统是一种通过直流电将电能从发电站输送到负荷点的电力输电系统。
与传统的交流输电系统相比，直流输电系统具有更小的功率损耗、较高的输电能力和更好的电压稳定性。
这使得直流输电系统可以更有效地远距离输送电能，特别是在海底电缆和远离电网的地区。
2. 直流输电系统控制策略2.1 直流电压控制直流电压控制是直流输电系统中最常见的控制策略之一。
通过监测和调节直流线路上的电压，可以实现系统的稳态和动态电压控制。
直流电压控制可以通过调节直流系统中的换流器的占空比来实现，以使得输出电压保持在设定范围内。
2.2 直流功率调节直流输电系统中的功率调节也是一项重要的控制策略。
通过调节直流输电线路上的功率，可以实现对电力流动的精确控制。
例如，在高负荷时可以通过增加功率转移的方式来避免电力拥塞，而在低负荷时可以降低功率以减小线路损耗。
2.3 直流线路稳定性控制直流输电系统中的线路稳定性是保证系统可靠运行的关键因素之一。
通过监测和分析直流线路的电流和电压波动，可以预测和防止系统出现不稳定情况。
同时，采用适当的补偿措施，如电抗器的并联和串联，也可以提高直流线路的稳定性。
3. 直流输电系统运行控制的优势和挑战直流输电系统的运行控制策略具有以下优势：- 更高的输电能力：直流输电系统的输电能力比交流输电系统更高，可以满足不断增长的能源需求。
- 较低的能量损耗：直流输电系统的能量损耗较低，可以降低电力行业的能源消耗和排放。
- 较好的电压稳定性：直流输电系统具有较好的电压稳定性，可以提高电力系统的可靠性和可用性。
然而，直流输电系统的运行控制也面临一些挑战：- 总体成本较高：建设和维护直流输电系统需要大量的资金投入，包括换流器、电缆和绝缘子等设备的造价较高。
直流输电的控制与调节
定触发角控制 Rectifier with α= Constant
整流侧: 定延迟角控制
Vd
VVco sIR 控制特性为一组斜率为-Rcr的平行线族
时，d 曲线r 平行下降d0r
d cr
定α角控制
Vd Id
定触发角控制 (Inverter with β= Constant )
逆变侧: 定超前角控制
IdV dR r LV d＝ i V d0rR ccro R sL V d0 R ic cios
整流侧: 逆变侧:
Id
Vd0r
cosVd
Rcr
E 1 ( V d i ) I D C A c t 0 c o s I d
Id
Vd
iVd0i c Rci
os
I D C A c t 0 ( ) c o s V d 0 ic o s I d
站控系统
系统控制层System Level
Station Control System 站控制层 Station Level
部分双极层 Bipole Level
极控系统
双极层 Bipole Level
（核心）
极层 Pole Level
Pole Control System
换流器层 Valve Group Level
比较：实测型和预测型γ调节
实测熄弧角与设定值比较，用差值进行调节。其特点是精确、有时滞、需阀电流过零信号。 （西门子）
预测型是根据换相电抗、实测直流电流、换相电压，预算熄弧角进行调节。其特点是快、精 确度差、无须阀电流过零信号。（ABB)
混合式定熄弧角控制
混合方式：在闭环控制的基础上，增加预测控制单元。 既保留了闭环控制的等间隔触发及高控制精度等优点， 也具有预测控制能实时快速地“预防”减小γ的优点。
直流输电工程控制保护系统总概精选全文
直流控制保护系统概况
Ø 控制位置要求：
– 远方调度中心、集控中心 – 换流站主控室 – 控制系统就地 – 设备就地
Ø 控制位置层次关系：
– 分层结构上越低的位置，其控制优先级越高
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直流输电工程控制保护系统总概
提纲
一．直流控制保护系统概况 二．直流控制保护系统构成 三．德宝工程控制保护设备配置情况 四．系统特点与主要技术改进 五．直流控制保护系统硬件简介
系统切换遵循如下原则：在任何时候运行的有效系统应是双重化系 统中较为完好的那一重系统
系统切换逻辑禁止以任何方式将有效系统切换至不可用系统。系统 切换总是从当前有效的系统来发出。这个切换原则可避免在备用系 统中的不当的操作或故障造成不希望的切换。另外，当另一系统不 可用时，系统切换逻辑将禁止该切换指令的执行。
5. 与远方控制中心的接口子系统
包括：远动系统，用于与网调、省调、直流集控中心等交换直流换流站的监 控数据并执行远方调度命令，由远动工作站、远动通讯设备等组成。
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直流输电工程控制保护系统总概
直流控制保护系统构成
Ø 典型系统解决方案:
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直流输电工程控制保护系统总概
•直流控制（极控）系统
•直流控制（极控）系统
➢ 极控制系统主要包括:
每个极的极控系统主机 分布式现场总线 分布式I/O等设备
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直流输电工程控制保护系统总概
•直流控制（极控）系统
➢ PCP控制主机：
– 完成对换流站内换流器、换流变压器、直流场 设备等的控制和监视功能。收集极控系统范围 内的“事件”并上传送入运行人员控制系统。
Ø 极控系统是整个换流站控制系统的核心，主要功 能是通过对整流侧和逆变侧触发角的调节，实现 系统要求的输送功率或输送电流。
直流输电
第1章（1）高压直流输电的概念和分类概念：高压直流输电由将交流电变换为直流电的整流器、高压输电线路及将直流电变换为交流电的逆变器构成。
分类：1）长距离直流输电（两端直流输电）2）背靠背（BTB）直流输电方式3）交、直流并联输电方式4）交、直流叠加输电方式5）三极直流输电方式（2）直流系统的构成1、直流单极输电：1）大地或海水回流方式2）导线回流方式2、直流双极输电：1）中性点两端接地方式2）中性点单端接地方式3）中性线方式3、直流多回线输电：1）线路并联多回输电方式2）换流器并联的多回线输电方式4、多端直流输电：1）并联多端直流输电方式2）串联多端直流输电方式（3）高压直流输电的特点1：优点：1)经济性（输电距大于等价距离时，采用直流输电更经济）2)、互连性（采用直流对交流系统进行互连时，不会造成短路容量增加，有利于防止电流系统故障扩大）3)、控制性（直流输电的快速可控特点，可用于所连交流系统的稳定与频率控制）2：缺点：（1）直流输电换流站的设备多、结构复杂、造价高、损耗大、运行费用高、可靠性也较差。
（2）换流器在工作过程中会产生大量谐波，处理不当流入交流系统中的谐波就会对交流电网的运行造成一系列的问题。
（3）对于传统的电网换相直流输电在传送有功功率的同时，会吸收大量无功功率，可达有功功率的50%--60%。
（4）直流输电接地极、直流断路器等问题，存在没有很好解决的技术难题。
（4）目前已投运20个直流输电工程1、舟山工程2、葛南工程3、天广工程4、三常工程5、嵊泗工程6、三广工程7、贵广I回工程8、灵宝工程9、三沪工程10、贵广II回工程11、高岭背靠背工程12、德宝工程13、云广特高压工程14、向上工程15、呼辽工程16、宁东直流工程17、黑河背靠背工程18、青藏工程（5）轻型直流输电基于电压源换流器的VSC直流输电也称为自励式直流输电、轻型直流输电或柔性直流输电。
VSC直流输电的特点：1）电压源换流器为无缘逆变，对受端系统没有要求，故可用于向小容量系统或不含旋转电机的负荷供电2）只需在交流母线上安装一组高通滤波器即可满足谐波标准要求，无须安装直流滤波器和平波电抗器3）不会出现换相失败故障4）模块化设计使VSC直流输电工程缩短工期5）可实现无人值班或少人值守运行6）控制器可根据交流系统的需要实现自动调节，所以两侧电压源型换流器不需要通信联络，从而减少通信的投资及运行维护费用7）可不安装换流变压器，同时可简化开关，从而进一步降低造价。
直流输电课件
随着技术的不断进步，人们开始研究超高压直流输电技术，以进一步提高电力 传输的效率和安全性。
超高压直流输电技术的应用
超高压直流输电技术在跨洲、跨国电力传输以及海上风电并网等领域具有广阔 的应用前景。通过采用先进的绝缘材料、控制技术和设备，超高压直流输电技 术的传输容量、稳定性和经济效益将得到进一步提升。
换流器类型
包括整流器和逆变器，分 别用于将交流电转换为直 流电和将直流电转换为交 流电。
换流器控制
对换流器进行控制，确保 其输出稳定的直流电能。
输电线路
线路类型
线路保护
包括架空线路和地下电缆，根据输电 距离和地形选择合适的线路类型。
对输电线路进行保护，防止其受到自 然灾害和人为破坏的影响。
线路设计
互联。
直流输电的应用场景
大规模风电和太阳能发电基地的并网输送
01
直流输电可以用于大规模可再生能源基地的并网输送，实现清
洁能源的优化配置和利用。
城市和工业园区的供电
02
直流输电可以用于城市和工业园区的供电，提高供电可靠性和
稳定性。
跨区域大电网互联
03
直流输电可以用于实现跨区域大电网互联，提高电网的稳定性
和可靠性。
02
直流输电系统的组成
电源010203电源类型包括化石燃料发电、核能 发电、可再生能源发电等。
电源接入
电源通过换流站接入直流 输电系统，实现电能转换 和传输。
电源控制
对电源进行控制，确保其 输出稳定的直流电能。
换流器
工作原理
换流器通过控制半导体开 关的通断，实现交流电与 直流电之间的转换。
政策和市场环境
政府政策和市场环境对直流输电技术的发展和应用具有重要影响， 需要加强政策支持和市场推广。
直流输电系统的稳定控制方法研究
直流输电系统的稳定控制方法研究一、引言直流输电系统已经成为传输大容量电力的重要方式，尤其是在供电距离较远、电量较大的情况下，其经济和技术优势更加明显。
直流输电系统的稳定控制方法是保证系统高效稳定运行的基础。
二、直流输电系统的稳定性分析1. 稳定性指标为了保证直流输电系统的稳定运行，必须制定相应的稳定性指标。
常用的指标有两种，即系统暂态响应和稳态稳定输入功率（SSI）。
2. 稳定性分析方法直流输电系统的稳定性分析方法通常包括直流电动势差动方程稳定性分析方法、小扰动线性化方程稳定性分析方法和大扰动非线性方程稳定性分析方法等。
其中小扰动线性化方程稳定性分析方法是应用最广泛的。
三、直流输电系统的稳定控制方法1. 控制原则直流输电系统的稳定控制方法的基本原则是通过控制直流侧的电压、电流和交流侧的功率等参数，来实现电力传输过程中的稳定性控制。
2. 控制方法目前，直流输电系统的稳定控制方法主要包括PID控制法、预测控制法等。
其中，PID控制法是应用广泛的一种方法。
四、直流输电系统的稳定控制系统设计1. 控制器设计直流输电系统的稳定控制器设计需要考虑控制精度、控制速度等因素。
目前，经典控制理论仍然是设计控制器的重要工具。
2. 系统优化直流输电系统的稳定控制系统设计需要进行优化处理，包括控制器参数调整、控制器结构优化和控制系统参数整定等方面，以提高系统的稳定性和控制精度。
五、直流输电系统的稳定控制实验直流输电系统的稳定控制实验可帮助工程技术人员检验和验证理论方法的正确性和可行性，提高实际应用的效果。
六、总结随着经济的发展和社会需求的不断增长，直流输电系统将发挥更加重要的作用。
直流输电系统的稳定控制方法及其稳定控制系统设计将成为未来发展的重点。
通过本文对直流输电系统的稳定控制方法进行研究，可以为其在实际应用中的稳定运行提供一定的理论基础和实践指导。
浅析直流输电控制保护系统
浅析直流输电控制保护系统摘要：直流传输的稳定性对电力非常重要。
从直流传输的组成结构和换向技术入手，分析了DC传输的控制和保护水平，并根据常见故障提出了直流传输的保护措施。
关键词：电力系统；直流产量；防护等级；控制保护1变速器概述1.1传输系统的概念直流输电系统由直流线、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、保护和控制装置等组成。
通常是双端直流输电系统，其中整流站和逆变站都属于换流站，交流电源和直流电源之间的转换可以通过整流站和逆变站实现，换流站是直流输电系统的重要组成部分。
交流电首先由交流系统的送电端通过换流变压器送至整流器，完成交流电向直流电能的转换，然后直流电能通过线路输送至逆变器，逆变器将DC电能转换为交流电，最后输送至交流电力系统的受电端。
1.2换流站的换流技术整流站和逆变站都属于换流站，其核心部件是换流器，通常由一个或多个基本换流单元组成，大多采用串联方式。
电路中一般采用三相换流桥，常用的材料是晶闸管阀，也就是常说的晶体闸阀。
变换器工作时，控制桥阀可以触发控制调节装置，改变触发相位，从而实现对DC传输功率、流经电阻的直流电流、直流电压瞬时值等的调节。
同时，同一个触发脉冲可以控制所有桥阀的每个晶闸管。
当三相电源的波形为对称正弦波时，线电压由负变正，经过零点时，脉冲会触发桥阀，使阀两端电压变为正，从而完成开阀动作。
六个脉冲发生器可以独立地触发位于单桥变换器中的六个桥阀，使得交流正弦波可以刚好通过第一个周期。
当线路电压达到下一个零点时，交流串电源开始触发第二个周期。
但是工程上使用的大多是12脉波双桥变换器，因为12脉波双桥变换器可以产生脉冲较小的DC传输电压。
2 DC传输控制保护层高压直流输电系统的控制根据层次的不同可以分为三个层次，即现场控制层、过程控制层和操作员控制层。
2.1现场控制层现场控制层使交流/DC主设备能够进行本地控制，并通过硬线将交流/DC主设备与近设备接口相连，通过现场总线将交流/DC主设备与远设备接口相连。
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2010.3
主要内容
1. 直流系统基本控制模型 2. 直流系统附加控制 3. 直流调制 4. 多回直流协调控制
1. 直流系统基本控制模型
Vdor cosα
Rcr Ldr
Rd
Id Vdr
Ldi Rci
主控制
Vdi
Vdoi cosβ
直流输电系统等值电路图
整流侧
AC
Vr
附加控制
VAR-Y (或 VAR-P/Q)
逆变侧
Vi
AC
VAR-Y (或 VAR-P/Q)
直流系统在交流系统中的等效图
1. 直流系统基本控制模型
直流主控制框图
1. 直流系统基本控制模型
△Idr
调节器
△α
α
限幅
∑
α0
相位控制与触发电路
整流侧定电流控制示意图
1. 直流系统基本控制模型
BPA 程序对直流模型的模拟：准稳态模型
+ 调节器
1. 直流系统基本控制模型
4. 多回直流协调调制
示例
4.21振荡
8.27振荡
Thank you!
２. 直流系统附加控制
原功率指令 调制信号 调制控制器
调制信号作用原理
3. 直流调制
直流系统调制研究主要过程： ——对整个系统进行小扰动计算，找出系统中主要的弱阻尼振 荡模式； ——对弱阻尼振荡模式进行模态分析。研究直流系统对这些模 态的可控性，分析利用直流系统是否可以提高弱阻尼振荡模态 的阻尼； ——进行直流系统调制控制器的设计； ——验证直流系统调制控制器对整个系统稳定性的影响。
狭义： 在参数约束条件下的非线性最优化问题，使目标函数最小化。 （协调控制算法问题）
4. 多回直流协调调制
示例
贵广Ⅰ ：抑制云贵间振荡效果较好 控制输入信号：云贵间频率差
贵广Ⅱ：抑制云贵-广东间振荡较好 控制输入信号：云贵-广东间频率差
2 个主导区域间低频振荡模式: 云贵振荡模式 （0. 55 Hz～0. 60 Hz ） 云贵对广东振荡模式 （0. 38 Hz～0. 44 Hz ）
3. 直流调制
双侧频差调制 原有模型（ DS卡）
新模型（ DS、D+卡）
4. 多回直流协调调制
概念
广义： 研究各直流控制系统对各种振荡模式的阻尼作用, 使其协调配合, 避免发 生相互削弱的作用，主要考虑不同直流调制器在抑制振荡模式、输入信 号的选择以及参数方面的协调。 紧急调制的协调：一回直流输电系统故障闭锁, 其他直流输电系统采取 紧急提升输送功率的控制措施，以提高整个系统的暂态稳定性。
1. 直流系统基本控制模型
原有模型
新增模型
VDCOL环节参数设置
换相失败阀值设置
２. 直流系统附加控制
附加控制器的种类
交流侧频率控制功能：通过直流输送功率的改变，控制或改善两侧交 流系统的频率。 交流系统电压控制功能：通过改变换流阀的换相角，甚至改变直流功 率，对换流站近区交流电压进行控制。 功率提升/回降功能：针对整流侧、逆变侧损失发电机功率或甩负荷故 障提供直流功率提升/回降控制功能。 次同步振荡阻尼器：跟踪交流系统某些运行参数变化，对可能发生的 次同步振荡产生正阻尼。 功率调制功能：跟踪交流系统某些运行参数变化（功率、相角、频率 等），改变功率控制指令，多用来改善系统动态稳定问题。
输入
输入
输出
BPA 基本控制器原有模型? D卡
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1. 直流系统基本控制模型
ＶＤＣＯＬ
BPA 基本控制器新模型?DＮ、DZ卡
1. 直流系统基本控制模型
新模型特点： 新模型中的直流模型控制系统的参数和特性易于调节，电流定值计算、 低压限流（VDCOL）和逆变侧换相失败等主要环节的模拟与实际系统特 性更为相近，能够更准确地模拟直流输电系统的动态特性，提高暂态稳 定仿真的准确度。 低压限流（VDCOL）：在直流电压或交流电压跌落到某个指定值时对直 流指令进行限制，其主要作用是减少换相失败的发生的可能性和对交流 系统无功功率的需求。 逆变侧换相失败：新模型根据逆变侧的熄弧角γ角值判断换相失败和恢复 换相 ；原有模型中需要填写专门的DF卡来模拟换相失败。