靳生鹏 韩风玉 马雅茹
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摘要：±800kV特高压直流系统采用双12脉动换流器串联的形式，为了进一步保证其运行的稳定性，针对双串联换流器控制原理进行分析，重点研究换流器以及故障情况下换流器的控制性能。双换流器串联的直流系统能够运用整流侧换流器控制直流电流，而逆变侧换流器控制直流电阿姨的基本运作控制方法，在换流器单独控制过程中，通过误差消除缓解的应用可以对其发热进行调控，确保±800kV特高压直流系统的运行质量以及安全性。
关键词：±800kV特高压直流系统；换流器；换流器控制
引言：作为直流控制系统中不可或缺的结构，换流器控制的作用至关重要，特高压直流系统选用双12脉动换流器进行串联接线，针对其系统可用率以及运行状态等参数进行分析，针对串联换流器实施单独控制以及双换流器控制系统间的影响状态分析，提出了双换流器串联直流系统的运行模式和有关的控制方法，提高±800kV特高压直流系统换流器的控制效果。
一、特高压直流输电系统的控制特性
根据直流输电的有关标准来分析控制系统结构分层观点，闭环控制的主要功能为极控制，换流器控制一般有换流器发出点火脉冲开关控制环节，以30°间距发出等距点火脉冲的换流器控制能够用于12脉动换流器的换流桥臂。所以针对12脉动换流器为一极换流器的一般直流系统来说，换流器控制一般会选择并入极控制系统。在极控制系统中，整流一级逆变两端的调节性性能配合程度较高，在主回路参数设计方面，能够得知两端直流系统的有关参数为匹配，处于稳态工作点也就是运作处于额定直流电流、整流侧直流电压为额定直流电压等。在动态中整流侧每极直流电流调节器可以对侧直流电压的具体情况来控制电流。在由双12脉动换流器串联构成的特高压直流系统中，若依然采用30°间距发出等距点火脉冲的换流器进行控制，那么直流控制需要在常规直流控制的分层结构之上添加最底层的换流器控制层，包含对应各12脉动换流器的两个换流器控制，换流器控制需要以12脉动换流器的换流母线电压作为点火脉冲的同步电压，整流侧的各个12脉动换流器不能感应对侧脉动换流器的电压情况。这一系统结构需要重新规划控制系统的控制功能，并进行调整与改进，如整流侧电流控制在上下两个12脉动换流器间，定电流控制指令值或电流测量值会出现一定偏差，导致两个换流测单元运作情况不稳定[1]。
二、基本控制策略和稳态运行控制
（一）基本运行控制
双12脉动换流器串联特高压直流系统能够选择多种运行控制模式，如类似三常等，逆变侧有载调压开关控制直流电压，稳态时逆变器熄弧角较为稳定，整流器利用调控触发角实现直流电流的控制。整流侧有载调压开关将整流器保持在±2.5以内，若高于这一区间，那么开关动作则会将其控制到这一范围区间之内。
（二）串联换流器控制
串联换流器中的所有整流器为独立运作，通过电流进行控制，而各个逆变器也进行独立的熄弧角控制。双串联逆变器利用对应的有载调压开关以及定熄弧角进行控制，实现直流极电压的合理配置，并不需要通过其他方式进行协调控制。两个串联整流器能够进行电流控制，也不需要通过其他形式的协调控制方式进行运作。
三、单换流器故障切除以及重新投入控制
对于±800kV特高压直流系统来说，常见的故障类型具有多种，而换流器串联的直流极若产生部分故障时，可以利用对应换流器切除的方式，将该极一半的正常运行直流电压以及直流功率进行运作，能够改善直流系统的可用率，具体故障类型有三种：和12脉动换流器连接的变压器或引线产生故障；12脉动换流器桥臂非接地短路故障；12脉动换流器非接地短路故障。对于上述故障现象来说，若换流器I或对应设备产生故障需要进行换流器切除的情况下，通常先投入旁通对闭锁换流器，并且将断路器BU进行关合，之后关合隔离开关S1U，并拉开隔离开关S2U与S3U。但BU以及B1U处于关合状态，所以在拉开S2U与S3U时没有电压，可以进行熄弧。在发生故障后，直流电流从换流器转到断路器的波形如图1（a）所示，能够看出换流器此时为闭锁状态，而断路器关合之后直流电流会由换流器转到断路器回路，故障后的直流系统运作情况如图1（b）所示。故障换流器在切除后极的运作直流电压为正常情况下的半数水平，但直流电流不会发生变化，健全极以额定直流电压电流进行运作。
图1
在换流器I重新投入后，需要先将断路器BU关合，之后相继将隔离开关S2U与S3U进行关合，将隔离开关S1U打开，由于此时S1U处于短路状态，所以在拉开时断口中没有电压，可以进行熄弧。在重新投入时换流器解锁之后，电流会由断路器转到换流器，具体波形如图2（a）所示，而断路器回路中的直流电流再次转到换流器回路中后，便只有纹波电流，此时可以进行熄弧，当断路器开断后直流系统恢复如图2（b）所示，当换流器重投之后，直流系统的运行状态会重新恢复。
图2
四、直流系统故障后的控制
（一）直流线路故障后的控制
直流线路首端故障和故障清除后，直流系统会进行恢复，同时可知直流系统也会逐渐恢复。换流器在这一期间的运行状态也相对趋于稳定。故障恢复期间，整流侧与逆变侧两个串流器都能够实现较为对称且稳定的运行状态。
（二）整流侧换流母线故障后的控制
整流侧换流母线故障和故障处理完成后的直流系统恢复，使各换流器在这一期间的运行状态逐渐稳定，而经过仿真计算能够得知，整流侧交流母线故障之后，直流系统可以进行恢复，而故障恢复期间整流侧与逆变侧两串联换流器的运行状态都相对较为良好。
（三）逆变侧换流母线故障后的控制
逆变侧换流母线故障和故障处理完毕后，直流系统恢复过程如图3（a）所示，不同换流器在这一期间的运作状况如图3（b）和图3（c）所示。经过仿真计算，逆变侧交流母线在发生故障后，直流系统可以成功恢复，而故障恢复期间，整流侧与逆变侧两个串联换流器的对称运行特性也相对较为稳定[2]。
图3
五、控制偏移与解决
在仿真计算中，两个串联换流器控制系统的对称性相对较为一致，但根据具体的情况来看，系统两个串联换流器的测量却存在误差相同的现象。若控制系统I和II的测量误差为+0.2%、-0.2%，在没有其他影响因素的情况下，稳态时整流侧两个控制器会向着反方向调节电流，导致控制偏移的现象，两个串联换流器所具有的电压不会对称，而且两者的电压差异会逐渐递增，而逆变器由于通过定熄弧角控制，所以不会存在这类现象，图4为这类现象的控制原理图及仿真结果。
图4
在图4中，Ia指的是回路电流，Io为电流指令值，Ua与Ub分别为控制系统I和II的输出电压，为了能够解决这类问题，可以在控制回路中加入误差消除设计[3]。
结束语：±800kV特高压直流系统能够选择的运行控制策略为通过整流器控制直流电流、通过逆变侧控制直流电压、逆变器利用定熄弧角控制。特高压直流系统各端与各极两个串联换流器能够利用两个独立控制系统进行控制，控制系统中无须设计其他协调措施便可以具备较高的控制协调性。
参考文献：
[1]戴晨蓉.±800kV特高压直流工程换流器投退控制分析[J].科技创新与应用,2012:160-161.
[2]张阳.±800kV特高压直流输电控制保护系统分析[J].通讯世界,2017
[3]丁厦,陈飞,高炜,杨韦国.特高压直流输电换流阀控制系统应用[J].山东电力技术,2019:46-49.
[4]李然,孙毅,李伟,吕力,金铭. 特高压直流系统解锁异常故障分析[J]. 山东电力技术,2021,48(01):39-43.
[5]麦俊宁,严海健,郑星星,周登波. 特高压直流控制系统测量总线控制字配置不当的影响[J]. 电工技术,2020,(24):126-128.