高压直流输电系统分析的一些要点

　　1、换相失败

　　换相失败是直流系统比较关键且常见的故障。

　　当换流器做逆变运行时，从被换相的阀电流过零算起，到该阀重新被加上正向电压为止这段时间所对应的角度，也称为关断角（熄弧角）。如果关断角太小，以致晶闸管阀来不及完全恢复正常阻断能力，又重新被加上正向电压，它会自动重新导通，于是将发生倒换相过程，其结果将使该导通的阀关断，而应该关断的阀继续导通，称为换相失败。

　　换相失败主要原因是交流系统故障，其使得逆变侧换流母线电压下降。在一定的条件下，有些换相失败可以自动恢复。但是如果发生两次或多次连续换相失败，换流阀就会闭锁，中断直流系统的输电通道，在严重的情况下可能会出现多个逆变站同时发生换相失败，甚至导致电网崩溃。

　　换相重叠角的影响：当β>γ时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。如果β<γ时（从图右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（VT2）会关断，而应关断的晶闸管（VT1）不能关断，最终导致逆变失败。

　　2、无功补偿

　　直流系统的无功计算，也是要分为常规计算和系统仿真两部分。

　　采用普通晶闸管换流阀进行换流的高压直流输电换流站，一般均采用电网电源换相控制技术，其特点是换流器在运行中要从交流系统吸取大量的无功功率。与交换的有功功率成正比，在额定工况时整流装置所需的无功功率约为有功功率的30%~50％，逆变装置约为40%~60％。

　　常规计算的话，换流器消耗的无功功率可由下式表示：

　　P为换流器直流侧功率，MW；φ为换流器的功率因数角；μ为换相角；α为整流器触发角。当换流器以逆变方式运行时，式中的α用γ代替，γ为逆变侧关断角。

　　当然具体工程中，无功配置还涉及各种无功分组方案的比较，感性和容性都要考虑，但一般来说感性无功主要考虑小负荷方式无功过剩情况，很多时候计算出来是不需要配的。

　　然后就是系统仿真校核工作，就是用电力软件仿真各种工况下稳态和暂态的运行情况，故障方式下的稳定情况。

　　提供所需无功功率最节省的方法是使用并联电容器组。既然无功随着所传输的直流功率变化，就必须提供可切换的适当容量的电容器组，以便稳态直流电压在各种负荷水平下保持在可接受范围（通常±5%）。如果发电机在直流端附近，则对处理部分无功功率需求和保持稳态电压在可接受范围内是很有用处的。对于弱交流系统，或许有必要以静止无功补偿器（SVC）或静止同步补偿器（STATCOM）提供无功补偿。

　　3、谐波抑制

　　换流器在交流侧和直流侧都要产生高次谐波。换流装置对于交流侧是一个谐波电流源，对于直流侧则是一个谐波电压源。交流侧特征谐波举例如下。

　　在理想工况的运行下，系统存在特征谐波。但是实际直流输电工程的运行工况不可能是理想的，因此还存在非特征谐波。

　　换流站谐波抑制措施主要有两种：

　　4、直流调制

　　直流输电系统调制功能属系统控制层次的一种控制功能。

　　它利用直流输电系统所连交流系统的某些参量，对直流功率或直流电流、直流电压、换流器吸收的无功功率进行调整，借以充分发挥直流系统功率的快速可控性，改善交流系统运行性能。一个直流输电系统是否需要设计某种调制功能，完全取决于它所连接的交流系统的需要，因而每个工程都可能不一样。常用的调制功能有：(1)功率提升(或回降)，(2)频率控制，(3)阻尼控制。

　　简单地总结这四种调制。

　　功率提升(或回降)：当受端(或送端)交流电网发生严重故障时，有可能要求直流系统迅速增大(或减小)输送的直流功率，支援受端(或送端)电网，这种调制功能也称为紧急功率支援。

　　频率控制：利用直流输电系统功率的快速可控性，调节所连一端或两端交流系统频率，共同利用两端交流系统热备用容量。

　　阻尼控制：这点工程中还是比较关注的，即利用功率的快速可控性用于组你控制。如阻尼所连交流系统中的次同步振荡，阻尼低频功率振荡等。主要过程如下：