整流器和逆变器的电流和角度控制方法

两端直流输电系统运行时最重要的运行参数是直流电流I_d和逆变工况时的关断角。图4-13示出了直流输电系统线路首、末两端整流器定电流控制和逆变器定关断角控制基本原理框图。图中定电流和定关断角控制系统由四个基本环节构成。

1）电流调节器。根据偏差量e的大小和正负值，改变输出的换流器晶闸管触发延迟角α。

图4-13中环节中为PI型相控整流工况电流调节器，其输出α₁（α₂）为定电流触发延迟角，设计α₁（α₂）与输入e（e=I_d∗-I_d）的函数关系为

2）关断角检测计算环节。输出关断角δ为指令值δ∗时所对应的换流器触发延迟角α_δ。

图4-13中环节为有源逆变工况时触发延迟角α_δ的计算环节，其输出α_δ按式（4-34B）由关断角指令值δ∗、运行工况的电压、电流检测值计算得到。

3）触发延迟角指令值α∗选择环节。从输入的α和α_δ中选择一个较小的α值输出：α∗=α或α_δ。图4-13中环节为触发延迟角指令值α∗选择电路，从其输入的两个量α₁（α₂）和α_1δ（α_2δ）中选一个较小的输入值作为输出触发延迟角的指令α₁∗（α₂∗）。

4）阀组控制器。图4-13中环节为变换器晶闸管触发脉冲形成电路。

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图4-13 定关断角和定电流控制系统框图

1.定电流控制

图4-13中当输电系统正向传输功率时，线路首端换流器在整流工况运行（α₁<90°），末端换流器在逆变工况运行（α₂>90°），首端电流偏差量（ΔI_d）开关器件S₁断开，末端处S₂闭合。这时若首端整流器运行时的电流指令I_d∗=I_r∗=1.0，则末端逆变器的电流调节器输入的电流指令I_d∗=I_r∗-ΔI_d=0.9；反之，当输电功率翻转（反向）时，末端S₂断开，末端整流运行时的电流指令值I_d∗=I_r∗=1.0，而首端S₁闭合，首端逆变运行电流指令为I_d∗=I_r∗-ΔI_d=0.9，即设计成无论首端还是末端换流器，在整流运行时其电流调节器指令电流都比换流器逆变运行时其电流调节器的电流指令大一个偏差量ΔI_d=0.1。从以下的分析可以得知，这种设计控制模式可使直流输电系统在运行参数调控过程中和运行工况改变时整流器和逆变器能协调控制和顺利过渡。

图4-13中要求线路首端换流器I运行在整流工况，其电流调节器的电流指令I_d^∗=I_r^∗=1.0，误差输入为e₁=I_d^∗-I_d=1.0-I_d，当稳态运行I_d=I_d^∗=I_r^∗=1.0时，e₁=0。PI（比例-积分）型电流调节器的输出α₁为定值α₁₀。整流器输出电压V_d1形成的I_d=I_d∗=I_r∗=1.0。若I_d≠I_d^∗=1.0，由式（4-42）可知，电流调节器在e₁=I_d^∗-I_d≠0作用下，改变α₁角使V_d1改变从而使I_d趋近于I_d∗。最终I_d=I_d^∗=1.0，e₁=0。α₁固定为另一新值。式（4-42）中α₁₀是t=0时α₁的初值。因此当稳态I_d=I_d^∗=I_r^∗运行的输电系统受到扰动，一旦I_d略大于I_d^∗（1.0）时，α₁从初值α₁₀不停地增大，使V_d1减小，I_d减小，I_d趋近I_d∗=1.0，最终I_d=I_d^∗=1.0，α₁=α₁₀+Δα（Δα>0）；当I_d<I_d∗时，α₁从初值α₁₀不停地减小，使V_d1增大，I_d趋近I_d∗，最终I_d=I_d^∗，α₁=α₁₀+Δα′（Δα′<0），即通过整流器的相控实现定电流运行：I_d=I_d^∗=I_r^∗=1.0。

在首端整流侧电流调节器靠改变触发延迟角α₁实现定电流运行的同时，α₁<90°，这时图4-13中换流器1触发延迟角α_1δ大于90°。这是由式（4-34B）可知，指令值δ₁^∗越大，α_1δ越小；换相压降相对值ΔV_L^∗越大，α_1δ也越小；实际系统中指令值δ₁^∗都不超过18°，系统正常额定电压、电流时ΔV_L∗仅5%左右，即使瞬时电流I过载1倍，电压V低一倍，换相电压降ΔV_L^∗也仅0.2左右，这时由式（4-34B）、式（4-34C）计算的最小值的α_1δ也仍为145°（这时δ₁∗=18°，换流重叠角γ₁≈17°，β₁=δ₁∗+γ₁≈35°，α_1δ=180°-35°=145°）。

由于α₁（<90°）<α_1δ（=145°），故图4-13中变换器I的触发延迟角指令α₁^∗=α₁，使变换器I按定电流整流运行。

2.定关断角控制器

图4-13中变换器Ⅱ的定关断角控制器的输入是关断角的指令值δ₂∗、交流电压V₂和电流I₂，由指令关断角δ₂^∗和运行参数检测值V₂、I₂，可按式（4-34B）计算出在交流电压、电流为V₂、I₂和关断角δ₂=δ₂∗下逆变运行时换流器晶闸管的触发延迟角α_2δ。α_2δ=180°-（δ₂^∗+γ₂），δ₂^∗、γ₂都为正值，故α_2δ<180°。由于首端换流器I在整流工况下定电流运行，使I_d=I_d∗=1.0，图4-13中换流器Ⅱ电流调节器的指令电流I_d∗=I_r∗-ΔI_d=0.9，使电流调节器的输入e₂=I_d∗-I_d=0.9-1.0为负值，由式（4-42）可知，e₂=I_d∗-I_d为负值，使α₂不停地增大，直到α₂为最大限值α₂=α_max≈180°，而变流器Ⅱ的关断角控制器的输出α_2δ=180°-（γ₂+δ₂^∗）<180°，由于α_2δ<α₂=α_max≈180°，所以，变流器Ⅱ的最小值选择环节选择了α_2δ输出α₂∗=α₂∗_δ，使逆变器在δ=δ₂^∗工况下定关断角逆变运行。