作者简介：黄鸿亮（1975—），男，湖南人，硕士，主要从事电力企业经营管理工作。
摘要：随着电力电子技术、计算机技术和控制理论的迅速发展，使高压直流输电技术日趋完善。在典型的交直流系统的运行方式下，文章对各种直流调制方式进行了分析。直流调制可利用交流系统的信号来控制直流系统的运行，这些信号可以是频率、电压幅值、电压相位或功率信号。交直流混合输电系统中，利用直流调制将提高交流系统的动态稳定性能。
关键词：高压直流输电；直流调制；稳定性
1引言
在特定条件下，如大功率远距离输电、海底电缆和交流系统间异步连接等，高压直流输电的优点超过了交流输电。
1954年HVDC输电首次商业性成功应用于瑞典大陆和哥特兰岛之间的输电线路。这套系统采用汞弧阀，通过90km的水下电缆供给20MW的功率。从此高压直流输电得到了稳定发展。随着晶闸管阀的出现，高压直流输电更具吸引力。第一个采用晶闸管阀的HVDC系统是于1972年建立的依尔河系统，它是连接加拿大新不伦威省和魁北克省的一个320MW的背靠背直流输电系统。我国第一个远距离、大功率的直流输电系统是1989年投运的葛洲坝—上海直流输电系统，该系统采用500kV双极联络线，额定容量为1200MW，输电线路为1080km。
南方电网是我国第一个交直流混合大电网系统，天生桥—广州直流输电系统全长960km，额定输送功率为1800MW，额定电流为1800A，采用500kV、12脉冲双极双桥。
高压直流输电系统是高度可控的，其有效的运行依赖于这种可控性的正确应用，以保证电力系统有期望的性能。高压直流输电系统采用各种分层控制方式，目的在于提供高效稳定的运行和功率控制的最大灵活性，同时保证设备的安全。
2HVDC运行原理及控制特性
考虑如图1（a）所示的直流输电联络线，相应的等值电路图如图1（b）所示:
高压直流系统通过控制整流器和逆变器的内电势（Vdorcosα）和（Vdoicosγ）来控制线路上任一点的直流电压及线路电流（或功率）。这是通过控制阀的栅/门极的触发角或通过切换流变压器抽头以控制交流电压来完成的。
在高压直流输电系统中，基本的控制量是整流器控制的直流电流和逆变器控制的直流电压。这种控制方式下的直流系统缓冲了一个受扰动的交流系统对另一个交流系统的影响。但是，它也阻碍了有利于维持交流系统稳定的同步功率的传输。实际上，从交流系统看，直流换流器是一个对频率不敏感的负载，这可能产生系统摇摆的负阻尼。在系统摇摆期间，直流系统甚至可能吸收过多的无功功率，而导致电压崩溃。因此常常需要附加直流调制来拓展直流系统的控制能力，以提高交流系统的动态性能。
3直流调制基本原理
直流调制采取自交流系统的信号来调节直流量。这些信号可能是频率、电压幅值和相位以及潮流。
3.1定电流调制的基本原理
定电流调制的方框图如图2所示。它的基本原理是将直流电流互感器测得的世纪直流电流Id与整定值（电流指令）Id0进行比较，再将误差ε=Id0-Id进行放大。放大器的输出用来控制相位控制电路，使触发角改变，以减小电流误差值。对于整流状态，如果测得的电流小于整定值，必须减小α角，以升高整流器空载电Vd0cosα,使电流增大。如实际电流偏大，则必须增大α角。在逆变工作状态下，实际电流小于整定值时，必须减小逆变器空载电压Vd0cosβ，即增大β角。因β=180o-α,所以触发相位移动的方向和整流状态是一致的。也就是说同一个电流调节器对整流和逆变两种状态都适用，不必改变接线。
3.2定功率调制的基本原理
图3是定功率调制方案之一。功率调制装置一般不直接去控制换流器触发脉冲的相位，而是以定电流调制为基础，通过改变电流整定值的方法来实现功率的调制。
功率调制的原理是将测量得到的功率与功率整定值P0进行比较，把误差ε=P0-P放大后，附加到电流整定值上，这相当于改变电流的整定值。再通过电流调节器的调节，改变系统的电流，因而也改变了输送功率，最终使误差ε等于或接近于零，以保持交流侧功率为定值。
3.3双侧频率调制的基本原理
频率调制的原理也是以定电流调制为基础，引入频率调制信号来改变电流的整定值，从而调节直流系统输送的功率，使被调节系统的频率保持定值或在允许范围内。
双侧频率调制的原理框图如图4所示。设系统1和系统2的额定平率各自为f1e和f2e，正常时直流功率由系统1向系统2输送。两侧的频率变换器测出各自的相对频率偏差和，把它们送到频率装置，形成调制信号：
④
式中Δf1=f1-f1e；Δf2=f2-f2e；K1和K2分别为系统1和系统2频率变化时直流功率的调制增益。调制信号ΔPF加到功率调制器，用以修改功率整定值，功率调节器便相应地改变直流功率，使两侧频率得到调节。
4直流调制的作用
HVDC输电系统的运行受发生在直流线路、换流器或交流系统上的故障影响。故障的影响通过换流器控制的动作反映出来。在交流系统中，用继电器和断路器来检测和消除故障。与之鲜明对照的是，大多数直流系统的故障可以自己消除或通过换流器控制作用来消除。因此对于交流系统以及直流系统故障，HVDC系统要有满意的响应，换流器起着决定性的作用。直流调制可拓展直流系统的控制能力，提高交流系统的动态性能。可明显其到如下作用：
①增加对交流系统机电振荡的阻尼；②提高交流系统暂态稳定性；③抑制交流系统的次同步振荡；④隔离交流系统之间的干扰；⑤孤立小系统的频率控制。
5结论
对于交流系统的暂态扰动，直流系统的影响通常比交流系统快得多，直流系统或者通过直流调制快速改变输送功率以抑制扰动；或者闭锁，直到交流系统恢复足以允许重新启动和恢复功率。
对于三相故障，整流侧换相电压将下降。这引起整流器直流电压下降，继而电流下降，电流调节器减小α角，通过增加电压来恢复电流，当α达到αmin极限后，整流器转为恒定触发角控制方式。整流器将电流控制转移给逆变器，逆变器的电流指令在数值上等于整流器的电流指令减去电流裕度。如果低电压持续，变压器抽头将动作，以恢复直流电压和电流到正常值，根据电压降低的多少，直流系统可以调节电流和输送功率的大小。
对于不对称故障，直流电压的波纹会比正常运行时高。增加直流调制后，可增加对交流系统的阻尼，减小交流系统功角、频率、母线电压和潮流的振荡幅度，还可以减小交流系统谐波比重。提高交流系统的暂态稳定性能。
直流系统本身是一个无功负载，直流调制过程中对整流侧触发角和逆变侧熄弧角的调节需要无功支援，发生失磁故障后，系统的无功将减少，直流调制将失去系统的无功支持，所以直流调制对失磁故障的调节作用很小。
参考文献：
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