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高压直流输电工程的系统调试是工程建设的最后一个环节，用于验证工程项目的整体性能及接入电网系统的适应性。试验项目包含投运后可能会出现的运行接线方式，也人为的设置一些故障的试验项目，目的都是先行检验。调试的成果之一是收集电气量录波，通过对其分析得出试验结论。
触发录波时通常高压直流的电压电流值急剧变化，和控制导致的触发角复杂变化相关联，期间出现换流器单阀间歇导通、两阀间歇导通、阀换相导通产生连续电流的情况。文献[1,2,3]是基于连续电流工况的原理分析。文献[4,5,6,7,8,9,10]主要对阀及组件的暂态过程进行分析，未对阀通断转换的条件进行分析。国内对于前两种情况所做的理论分析工作呈现空白状态。需要运用电路理论和电力电子技术对换流器的电路进行分析。本文以某一特高压工程单个低端阀组闭锁时的逆变侧电气量录波图为例，首先对此过程中形成的特殊电路进行理论上的分析，利用分析的结论来解释录波图的电气量变化的机理。
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逆变侧闭锁时的电气量录波图如图1所示，其过程可分为五个阶段。第一阶段，电流由运行值降为零，电压由-400 kV变为-290 kV，触发角157°不变，过程时间几个毫秒；第二阶段，有间歇性小电流，电压保持-290 kV，触发角157°不变，延续时间100 ms；第三阶段，电流由零上升到将近500 A再降为零，电压由-290 kV变为零又升到反向的几十千伏，触发角复杂变化，先稳定后移相减少到90°；第四阶段有间歇性小电流，电压从几十千伏到接近一百千伏波动，触发角由90°又移相增加164°，延续时间近100 ms。第五阶段电流为零，电压稳定在几十千伏，触发角164°，延续时间很长。
图 1 逆变侧闭锁时电气量的录波图
Figure 1. Recording of electric quantity when the inverter is deblocked
为了解释上述现象，需对换流器电路进行研究，特别是换流器单阀间歇导通的工作状态，并结合阀组补脉冲功能，以揭示其中机理。上述的过程出现了逆变侧十二脉动桥外加电容性质直流电压的电路，触发角先稳定后移相减少到90°又移相增加，以此为例进行理论分析。
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以逆变侧六脉动桥外加直流电压为例进行分析[11,12,13,14,15,16]，所加电压极性和运行时相同，即换流器共阳极为正共阴极为负，如图2所示。交流电压波形如图3所示。
图 2 逆变侧六脉动桥外加直流电压图
Figure 2. Inverter side six-pulse bridge connect DC voltage
图 3 交流电源电压波形图
Figure 3. AC voltage waveform
假设三相交流电源平衡，其中性点为零电位参考，外加直流电压为Ud。用电路理论的叠加原理分析可得，在阀被触发前，桥阀共阴极电位为：
((1)) 共阳极电位为：
((2)) 如果触发角为α，设定A相阀1为第一个触发阀，触发时其阳极电位即为A相电源电压：
((3)) 式中：Eφ为电源相电压有效值。
阀1阴极电位为-0.5Ud，这时阀1导通的条件为阳极电位大于阴极电位，否则阀不导通。
如果触发角α小于160°，外加一定的直流电压，比如Ud＝(0.5～1)Eφ，使阀1出现正向偏置，这时阀1会导通。产生电流路径为：换流变A相电源经阀1至外加直流电源至阀2、4、6的RC回路，再经换流变A、B、C相电源回到中性点。这个过渡过程待RC回路的电容充电完成后结束，同时阀1截止，时间大约为RC回路时间常数的3倍，3τ＝3RC＝150 μS，相当于2.7°电角度。这时N，M点电位：
((4)) 式中：δ0＝2.7°。
((5)) 不考虑RC回路的电容上的电荷经截止的阀放电，则N，M点电位将保持到阀2触发之前时刻。
类似分析，经过60°电角度相应的时间，阀2触发导通，随后截止，这时M，N点电位改变：
((6)) ((7)) N点电位改变可能会使阀1产生补脉冲导通。阀基电子设备对于电流不连续工况设计了补脉冲功能，在控制脉冲信号的有效窗口时间内，通常相当于120°电角度的时间，阀截止后又检测到有正向偏置电压，则按一定规则再发点火脉冲。
阀1产生补脉冲导通的条件是有正向偏置电压，即：
((8)) 或：
((9)) 阀2触发瞬间：
((10)) 如果阀2触发导通尚未截止阀1即产生补脉冲导通，那么就出现两阀导通的工况。
如果两阀导通的工况能延续到阀3触发和阀1换相，则出现连续电流。需要的条件是外加直流电压大于逆变侧换流器的直流平均电压，不考虑换相损失的值为：
((11)) 现有的教材专著有详述。
可以运用上面的结论分析一种特殊的情况，即出口端短路。相应Ud＝0，如果触发角α<120°则Uca<0，满足Ud>Uca，那么就出现两阀导通的工况。如果触发角α小于90°则UI<0，满足Ud>UI，则出现连续电流。
对于十二脉动换流器这方面过程和六脉动换流器有较大的差异，同样可用电路理论的叠加原理分析，所得结论类似。
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第一阶段由整流侧移相引起，可用一个简化的电路分析，如图4所示。电路中间的电容为整流逆变站间电容的综合，包含直流滤波器电容和线路电容，以这个电容为界将直流系统分为整流和逆变两部分。正常运行时整流和逆变的电流相等，三个电压值接近。闭锁后整流侧移相，UR变小后变负，LR两端电压变负，数值可达直流电压的两倍，而LI两端电压变负，数值为电容电压的变化值。可知整流电流急剧减少而逆变电流缓慢减少，差值部分由电容放电补充。整流电流先到零其阀先截止，逆变电流后到零阀后截止，电容停止放电，电压保持，这是录波第一阶段电压由-400 kV变为-290 kV的原因。
图 4 高压直流的简化电路
Figure 4. Simplified circuit of HVDC system
第二阶段可应用上节的结论进行分析。此时系统电压为532 kV，换流变抽头为5，每个档位变比1.25%，额定变比525/161.2 kV，可以计算出换流变的阀侧空载电压154 kV。由直流电压-290 kV除以2得到六脉动桥出口对应的直流电压为145 kV。
按照上节推导，触发角157°，阀2触发时：
((12)) ((13)) Ud＝145 kV>Uca＝131 kV出现两阀导通的工况。逆变侧换流器的直流平均电压：
((14)) ((15)) 大于六脉动桥出口所加的直流电压，不出现连续电流，只是出现两阀间歇导通的工况。相应波形图上呈现间歇性电流而外加电压不变。
第三阶段电流由零上升到将近500 A再降为零，电压由-290 kV变为0 kV又升到反向几十千伏，触发角开始移相减少到90°又移相增加到164°。
由录波图选取需要的电气量填入表1，又按公式(16)计算触发角α下的逆变直流平均电压：
表 1 逆变侧闭锁时电气量变化表1
Table 1.
Electrical quantity when the inverter side is locked Tab.1 时间点/s 六脉动Ud/kV 直流电流Id/A 触发角α/(°) 六脉动UI计算值/kV 备注 0.155 142.0 20.4 154.0 188.40 没有连续电流 0.167 140.0 67.0 138.3 155.20 没有连续电流 0.175 127.8 73.7 125.2 119.80 有连续电流 0.180 114.0 146.8 120.7 107.80 有连续电流 0.185 91.0 241.3 113.3 83.75 有连续电流 0.190 49.8 442.3 106.0 59.60 有连续电流 0.193 37.8 429.9 103.0 49.10 有连续电流 0.196 9.0 462.3 97.3 29.60 有连续电流 0.200 -2.2 330.0 91.0 1.64 有连续电流 0.207 -13.0 77.0 90.4 0.00 有连续电流 0.208 -19.0 3.4 90.5 0.00 没有连续电流 ((16)) 填入表1，阀侧空载交流线电压为：
((17)) 根据换流变的参数算出：
((18)) 移相开始时触发角α减少，UI减少而Ud不变。当Ud>UI时出现连续电流，外加电压Ud因电容放电而下降，随着触发角α减少UI也减少，但在电流上升过程中保持Ud>UI，是因为回路中有平波电抗和换流变短路电抗，电流的增量取决于Ud-UI的值，如表1的3～5行所示。随着电流增大Ud下降加快，这时UI随着触发角α减少也下降加快，如表1的6～8行所示，电流值很大而变化不大。因为控制移相触发角α到90°就不再减少，使这个进程发生转折，这时，UI＝0电压Ud因电容放电而下降，随时间延续Ud-UI变负而且数值加大，电流下降速度加快，直至电流为零后换流器截止。由波形图及表1可见，触发角α到91°电流急剧下降。
换流器截止后进入闭锁过程的第四阶段，如图5所示，类似开路试验的工况。如果触发角α保持90°则会产生很高的开路电压，为避免这样需要移相增加触发角α。这阶段有间歇性小电流，电压从几十千伏到一百千伏波动，触发角上升，延续时间100 ms以上。
图 5 第四阶段的电路
Figure 5. Fourth stage circuit
计算：
((19)) ((20)) 计算值如表2所示。
表 2 逆变侧闭锁时电气量变化表2
Table 2.
Electrical quantity when the inverter side is locked Tab.2 时间点/s 六脉动Ud/kV 直流电流IdCN/A 直流电流IdLN/A 触发角α/(°) Uca计算值/kV Ua计算值/kV 备注 0.209 -17.0 6.240 -23.80 102.10 -66.90 93.30 间歇性 两阀导通 0.210 -29.0 -5.000 -45.10 102.10 -66.90 93.30 间歇性 两阀导通 0.213 -39.2 46.800 40.80 114.10 -22.70 73.70 单阀导通 0.217 -46.2 1.600 20.80 115.60 -16.70 71.00 单阀导通 0.220 -28.6 27.300 46.90 116.30 -14.00 69.76 单阀导通 0.225 —20.7 -6.640 -9.16 115.60 -16.70 71.00 单阀导通 0.230 -38.5 17.300 -5.90 118.20 -6.84 66.25 单阀导通 0.233 -45.1 -2.800 -10.10 118.50 -5.69 65.70 单阀导通 0.240 -25.0 1.550 0.58 120.15 0.00 62.87 单阀导通 0.300 -37.1 -0.001 -3.98 137.10 - 28.07 单阀导通 0.310 -37.1 0.000 -3.40 144.10 - 12.90 没阀导通 根据Ud>Uca判断是否有间歇性两阀导通，根据
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对逆变侧阀组闭锁时的电气量变化分析后得到结论如下：第一阶段，电流由运行值降为零，电压幅值也下降，是两换流站间的直流滤波器电容及线路电容经逆变侧放电至阀截止时刻，剩余电荷呈现的电压。第二阶段，阀间歇性导通产生小电流，剩余电荷维持稳定的电压。第三阶段，从大触发角开始移相减少过程中，换流器的直流平均电压减少到小于外加电压时，出现阀导通的连续电流使电容放电，外加电压下降，电流的增量正比于两个直流电压之差，各量相互影响使电流由零上升到将近500 A再降为零，电压变为零又升到反向的几十千伏。第四阶段，类似开路电压试验工况，阀间歇性导通产生小电流，叠加线路震荡电流使电压从几十千伏到接近一百千伏波动，为避免出现过大的开路电压，触发角由90°又移相增加到164°。最后电流为零，电压稳定在几十千伏，阀有触发没有开通。
由此很好地解释了电压电流量变化过程，验证了控制行为的必要性和正确性。可为直流工程调试录波分析做参考，为调试下结论提供支持。
Change Analysis of Inverter′s Electrical Values During HVDC Blocking
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摘要:
[目的] 高压直流输电工程的系统调试用于验证项目的整体性能，需对调试时采集的电气量录波数据进行分析，才能获得调试结论。 [方法] 有些录波图并非是一目了然，需要对换流器电路进行分析才能了解其中机理，通过对典型的电气量录波数据进行分析来展示这类分析方法。触发录波时电压电流值变化很大，和控制导致的触发角复杂变化相关联，期间出现换流器单阀间歇导通、两阀间歇导通、阀换相导通产生连续电流的情况。运用电路理论和电力电子技术对换流器电流不连续工况进行分析，得出换流器单阀间歇导通期间其是一种交直流混合电路，不考虑截止阀的漏电流时直流分量值不变。 [结果] 在此理论成果基础上，对某一特高压工程单个低端阀组闭锁时的逆变侧电气量录波图进行分析，可得出在补脉冲机制下若外加直流电压大于换流器的平均直流电压值，则换流器会产生连续电流。 [结论] 很好地解释了录波图中的电压电流量变化过程，验证了控制行为的必要性和正确性，可为直流工程调试录波分析做参考，为调试下结论提供支持。 Abstract:[Introduction] The system commission of HVDC is used to verify the overall performance of the project. It is necessary to analyze the recorded data of the electric values collected during commissioning in order to obtain the conclusion. [Method] Some recorded figure were not easy to understand. The converter circuit needed to be analyzed to understand the mechanism. This type of analysis method was demonstrated by analyzing typical electric quantity recorded figure.The voltage and current values change greatly when the recorded wave was triggered, which was related to the complex change of the trigger angle caused by the control. During this period, the single valve intermittent conduction, the two valve intermittent conduction, and the valve commutation conduction generated continuous current.Using circuit theory and power electronics technology to analyze the state of the inverter, it was found that inverter was an AC-DC hybrid circuit during the single-valve intermittent conduction, regardless of leakage current of the shut-off valve, the DC voltage was constant. [Result] Based on the theoretical results, analyze the inverter side electric quantity recording wave when a low-voltage valve group of a UHV project is blocked, can be concluded that if the applied DC voltage is greater than the average DC voltage of the inverter, under the supplemental pulse mechanism a continuous current occur. [Conclusion] The process of voltage and current in the recording wave is well explained, and the necessity and correctness of the control behavior are verified. It can be used as reference for HVDC project commission analysis and provide support for commission conclusions. -
图 1 逆变侧闭锁时电气量的录波图
Fig. 1 Recording of electric quantity when the inverter is deblocked
表 1 逆变侧闭锁时电气量变化表1
Tab. 1.
Electrical quantity when the inverter side is locked Tab.1 时间点/s 六脉动Ud/kV 直流电流Id/A 触发角α/(°) 六脉动UI计算值/kV 备注 0.155 142.0 20.4 154.0 188.40 没有连续电流 0.167 140.0 67.0 138.3 155.20 没有连续电流 0.175 127.8 73.7 125.2 119.80 有连续电流 0.180 114.0 146.8 120.7 107.80 有连续电流 0.185 91.0 241.3 113.3 83.75 有连续电流 0.190 49.8 442.3 106.0 59.60 有连续电流 0.193 37.8 429.9 103.0 49.10 有连续电流 0.196 9.0 462.3 97.3 29.60 有连续电流 0.200 -2.2 330.0 91.0 1.64 有连续电流 0.207 -13.0 77.0 90.4 0.00 有连续电流 0.208 -19.0 3.4 90.5 0.00 没有连续电流 
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表 2 逆变侧闭锁时电气量变化表2
Tab. 2.
Electrical quantity when the inverter side is locked Tab.2 时间点/s 六脉动Ud/kV 直流电流IdCN/A 直流电流IdLN/A 触发角α/(°) Uca计算值/kV Ua计算值/kV 备注 0.209 -17.0 6.240 -23.80 102.10 -66.90 93.30 间歇性 两阀导通 0.210 -29.0 -5.000 -45.10 102.10 -66.90 93.30 间歇性 两阀导通 0.213 -39.2 46.800 40.80 114.10 -22.70 73.70 单阀导通 0.217 -46.2 1.600 20.80 115.60 -16.70 71.00 单阀导通 0.220 -28.6 27.300 46.90 116.30 -14.00 69.76 单阀导通 0.225 —20.7 -6.640 -9.16 115.60 -16.70 71.00 单阀导通 0.230 -38.5 17.300 -5.90 118.20 -6.84 66.25 单阀导通 0.233 -45.1 -2.800 -10.10 118.50 -5.69 65.70 单阀导通 0.240 -25.0 1.550 0.58 120.15 0.00 62.87 单阀导通 0.300 -37.1 -0.001 -3.98 137.10 - 28.07 单阀导通 0.310 -37.1 0.000 -3.40 144.10 - 12.90 没阀导通
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图(5) / 表 (2)
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