引言

在我国电网的发展中，特高压直流输电发挥着关键作用。其中，控制和保护是保证传输电源正常运行和传输电源安全的关键。±800kV特高压直流每极均采用串联和母线连接方式，各电极工作方式灵活完整，对保证其工作性能起到很好的辅助作用。

1直流输电简介

1.1直流输电系统

目前，直流输电系统通常采用两端直流传输，包括整流站、直流线路和逆变站。

1.2换流技术

换流站的关键部件是换流器，包括一个或几个换流器，其电路为三相换流桥，主要材料为晶闸阀。其基本工作原理是控制桥式阀门的触发时间，实现直流电压瞬时值、电阻上的直流电流和直流传输功率的调整。同时，对每个桥式阀门的晶闸管单元进行同样的触发脉冲控制。

2高压直流输电的特点

特高压直流输电的特点包括：

①增加传输能力，增加传输距离。

②节省了线路走廊和变电站的空间。

③有利于联网，简化网络结构，降低故障率。

3直流输电控制系统分层冗余结构

UHVDC是指超过600kV的直流输电系统，其控制和保护系统是分层、分布式、全冗余的。±以800kV特高压直流工程为例，按控制等级分为三个层次：操作人员控制层、过程控制层和现场控制层。

4为满足特高压交直流系统动态性能要求的控制技术

4.1减少和避免直流对交流系统的不利影响

由于换流技术的机制存在两个主要问题：谐波和无功。传统的方法是安装适当容量和数量的直流滤波器/电容器，并使用多脉动变流器。

三常工程无功控制分为以下几个阶段：

①优先级应确保任何直流输电产生的谐波不超过设计输入的最小滤波器组（操作条件）的能力；

②当监测交流电压超过设计限制时，将其截断；

③当监控输入AC系统的无功功率超过允许极限时，为防止过电压，切断AC滤波器；

④最小滤波器组数达到谐波滤波器指标；

⑤满足与AC系统进行无功功率交换或以AC电压为控制目标的设计要求。

根据上述原理，当滤波器/电容器的数量或类型未达到所需数量时，控制器将直流电源减少到许可范围。

此外，无功控制还包括QPC函数、r-在防止或减少交流系统影响的同时，直流控制也在保护装置中发挥着重要作用。

4.2减少和避免交流对直流系统的干扰

交流系统的电压对换流器、换流器和DC系统的性能设计具有重要意义。它的起伏不仅会直接影响着火角度的控制，还会导致DC系统的换相电压下降，从而危及变压器和换流器的绝缘安全。换流变压器的分接控制是解决上述问题的关键问题，其主要功能是通过换流变压器充电前后和DC增压/升流后的分接位置来确定。一般来说，为了防止换流变压器阀端电压因交流系统的电压波动而不发生变化，使其阀端电压不稳定。在三常工程中，考虑到一次装置的设计余量，开关控制的最高优先权应是保证变压器阀端的无负载电压不超过设定的上下限。同时，设计的控制器还涉及到交流和DC系统动态运行过程中的稳定性。

如果交流系统出现故障，使其电压过低，特别是在逆变器端，会使换流器的换相失效，导致直流系统短路，直流系统停止运行。一般来说，在DC控制中，换相失败的故障电流电压在10毫秒左右由稳压器降低到或低于标称，以保持交流系统的干扰。允许持续时间的长度与逆变端交流电压的下降幅度和整流侧点火角的大小有关。在三常工程中增加了换相失效预测控制功能，基于交流电压的零序成分和向量变化程度α/β成分，预测单/三相AC电压失效，从而增加逆变器一侧的熄弧角，从而避免掉相失效。当整流侧AC电压下降，导致火灾角度达到下限，无法调整DC电流，然后将电流调整到逆变器侧时，DC控制电流余量补偿函数将增加整流/逆变器两端的电流调节器命令值，确保DC不受AC电压干扰，避免干扰过程中DC传输功率下降。

DC电流不仅要避免过大电流引起的设备过载，防止过小电流间歇引起的过大电压，还要受到稳定工作电流的限制。当AC系统的电压干扰引起DC电压不稳定时，电流调节器会将DC电流调节到恒定的工作状态。在这种情况下，为了减少DC的调节量，提高系统的稳定性。一般来说，DC控制中有一个低电压的电流限制来实现这一功能。

4.3通信故障时提高系统动态性能的控制技术

为了传递整定值、保护、顺序控制等设备的状态信息，在远程直流输电项目中，各终端之间的通信通道必须快速可靠。为了提高直流输电系统的可靠性，断开通信通道后，三常电工程仍允许整流侧根据直流或直流电流指令，逆变侧根据测量电流作为基准指令，实现电源和电流的自动控制。只有预定了变化率，以确保两个终端的安全匹配。当逆变器侧系统需要紧急关闭时，采用DC序列控制，实现逆变器侧旁路对闭锁和整流侧直流欠电压的保护。

4.4直流附加控制

一般来说，DC工程的控制和保护系统中有额外的控制。三常工程采用四种不同的传输函数形式，对其进行典型的控制，如：

①根据交流系统的电压下降和额定频率，调制直流电源，实现交流系统故障的恢复。

②根据远程控制中心或DC控制系统对外部信号的反应，以适当/快速的速度提高或降低DC传输功率，停机，甚至实现趋势倒置。

③DC电流工作值通过远程控制中心或DC控制系统对外部信号的反应，以适当的速度上升或下降。

④一个调制量可以加到直流电压上。

5.满足交直流系统暂态性能要求的保护技术

为了满足交流和直流系统的暂态特性，应充分考虑各种短路、过流、开路、各种异常情况和干扰，并设置相应的保护和监控功能。该装置的主要功能是保护换流站内的所有直流设备，以便在故障和异常情况下迅速切断系统中的短路和不能正常工作的设备，以确保直流系统的安全。该装置包括：换流阀、直流场装置、直流线路、接地线、换流变压器等。

三常直流输电线路的二次冗余保护由换流阀保护、极保护、双极保护和换流变压器保护四部分组成，其中控制保护主机1和2中的第一组和第二组保护结构。当发生重大故障时，不能使用两种不同的保护原理时，应按照相同的原则在不同的主机上进行保护。保护启动控制系统的开关是这样操作的：当一个有效的系统1或2的保护检测到故障（阀门短路保护除外）时，重用控制系统总是激活另一个系统；如果其他系统也有安全输出，则将有安全断开命令。

6结束语

随着现代经济的发展，对电力的需求越来越大。特高压直流输电已成为我国电网智能化、现代化建设的关键技术，具有容量大、适用于长距离传输的优点。要充分发挥特高压直流系统的性能和稳定性，必须保证其高效运行，提高其灵活的运行模式。因此，研究特高压直流输电的控制和保护技术尤为重要。本文主要介绍了直流输电系统及其换流技术在特高压大电网、交直流并网等具体项目中的应用±800kV特高压直流输电工程系统阐述了其分层冗余结构，最后提出了相应的控制和保护技术，以更好地保证特高压直流输电的整体稳定性。