高压直流输电起动暂态分析

本文依照高压直流输电工程启动顺序，根据换流器结构，利用晶闸管导通特性，对高压直流输电起动暂态过程进行深入分析，并将分析情况与实际工程起动过程进行对比，结果完全吻合。本文能为研究和深入学习高压直流换流器工作原理提供参考依据。

【关键词】高压直流输电 换流器 晶闸管 导通 起动 暂态 分析

高压直流输电工程在电力系统中已得到广泛的运用，主要是由于其远距离、大负荷输电损耗低、不增加电力系统短路容量、不存在交流系统稳定问题等优点。国家实施的西电东送、东西双赢战略在南方电网通过直流输电体现的淋漓尽致，创造了良好的社会和经济效益。

高压直流虽然被引进几十年了，但高压直流输电技术一些暂态过程尚未被分析出来。如高压直流输电起动过程，仅被描述成在触发角α=90°（或大于90°）的条件下，先解锁逆变器，后解锁整流器；逆变侧的直流电压调节器（或关断角调节器）按起动过程中对直流电压变化规律的要求，逐步升高直流电压至运行的整定值，与此同时整流侧的电流调节器按起动过程中对直流电流变化规律的要求，逐步升高直流电流直至运行的整定值。上述高压直流输电起动过程描述无法让我们真正了解起动过程暂态电流电压的建立，本文就是根据换流器结构、换相电压波形、晶闸管导通特性等对高压直流输电起动的暂态过程进行分析，并将分析结果与实践工程进行对比，结果完全符合。

1 换流器

要实现直流输电必须将送端的交流电转换成直流电，称为整流，而受端又必须将直流电变换成交流电，称为逆变，他们统称为换流，实现换流的设备称为换流器，因此换流器是高压直流输电的核心器件。

目前，±500kV换流站一个极的换流器是1个12脉动换流阀，即2个6脉动换流器换流器串联组成，接在两个6脉动换流器上的交流侧电压相位相差30°，主要是由于12脉动换流器运行所产生的谐波成分少，从而简化滤波装置。由于12脉动换流器是由两个6脉动换流器串联而成，因此可用6脉动换流器来进行原理分析，6脉动整流器、逆变器连接的直流输电原理接线图如图1。

图1中的V1、V2、V3、V4、V5、V6称之为6脉动换流器的阀臂，每个臂也称之为一个单阀。一个单阀一般由几十上百个晶闸管串联组成，为了制造方面，通常将单阀划分几个阀段。为确保晶闸管的运行安全，在每个晶闸管上并联了RC阻尼回路、直流均压电阻，每个阀段上并联均压电容，晶闸管级及阀段等效电路如图2。

根据晶闸管级及阀段的结构，我们可以将6脉动整流器、逆变器连接的直流输电原理接线图图1演变为工程实际的等效电路如图3。Z为RC阻抗、直流均压电阻和均压电容的等值阻抗， M、m为换流器器共阴极点，N、n为共阳极点。

2 高压直流输电起动过程分析

目前，高压直流输电工程广泛采用晶闸管换流阀，其导通条件是阳极对阴极为正电压和控制极对阴极加能量足够的正向触发脉冲。

加在V1、V2、V3、V4、V5、V6上的为三相交流电压如图4。

2.1 逆变器解锁前

由于晶闸管并联的RC阻尼回路、直流均压电阻存在，逆变器解锁前三相交流电接着三个等值负载，图3的m、n点为负载的中心点，理想情况下，m、n点电压为零。

2.2 逆变器解锁

根据高压直流输电起动要求，逆变侧先解锁。换流阀作为逆变器运行，换流器α角的工作范围为90°

在整流器未解锁时，下一时刻V2与V4换相。V2与V4换相必须是ewu电压为正，触发V4才能导通。由图4可以看出C4点到下第二个C1点之间触发V4均能导通。在整流器解锁之前，逆变器上半桥换流阀按照V2向V4、V4向V6、V6向V2，下半桥换流阀按照V3向V5、V5向V1、V1向V3周而复始的进行换相， Unm电压维持为负电压，等待整流器解锁快速建立直流电流。

2.3 整流器解锁

换流阀作为整流器运行，换流器α角的工作范围为0°

由图3可知，UMN电压减去线路压降加到逆变器n和m两端，而逆变器两端的电压Unm为负电压，因此直流电流将迅速建立起来，工程上一般设定为0.3pu，目的是防止直流电流断续。

整流器解锁后，直流电流迅速建立后，逆变器为防止电流上升过快，电压调节起作用，调整触发角度，产生一个Unm为正的电压来抑制电流增长速度，即Unm电压在整流器解锁后将发生极性翻转，之后Unm将按照设定好电压斜率升高电压到整定值。整流器则根据逆变器的电压，按照设定好电流斜率升高直流电流到整定值。

2.4 与实际工程试验对比

上述的高压直流输电起动暂态分析与实际工程的站间通信故障，通过电话，按照直流起动顺序，先解锁逆变器，在工程设计允许整流器等待解锁的时间（一般小于60秒）内解锁整流器，记录的波形完全吻合。

3 结论

本文按照高压直流起动过程的描述，依据晶闸管换流站的结构和其导通特性，从换流器解锁前，到逆变器解锁后，再到整流器解锁的整个过程中，详细分析了直流电压和电流的变化，清晰展现了高压直流输电起动的暂态过程，为技术人员研究和学习换流器工作原理提供了参考依据。

参考文献

[1]高压直流输电工程技术（第二版）[M].北京：中国电力出版社出版，2013：104，41-42，33，34.

[2]高压直流输电现场实用技术问答（第一版）[M].北京：中国电力出版社，2008：23.

[3] 高压直流输电基础（第一版）[M].北京：中国电力出版社出版，2010：27.

作者简介

莫世真（1979-），男，广西壮族自治区融水苗族自治县人。大学本科学历。现为中国南方电网超高压输电公司柳州局助理工程师，主要从事变电运行维护管理。

作者单位

中国南方电网超高压输电公司柳州局 广西壮族自治区柳州市 545007