摘要：在双极四阀组直流输电系统中，整流站同极双阀组换流器的触发角大小基本一致。当同极双阀组直流电压不平衡时，阀组电压平衡控制功能启动，会导致高、低端阀组换流器的触发角差异增大。本文对电压平衡控制功能的原理、影响触发角的一些因素及录波进行了分析，并简要介绍了直流分压器故障原因分析及处理过程。
关键词：换流器；触发角；电压平衡控制；录波；分压器
一、换流器触发角概述
近年来，直流输电技术在我国西电东送以及电力系统联网工程中起到了重要的作用，获得了突飞猛进的应用与发展。实现整流和逆变变换的装置分别称为整流器和逆变器，它们统称为换流器[1]。从晶闸管开始承受正向阳极电压起，到施加触发脉冲的电角度称为触发延迟角，用α表示，也称触发角或控制角。通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式[2]。
在双极四阀组直流输电系统中，整流站同极双阀组换流器的触发角大小基本一致。当同极双阀组直流电压不平衡时，阀组电压平衡控制功能启动，会导致高、低端阀组换流器的触发角差异增大。若两阀组换流器触发角差异过大，则设备发生了故障，需要及时处理，恢复系统正常运行。
特高压直流输电工程楚穗直流送端换流站±800kV楚雄换流站出现过极2高、低端阀组的触发角相差过大的情况。如图1，是站内极2高、低端阀组触发角波形图，蓝色为极2高端阀组触发角，为16°；红色为极2低端阀组触发角，为9°。两者相差7°，明显不正常，后续进行具体分析。
图1 高、低端阀组触发角波形图
二、触发角差异分析
2.1 换流器触发角计算过程
如图2所示，组控输出的触发角是由PI调节器产生。PI调节器的输入如图3所示，正常运行时，PI调节器的总的输入为：
（1）
式（1）中，YE为PI调节器的总输入，W1为电流误差，W2=0为定值，X1为从系统Follow up附加误差，X2=0为定值。
计算结果即触发角为：
（2）
式（2）中，Yn为PI调节器的输出，YEn为PI调节器的总输入，KP、TA、TN均为定值
2.2 影响因素分析
在定电流控制方式下（PI调节器的输入误差为电流误差），影响PI控制器输出的因素有以下几点：
图2 阀组控制功能概览
图3 换流器触发角计算模块
1）电流参考值改变；
2）电流反馈值改变；
3）从系统的触发角follow up功能。
其中1）、2）主要影响W1的输入，3）主要影响X1的输入，X1的输入在正常情况下只有从系统有效，主系统的X1输入一直为0。
2.2.1 电流参考值
如图2，高低端组控的电流参考值是由极控同时下发，大小相等，在进入组控后还需要加上电压平衡控制模块输出的电流调制量。如图4，阀组电压平衡控制功能属于电流控制的一部分，它采集一个极的两个串联阀组的出口电压，根据两个串联阀组的出口电压差对电流参考值进行修正，从而保持两个串联阀组运行电压差一致。其输出量在录波中的位置为：在组控录波中“GC_DC_CUR_REF_P1”，若此值不为0，则代表功能启动，参与触发角的调节；否则代表功能不启动，不参与触发角调节。
图4 电压平衡控制功能原理图
正常运行时，高低端两个阀组的直流电压相等，电压平衡控制模块输出的电流调制量为0。如果出现两阀组直流电压不平衡，如UdH-UdM大于UdM-UdN时，P调节器的输出为正，此输出取反后送给高端阀组组控，使高端组控的电流参考值减小，以增大高端阀组的触发角；送给低端组控值为正，使低端组控的电流参考值增大，以减小低端阀组的触发角。
综上，电压平衡控制模块启动的原因是控制系统反馈的两个阀组的出口压差存在差异。由于出口压差的计算方法是UdH-UdM和UdM-UdN，这三个光PT的测量值都会影响最终结果。
如图5和图6，同一时间段，极控送过来的电流参考值大小相等，也不存在时差，但是电压平衡控制模块的输出间歇性的参与触发角调节。
综合分析可以得出，UdM的测量值偏小后，控制系统判断低端阀组判断阀组出口直流电压偏低，高端阀组判断阀组出口直流电压偏高。低端阀组降低触发角数值，高端阀组增大触发角数值。高低端阀组控制系统的一升一降导致两阀组的角度差的出现，符合图1的触发角波形图。
图5 电流参考值输出
图6 电压平衡控制模块输出
2.2.2 电流反馈值
查组控程序可知Id的反馈值正常时使用的为IdCH。由测量系统的构成可知，组控中的IdCH与组保护中相应系统的IdCH是从同一TDM总线上来。如图7，从录波可以看出高低端阀组反馈回来的IdCH基本一致（高低端阀组组控系统1为主系统）。
图7 高、低端阀组IdCH电流
2.2.3从系统的触发角follow up功能
此功能只对从系统有效，主系统无效。此功能是将主系统经最小值选择后输出的误差通过系统间的冗余更新功能送给从系统，影响从系统的触发角。阀组控制系统主从系统切换前后，通过分析发现极II高低端阀组的阀组控制系统两两一致，排除由于单套控制或测量系统故障导致的设备异常。
综上所述，触发角差异的主要原因可能是电压平衡控制模块启动所致，如需要确认故障的位置及原因还需要进行多维度分析。
三、直流分压器检查处理
3.1 直流分压器原理
如图8所示，直流分压器采用了阻容式分压原理，从直流高压母线上获得所需的电压量。直流分压的绝缘主要是依靠阻容分压器实现的。图中的直流分压器（HVDC divider）和衰减器（attenuator）将电压调整到适合光电转换模块（OPTO5）测量的电压范围之内。在整个电路中还并接了F避雷器和F1稳压管用于保护OPTO5不受过电压的冲击。
图8 直流分压器电路原理图
3.2 数据多维度分析
本次多维度数据分析比对分析了电压、电流、触发角角度等电量数据还分析了环境温度等其他因素。如图9，为各阀组触发角角度同环境温度的对比分析，其中红色为环境温度，蓝色为极2高端阀组触发角角度，绿色为极2低端阀组触发角角度。通过对温度和触发角角度间的趋势分析发现：极II高低端阀组触发角角度差异在环境温度上升后增大，在环境温度降低后缩小并趋于一致。温度-触发角的趋势分析可以将导致设备异常的范围确定到户外的高压设备，尤其是高压测量设备。通过一系列的排除和综合分析之后，将导致异常设备锁定为极2高低端阀组间的Udm分压器。分压器安装位置如图10所示。
图9 各阀组触发角角度同环境温度的对比分析
图10 Udm分压器安装位置示意图
3.3 检查处理
现场检查处理情况如下：
1）对分压器接线盒开盖检查后发现接线盒内部的吸湿剂出现部分变色，现场将失效的吸湿剂进行全部更换；2）接线盒内壁有水珠，使用吸水纸将接线盒四壁及底部附着的水滴进行清理，使用热风枪对接线盒内部的设备进行合理干燥处理，经过处理去除接线盒内部的水分；3）由于当地雨量充沛，为了确保接线盒内部干燥防止再次出现测量误差，对分压器接线盒加装了防雨罩。
结合对温度和触发角角度间的趋势分析及直流分压器接线盒的现场检查结果可知：在正午时分阳光直射，接线盒内温度升高。盒内水分蒸发空气绝对湿度增大，光电转换模块的电阻电容等元器件的参数发生变化导致测量值减小。晚上日照减弱和气温降低盒壁的温度下降，盒内空气遇到温度较低的盒壁后达到露点。空气中的水蒸气变为固体水附着在盒壁上。伴随空气绝对湿度的降低光电转换模块参数恢复正常，测量的电压值恢复正常。以上分析结果解释了异常初始阶段对触发角-温度进行多维度分析发现的触发角同环境温度的规律。
四、总结
本文针对同极高、低端阀组换流器触发角存在差异的情况，通过对阀组控制功能、电压平衡控制功能及故障录波进行分析，同时结合数据多维度分析和现场检查情况，有效的指导了异常原因的范围确定。本文仅分析了UdM的测量值偏小时触发角差异情况，未对影响阀组出口压差的三个光PT，即UdH、UdM、UdN的误差（偏大或偏小）导致触发角差异的过程逐一进行分析。此外，光PT测量中出现较大的谐波分量较大特征谐波和非特征谐波分量，特征谐波可能与高低端阀组的触发角差异有关，非特征谐波与换流变变比、触发角差异、阻抗差异等因素有关[1]，本文不做分析。
参考文献
[1]赵婉君.《高压直流输电工程技术》.北京：中国电力出版社. 2004.
[2]王兆安，刘进军.《电力电子技术》.北京：机械工业出版社. 2009.
论文作者:向光良
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：阀组论文; 电压论文; 低端论文; 电流论文; 系统论文; 参考值论文; 如图论文; 《电力设备》2018年第24期论文;