关键词： 高压直流输电；控制；应用
直流输电技术具有不同于常规交流输电的特殊功能和性能，在世界电力工业中得到了日益广泛的应用。我国从20世纪80年代以来，特别是三峡电站的开发和“西电东送”的实施，高压 直流输电的应用得到了飞速的发展。
直流输电控制保护系统承担着保证功率传输的准确、稳定，并保证换流站一次主设备安全运行和提高交、直流系统运行性能的重任。换流站控制保护系统是直流输电工程中的大脑和神 经系统，其作用十分重大。人们对控制保护技术极其关注。自20世纪50年代第一个直流输电工程投运以来，控制保护技术体系的演变总是处于相关技术的前沿并随之发展。由于电子器 件和计算机技术的发展和电网的需求，以及人们孜孜不倦地克服直流输电技术一些固有弱点 和弊病的成功努力，直流输电控制保护系统也取得了长足的发展，主要表现为：换流元件的 变化和进步促进了控制保护策略的改进和完善；控制保护功能及其系统性能的完善和进步以及实现控制保护功能手段（包括设备或装置的硬件/软件/信号传输性能的变化）的改进，进一步满足了电力系统的运行要求。
1 基本控制策略
截止目前，无论使用何种换流器，直流输电基本原理均是通过分别接于三相电路中的换流元件按顺序导通/关断而完成交流电流变为直流电流，称为整流端；反之亦然，称为逆变端。换流元件的导通时刻是以该换流元件所连接交流系统电压的相位过零点为参考点计测的，称其为点火角。各个换流元件导通时将各相关交流电压值移置至直流端而形成直流系统的运行电压。当交流系统参数不变时，不同点火角形成不同的直流电压值进而导致整流/逆变直流回路中直流电流值的变化，再由逆变器将直流电流分送到逆变端的交流系统中去，完成电力的输送。由此可知，换流元件的点火角是直流输电控制中最基本、也是最终的控制变量。
直流控制中必不可少的Vd—Id特性曲线，是针对不同工程所设计的基本控制策略的最重要的描述之一。它不仅描述了整流器/逆变器点火角对直流电压Vd和直流电流Id的影响；确定了直流输电系统的稳态工作点，即稳态运行参数；并且确定了直流系统在稳态、小扰动和动态过程中整流、逆变两端控制器的基本配合原则。
直流输电基本控制策略的关键始终是：
（1） 如何确定点火角。点火角的确定，至今仍然保持了经典的原则，即控制对象或取直流电流，或取直流电压，或取逆变侧换流器的电流安全关断时刻，以及点火角的限制因素。几种不同的控制策略分别形成了控制系统中典型的电流调节器、电压调节器和逆变侧熄弧角调节器。不同的供货商，根据交流系统的强弱程度及自己对直流系统控制保护要求的认识和研究结果，针对不同换流器和其他直流主设备应力设计以及控制保护设备本身的性能等因素来设计、确定两端调节器类型的配合和参数的匹配。各供货商的设计都不外乎是在这基本的控制策略中选择。如在三常直流输电工程中对稳态下整流/逆变两端的基本控制模式，ABB公司选择的是定电流/定熄弧角调节器，Alstom和西门子公司选择的是定电流/定电压调节器。
（2） 点火脉冲如何发生。点火脉冲的发生，首先要考虑如何与交流换相电压取得同步，其次要考虑是按相触发还是等间距触发。
要确保点火角度的控制精度，必须精确地确定点火角度每个轮回的计时（计数）的起始点。在早期（包括葛南直流输电工程），完成此项任务的锁相同步是采用硬件，即锁相倍频发生器。目前已发展为在数字信号处理器中采用软件方式完成，这使点火角的精度有很大的提高。
早期，点火角是采用按相触发控制，即换流器点火角的计时（计数）的起始点按照各自交流电压的相位为基准。其后果是如果交流电压瞬时产生畸变，三相电压不对称造成各换流器的触发脉冲之间不等距，这将导致交流系统流入更大的非特征谐波电流，甚至发生谐振。此外还将增大换流变压器的直流偏磁。因此，从20世纪60年代起，点火角均采用等间距控制，即控制系统以某相交流电相位为基准，按照点火角的控制指令发出触发脉冲，此后的触发脉冲均依次等距发出。
对于上述的基本控制环节，各直流工程虽然都沿用了典型的策略，但由于控制保护的整体软硬件体系，包括相关的测量和信号传输技术及性能的不同、设计的理念不同或由于研究深度不同，使得实际工程中点火角的不平衡度可存在±0.01°~0.25°的差别；直流电流的控制精度可有±0.2%～±1%的差别；直流功率的控制精度可有±0.4%~±2%的差别。
2 为满足交/直流系统动态性能要求的控制策略
直流输电控制，除了上述基本控制策略外，还具有多种为满足交直流系统动态性能要求的控制策略，以及保护性的监控和帮助系统自愈的功能，它充分体现了直流输电高速和灵活有效控制的优越性。
直流控制保护系统不仅能严格地将直流电压和直流电流控制在指令要求和限定范围内，还能将交流系统换相电压、交直流系统交换的无功、换流器的交流侧电压、换流器触发角极限，以及交、直流场断路器／隔离开关／接地开关的位置等作为其监控的对象。从物理意义看，直流控制保护系统除了要按时发出或关断触发脉冲外，还要对换流变压器分接头位置以及包括交、直流滤波器在内的交、直流场断路器／隔离开关／接地开关的分合进行控制。
这部分的控制策略必须充分依据直流主设备的规范和换流站设备的成套设计而制定。其主要功能总体可分为：
2.１ 降低和避免直流系统对交流系统造成的不良影响
由于直流输电换流技术机理本身造成的不可避免的两大问题是谐波和无功问题。通常，根据交、直流系统的性能安装适当容量和组数的交、直流滤波器/电容器组以及采用多脉动换流器来解决。
无功控制，也包括交流谐波控制，主要体现在对交流滤波器/电容器组的实时投切控制，是直流输电控制中一项必不可少的重要功能。三峡至常州直流输电工程的无功控制为分级控制方案：①优先级要确保在任一直流输送功率时，产生的谐波不使设计投入的绝对最小滤波器组容量越限，绝对最小滤波器组是运行的必需条件；②监测交流电压，当其超过设计限值时要切除交流滤波器；③监测送入交流系统的无功，当其超过交流系统允许最大限值时要切除交流滤波器，以避免产生交流系统过电压；④满足谐波滤波指标要求时的最小滤波器组数；⑤满足与交流系统交换无功大小，或以交流电压为控制对象的设计要求。按照上述5层控制原则，如果由于某种原因，滤波器/电容器组数或种类不能达到要求时，控制将执行下降直流功率直至允许值。这种设计思想将设备的容量安全和性能、交流系统无功输出和接收能力，以及交流电压动态变化等诸多因素均引入控制考虑范围内，其概念和层次清楚、全面，功能完善。
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