特高压直流输电系统的控制特性探讨

特高压直流输电系统的控制特性探讨

程波

国网江苏省电力有限公司检修分公司213100

摘要：在现代生活中，电力供应扮演着重要的角色。长期以来，电力供应网络都采用了交流电。由于交流电自身的特性限制，在超高压输电系统方面交流电系统存在着比较大的局限性。因此，建设特高压直流输电系统成为了人们关注的重点。为了推动相关系统的建设发展，本文通过分析特高压直流输电系统的伏安特性，对该类输电系统的常见现象和控制特性进行了研究探讨。这些研究对特高压供电网络的建设和直流输电系统的发展有着重要的意义，有很好的现实价值。

关键词：特高压；直流输电；控制特性

引言

供电网络对于现代生产生活的开展有着重要的意义。为了满足我国人民的用电需求，我国已经建设了基本覆盖全国的供电网络，并正在大力推动新型电力供应网络的建设发展。

由于直流电不能直接升压，远距离的电力传输受到了极大的限制。因此，供电网络一般都采用的交流电。随着技术的发展，实现特高压直流电供电系统的建设已经成为现实。与交流电相比，直流电输送相同的功率所需要的线材仅为交流输电的2/3~1/2，更为人们所青睐。因此，展开特高压直流输电系统的相关研究逐渐成为了热门研究课题。

本文拟通过分析特高压直流输电系统的工作特点和伏安特性，结合技术发展的特点，研究探讨该系统的控制特性。

一、特高压直流输电系统的伏安特性分析

长期以来，由于电压等方面的限制，直流电无法实现超远距离的电力传输，实际应用受到了很大的限制。进入新时代以后，直流电技术得到了很大的发展，已经具有了建设特高压直流电输电系统的技术基础。因此，直流电输电系统的相关研究又为人们所重视起来。

1.1特高压直流输电系统简介

特高压直流电输电是指电压在±800V或±750V及以上电压等级的直流输电及相关技术。在电力应用的初期阶段，直流电一直是人们输送和使用的主体。随着电力设备的推广，人们对于建设大范围电力供应网络的需求越来越高。直流电由于电压提升困难，很难实现长距离的低消耗传输，逐渐被交流电所取代。一直到特高压直流电相关技术发展成熟后，建设直流输电系统的工作才重新开展。

与交流电输电网络相比，特高压直流输电系统输送容量大，输电距离远，电压高。同时，特高压直流输电系统可用于电力系统的非同步联网，进一步拓展了其应用灵活性。另外，直流输电所需要的耗材等也相比直流电有了很大的降低。因此，特高压直流输电系统更加适用于超远距离的电力传输。

由于采用特高压直流输电系统要解决受端电网静态无功功率的平衡和动态无功功率备用的技术难题，也要面临电压稳定性的问题，特高压直流输电系统的建设、控制等受到了一定的限制。2017年8月，我国第一条专门为清洁能源外送而建设的特高压直流输电工程启动。

1.2特高压直流输电系统的伏安特性

随着特高压直流输电系统的应用，人们逐渐获得了相关的实际经验。输电系统的正常工作需要进行相关的控制活动，来调节系统的直流功率等属性，以满足人们的需求。而根据相关经验，特高压直流输电系统最好的控制方式就是在整流侧进行控制。而在这一过程中，涉及到了输电系统的伏安特性。

根据研究，特高压直流输电系统的整流侧伏安特性主要包括三类，这三种伏安特性曲线都会对系统的直流功率控制等产生影响。我们通过分析多方资料，对这三类伏安特性进行了总结。

三类伏安特性的共同点在于整流侧定电流控制和最小点火角限制，变化控制信息则包括逆变侧定熄弧角控制、定电压控制和逆变侧实施动态定触发跃前角控制。根据相关数据统计研究，这三类伏安特性在正常工作过程中都会对特高压直流输电系统的控制特性产生影响，具体表现为影响输电系统逆变侧的直流电压值。但三者的影响效果各不相同。为了满足输电系统的稳定性，即直流电流的恒定不变或者变化幅度最小，综合考虑影响，一般采用了第三种——逆变侧实施动态定触发跃前角控制。

二、特高压直流输电系统的控制特性

在实现了对特高压直流输电系统的伏安特性相关研究后，即可进行输电系统的控制特性研究。本文通过分析综合多方资料，对特高压直流输电系统常见的现象进行了总结，并分析了其中的原因。根据这些现象，我们提出了具体的现象克服控制方法。

2.1特高压直流输电系统常见现象分析

目前，特高压直流输电系统常见的现象是高低压换流器单元的工作工况严重不对称，具体表现为高压换流器的点火角不断增大，该单元的直流电流在持续减小。但在低压换流器单元却表现出分接头处于非正常的位置，从而导致了两个换流器所承担的电压严重不平衡。

造成该类现象的主要原因在于特高压直流输电系统的结构构造，如图1所示：

图1特高压直流输电系统结构构造图

通过分析输电系统的结构图我们可以发现，如果脉动换流器之间存在电流偏差，相邻的工作单元就会处于发散工况的状态。在这种工作状态下，高压换流器会根据工作要求，进行直流电流的降低工作。而低压换流器则会进行相应的补偿工作，增加直流电流。当两者达到一个极限值，就会发生上述的现象。

2.2特高压直流输电系统现象克服控制方法

针对上述现象，我们通过分析现有技术，对特高压直流输电系统现象克服的控制方法进行了总结，具体如下：

首先，利用统一的指令控制端实现对高低压换流器的电流值测量和相关指令发送。上述现象产生的重要原因之一就是高低压换流器之间存在一定的电流测量值偏差。如果采用统一指令的方法，不仅可以消除测量设备自身存在的偏差属性，也可以有效避免由于数模转换等现象引起的电流值偏差，从而阻止上述现象的发生。

同时，我们可以采用精度补偿的方法消除该部分电流值误差。具体方法是指在系统的补偿阶段，采用进一步控制的方法，进行电流值偏差消除工作。采用这种技术方法需要注意在实现电流值偏差消除工作的同时，也要注意对控制精度的把控，避免由于控制精度问题而引起的其它异常现象。

结束语

特高压直流输电系统会在未来的生活中发挥出重要的作用。由于技术方面的限制，特高压直流输电系统在控制特性方面存在着一定的问题。在本文中，我们通过分析特高压直流输电系统的工作特点和伏安特性，结合该系统经常出现的异常现象，对特高压直流输电系统的现象克服控制方法进行了研究探讨。这些研究对特高压直流输电系统的发展有很好的帮助。

参考文献：

[1]浙江大学直流输电科研组．直流输电[M]．北京：水利电力出版社，1982．

[2]赵畹君．高压直流输电工程技术[M]．北京：中国电力出版社，2004．

[3]陶瑜，龙英，韩伟．高压直流输电控制保护技术的发展与现状[J].高电压技术，2004．