高压直流输电换流变压器分接头调节的死区角度和死区电压分析

卢东斌，李凤祁，姚其新，黄志岭，张庆武，侍乔明

（1.南京南瑞继保工程技术有限公司，江苏省南京市 211102；2.南瑞集团有限公司（国网电力科学研究院有限公司），江苏省南京市 211106；3.国家电网有限公司直流技术中心，北京市100052；4.国网湖北省电力有限公司直流公司，湖北省宜昌市 443000）

0 引言

近年来，中国高压直流输电技术和工程应用取得了突破。 中国南方电网有限责任公司的±800 kV 云广、糯扎渡、滇西北［1］等特高压直流工程，以及国家电网有限公司的±800 kV 向家坝—上海、锦屏—苏南、哈密—郑州、溪洛渡—浙江、灵州—绍兴、晋北—南京、锡盟—泰州、上海庙—山东、扎鲁特—青州［2］、青海—河南、雅中—江西、陕北—武汉和±1 100 kV 昌吉—古泉［3-4］等特高压直流输电工程已建成投运并保持安全稳定运行，对优化配置中国的能源资源发挥了重要作用。

在高压直流输电控制中，整流侧和逆变侧换流器都配置了电流控制器。其中，整流侧一般控制直流电流，而逆变侧则通过在电流控制器中引入电流裕度（ΔI）使逆变侧有效的电流指令低于整流侧，来实现直流电压控制。直流输电系统的主要调节是通过换流器触发角的快速控制来实现的。此外，为了扩大调节范围和保持系统处于良好的运行状态，还辅以换流变压器分接头的调节［5-7］。一般使用带负荷切换分接头的装置进行调压［8-11］。

换流变压器分接头有以下调节方式：空载直流电压（Udi0）控制、角度控制和电压控制等［12-16］。换流变压器在空载未解锁时采用Udi0控制，按照预先设定的空载直流电压将换流变压器分接头调节至对应的挡位。正常运行时，整流侧的换流器一般工作在电流控制，换流变压器分接头采用角度控制，将触发角控制在一个合理范围内（一般为15°±2.5°），以保证换流器可靠触发并留有足够的调节裕度；而逆变侧的换流器有定关断角控制和定直流电压控制两种控制方式。如果采用定关断角控制［17-19］，则控制关断角恒定且一般为17°，确保留有足够的换相裕度不发生换相失败，此时，换流变压器分接头采用电压控制，控制整流侧的直流电压在额定电压附近的较小范围内；如果采用定直流电压控制，则换流变压器分接头采用角度控制，将关断角控制在一个合理范围内，一般为19.5°±2°，确保换流器留有足够的换相裕度。目前，国网和南网直流工程整流侧的换流变压器分接头都采用角度控制；国网直流工程逆变侧的换流变压器分接头在2019 年以前采用直流电压控制，自青豫工程以后则采用角度控制，而南网直流工程逆变侧的换流变压器分接头则一直采用角度控制。

换流变压器分接头配置在网侧，调节步长按照直流电压的调节需求给定。特高压直流单个阀组（额定电压为400 kV）分接头调节一挡时，按照直流电压波动约5 kV 进行设计，既满足直流电压波动较小，又具有一定的调压范围来满足0.1～1.0 p.u.功率运行需求和全降压转换需求。例如，工程中的换流变压器分接头挡位约有30 挡，相应的调压范围约为150 kV，可保证降压到0.8 p.u.或0.7 p.u.（需要再辅助触发角/关断角调节）。因此，接入不同交流电压等级的换流变压器分接头调节步长不同，500、750、1 000 kV 等级的调节步长分别为1.25%、0.86%、0.65%，设计原则为调节一挡时的单个阀组直流电压波动约为5 kV。

由于换流变压器分接头不能无级调节，需要设置合适的死区。高压直流输电工程一般沿用以往ABB 或西门子工程的经验死区值，没有公开的文献资料对换流变压器分接头调节死区设置进行深入研究，导致高压直流输电工程实施时的分接头调节死区设置缺乏设计依据，部分工程因参数设计不合理导致换流变压器分接头频繁调节，缩短了换流变压器的分接开关使用寿命，影响了高压直流输电系统的安全运行。近年来，发生了多起因分接开关故障导致的直流停运事件［20］。目前，换流变压器分接开关的设计使用寿命为30 年，动作次数不低于30 万次，平均动作次数上限值约为27 次/d。

本文详细分析了换流变压器分接头调节原理，并分别对整流侧和逆变侧的换流变压器分接头调节死区进行研究，给出分接头调节死区角度和死区电压的设置原则，并通过实时数字仿真试验验证了上述分析的正确性。

1 换流变压器分接头调节原理

考虑到高压直流输电系统功率调节范围大，一方面，无功功率消耗需要在合理范围内，这就要求整流侧和逆变侧换流器的触发角和关断角在较小范围内调节；另一方面，直流电压需要控制在额定电压以维持较高的输电效率。但是，不能从整流侧和逆变侧换流器的触发角和关断角来协调上述两个方面。因此，高压直流输电系统引入换流变压器分接头调节。整流侧通过换流变压器分接头调节来实现触发角在参考值附近，既具有有功功率调节能力，又能保证无功功率消耗在合理范围内；逆变侧通过换流变压器分接头调节来实现关断角在参考值附近，既保证整流侧直流电压维持在额定电压，又能保证无功功率消耗在合理范围内。

对于整流器，需要正常运行在触发角（α）较小的状态，以提高功率因数并减少无功功率的消耗。但α也不宜太接近能保证可靠触发导通的下限，要留有充分的可调范围。一般要求α运行在12.5°～17.5°之间［1］。当两侧交流系统电压发生较大变化时，由于定电流调节的结果，可能使α长时间超出上述范围，这时应自动改变分接头的位置，使α回到要求的范围内。为此，将测得的实际α值与整定的上下限值进行比较，当α≤12.5°（下限）时，把分接头调高一挡（此处按照升挡升阀侧电压），而当α≥17.5°（上限）时，则调低一挡。

分接头的每挡调节量设计原则为：设调节前α运行在下限，调节一挡后电压升高，电流调节器运行在α的参考值。每挡调节量必须适当，以免分接头调节装置频繁动作。

逆变侧换流变压器分接头的调节方式与逆变器的基本调节方式有关。逆变器按照定关断角调节运行时，调节换流变压器分接头来维持整流侧直流电压在参考电压（Udref，全压运行时为额定电压），以充分利用直流系统的输电能力。一般设置一个死区电压ΔU，当整流侧Udref与实际直流电压（Ud）之差大于ΔU时，把分接头调高一挡（此处按照升挡升阀侧电压）；当整流侧Udref与实际直流电压（Ud）之差小于-ΔU时，把分接头调低一挡。

逆变器以定直流电压调节为基本方式时，换流变压器分接头调节控制关断角（γ）在合理范围内。一般γ的参考值为19.5°，换流变压器分接头调节范围为19.5°±2°。为此，将测得的实际γ与整定的上下限值进行比较，当γ≤17.5°（下限）时，把分接头调高一挡，而当γ≥21.5°（上限）时，则调低一挡。

首先，分接头调节死区的设定要考虑分接头自身调节次数在合适范围内，一般按年进行计算，需充分考虑直流功率调节范围、交流侧电压波动范围，从而满足1 万次/年的限制要求，得出死区最小设计值；其次，要使直流输电系统的运行工作点（包括直流电压、触发角/关断角）范围较窄，以使直流线路损耗、换流器损耗、无功功率消耗较小，故死区也不能设置过大。

2 整流侧换流变压器分接头触发角调节死区

2.1 换流变压器分接头调节与触发角调节死区关系

根据第1 章分析可知，整流侧触发角死区设置主要是为了满足在交流电压正常波动时，通过分接头调节可满足触发角运行在参考值附近。

设额定功率时的分接头挡位数为0，当分接头挡位数为n1R时，12 脉动整流器的直流电压UdR，1为：

式中：α1R为分接头挡位数为n1R时的整流器触发角；dxR为整流侧换流变压器相对感性压降；drR为整流侧换流变压器相对阻性压降；IdR，1为分接头挡位数为n1R时的直流电流实测值；IdNR为整流器额定直流电流；Udi0NR为整流器额定空载直流母线电压；Udi0R，1为分接头挡位数为n1R时的实际空载直流母线电压；UTR为整流器前向压降。

若分接头挡位数调节一挡，则12 脉动整流器的直流电压UdR，2为：

式中：α2R为分接头调节后的整流侧触发角；IdR，2为分接头调节后的整流器直流电流实测值；Udi0R，2为分接头调节后的整流器实际空载直流母线电压。

根据直流输电系统调节特性，直流电压和直流电 流 都 将 保 持 不 变，即UdR，1=UdR，2，IdR，1=IdR，2。式（1）和式（2）联立可得到触发角的变化情况，则求得α2R为：

以国内灵州—绍兴直流工程为例，设分接头调节前触发角运行在17.5°，即α1R=17.5°，在分接头挡位数增加一挡（阀侧电压下降）后，不同功率时的触发角α2R变化如图1 所示。

图1 分接头挡位数增加一挡时不同功率水平下的触发角变化Fig.1 Change of triggering angle when number of taps increases by one gear at different power levels

由图1 可以看出，随着直流功率增大，分接头对应的空载直流电压也增大，分接头挡位数增加一挡后，引起的空载直流电压变化百分比会变大，α2R也相应变小。因此，触发角变化范围会略微增大。

设分接头调节前触发角运行在12.5°，即α1R=12.5°，在分接头挡位数减少一挡（阀侧电压上升）后，不同功率时的触发角α2R变化如图2 所示。

图2 分接头挡位数减少一挡时不同功率水平下的触发角变化Fig.2 Change of triggering angle when number of taps decreases by one gear at different power levels

由图2 可以看出，随着直流功率增大，分接头对应的空载直流电压也增大，分接头挡位数减少一挡后，引起的空载直流电压变化百分比会变大，α2R也相应变大。因此，触发角变化范围会略微增大。

2.2 整流侧换流变压器分接头调节与交流电压关系

交流电压的变化也会引起换流变压器分接头调节，当交流电压在较大范围内波动时，会引起换流变压器分接头振荡调节。

设触发角初始运行在其下限值，即

式中：α0R为触发角参考值；Δα为换流变压器分接头调节触发角死区。

根据式（1）可得此时的直流电压UdR，1。当交流电压波动引起角度达到其上限值α2R时，即

根 据 式（2），令UdR，2=UdR，1可 得 空 载 直 流 电压为：

因此，交流电压波动值ΔUACR为：

式中：UAC1R为整流侧初始交流线电压有效值。

当交流电压波动达到ΔUACR时，触发角将在上限值和下限值之间波动，从而引起换流变压器分接头上下反复调节。同理，可以得到触发角初始运行在其上限值时的交流电压波动导致换流变压器分接头上下波动。

虽然交流侧短路容量是影响交流电压波动的主要因素，但是分接头调节与交流侧短路容量没有直接关系。根据上述公式推导，分接头调节只取决于交流电压的波动范围，因此，本文主要致力于研究分接头调节死区和交流电压波动范围的关系。

以灵州—绍兴直流工程为例，触发角死区值为±2.5°，由此可得引起分接头上下反复调节的交流电压范围如图3 所示。当触发角初始运行在其上限值17.5°时，交流电压向下波动达到约18 kV，触发角将达到其下限值12.5°，换流变压器分接头挡位数减少一挡；而当交流电压恢复后，触发角将达到其上限值17.5°，换流变压器分接头挡位数增加一挡。同理，当触发角初始运行在其下限值12.5°时，交流电压向上波动达到约18 kV，触发角将达到其上限值17.5°，换流变压器分接头挡位数增加一挡；而当交流电压恢复后，触发角将达到其下限值12.5°，换流变压器分接头挡位数减少一挡。

图3 不同功率水平下引起分接头上下调节的交流电压波动Fig.3 AC voltage fluctuations causing up or down adjustment of tap at different power levels

实际系统中，受直流运行工作点的影响，引起分接头调节振荡的电压区间会比上述额定直流电压运行点得到的计算值更小。

影响交流电压波动范围的因素很多，交流侧短路容量是其中一个重要因素。此外，电网还有多种调压手段来稳定直流换流站的交流母线电压。根据现场试验数据，西北电网2022 年5 月24 日某换流站的750 kV 交流电压在777～784 kV 之间波动，波动范围达7 kV。从近一年的历史数据来看，西北电网交流电压波动较小，距离分接头上下反复调节的交流电压范围较远，但随着新能源电源接入增多，交流电压的波动范围将进一步增大。

3 逆变侧换流变压器分接头电压调节死区

3.1 换流变压器分接头调节与电压调节死区关系

根据第1 章分析可知，逆变侧电压调节死区设置主要是为了满足在交流电压正常波动时，通过分接头调节可满足关断角运行在参考值附近。

设额定功率时的分接头挡位数为0，若分接头挡 位数为n1I，则12 脉动整流 器的直流 电压UdI，1为：

式中：γ1I为分接头挡位数为n1I时的逆变器触发角；dxI为逆变侧换流变压器相对感性压降；drI为逆变侧换流变压器相对阻性压降；IdI，1为分接头挡位数为n1I时的直流电流实测值；IdNI为逆变器额定直流电流；Udi0NI为逆变器额定空载直流母线电压；UTI为逆变器前向压降；Udi0I，1为分接头挡位数为n1I时的实际空载直流母线电压，即

式中：λI为分接头调节步长。

若分接头挡位数调节一挡，则12 脉动整流器的直 流 电 压UdI，2为：

式中：γ2I为分接头调节后的逆变器关断角；IdI，2为分接头调节后的逆变器直流电流实测值；Udi0I，2为分接头调节后的逆变器实际空载直流母线电压。

其中，若分接头挡位数增加一挡，则有

若分接头挡位数减少一挡，则有

以分接头挡位数减少一挡为例，当直流运行在定电流控制（IdI，1=IdI，2）时，逆变侧的换流器运行在最大触发角（αmax）控制时关断角不变，则直流电压波动值ΔUdI为：

式中：γ1I=γ2I=γI。

当直流运行在定功率控制（IdI，1≠IdI，2）时，直流电压波动值为：

其中

式 中：PdI，1和PdI，2分 别 为 调 节 前、后 逆 变 侧 的 直 流功率。

假设调节前后逆变侧的直流功率不变，即PdI，1=PdI，2=PdI，将 式（15）和 式（16）代 入 式（14）得：

将UdI，2=UdI，1+ΔUdI代入式（17）得：

解上述一元二次方程可求得ΔUdI。

上述方法是假定逆变侧的直流功率不变得到的结果，但实际直流输电系统控制的是整流侧直流功率不变，分接头调节前后直流电流发生变化导致直流线路的功率损耗不同。因此，分接头调节后逆变侧的直流功率会有所变化。

为得到准确的直流电压变化，根据分接头挡位数调节前后整流侧功率不变，列方程如下：

式中：双极平衡运行时RL为直流线路电阻，不平衡运行时还需考虑接地极线路电阻。

求解上式，采用迭代方法求取直流电压变化量ΔUdI的近似准确值，如下式所示：

式中：i为迭代次数。

需要注意的是，逆变侧直流电压发生变化后，需要核实整流侧的触发角变化量，保证其不会引起整流侧换流变压器分接开关反复动作。

对于采用双12 脉动的特高压直流输电系统，整流 侧 单12 脉 动 的 直 流 电 压UdR，1为：

假设整流侧和逆变侧的直流电流相同，即IdR，1=IdI，1，整流侧的空载直流电压为：

逆变侧单12 脉动换流器的换流变压器分接头调节一挡后，假设该极另一个串联的单12 脉动换流器的换流变压器分接头挡位不变，则认为整流侧和逆变侧的直流电流仍然相同，即IdR，2=IdI，2。此时，整流 侧 单12 脉 动 的 直 流 电 压UdR，2为：

整流侧的触发角为：

因此，需要保证逆变侧直流电压的变化不会引起整流侧触发角的波动超过死区范围。

以灵州—绍兴直流工程为例，功率控制模式下，在不同功率水平时，逆变侧单个阀组分接头挡位数减少一挡时对应的逆变侧直流电压变化如图4所示。

图4 不同功率水平下分接头挡位数减少一挡时逆变器直流电压变化Fig.4 Change of inverter DC voltage when number of taps decreases by one gear at different power levels

从图4 可以看出，随着直流功率增大，逆变侧分接头挡位数减少一挡时，引起的直流电压变化增大，但总体上在一个较窄的范围（约0.85 kV）内波动。

逆变侧的换流变压器分接头调节后，直流系统为维持功率不变，整流侧换流器将调节触发角，假设初始状态时整流侧换流器的触发角为15°，调节后的触发角如附录A 图A1 所示。从图A1 可以看出，随着直流功率增大，逆变侧单个阀组分接头变化一挡，引起的整流侧触发角变化较小，触发角变化的最大值为1.21°。

功率控制模式下，在不同功率水平时，逆变侧单个阀组分接头挡位数增加一挡时对应的逆变侧直流电压变化如图5 所示。

图5 不同功率水平下分接头挡位数增加一挡时逆变器直流电压变化Fig.5 Change of inverter DC voltage when number of taps increases by one gear at different power levels

从图5 可以看出，随着直流功率增大，逆变侧分接头挡位数增加一挡时，引起的直流电压变化增大，但总体上在一个较窄的范围（约0.90 kV）内波动。

逆变侧的换流变压器分接头调节后，直流系统为维持功率不变，整流侧换流器将调节触发角。假设初始状态时整流侧换流器的触发角为15°，调节后的触发角如附录A 图A2 所示。从图A2 可以看出，随着直流功率增大，逆变侧单个阀组分接头变化一挡，引起的整流侧触发角变化较小，触发角变化的最大值为1.26°。

3.2 逆变侧换流变压器分接头调节与交流电压关系

交流电压的变化也会引起换流变压器分接头调节，当交流电压在较大范围波动时，会引起换流变压器分接头调节振荡。

设逆变侧换流变压器分接头电压调节死区为ΔUdI，Hyst，当 逆 变 侧 单12 脉 动 换 流 器 直 流 电 压 上 下波动超过2ΔUdI，Hyst时，换流变压器分接头会往复调节，所对应的直流电压为：

对应的直流电流为：

对于单极双12 脉动换流器接入同一交流系统的特高压直流输电系统，交流电压波动会同时影响单极双12 脉动换流器的直流电压。

当采用最大触发角控制时，γ2I=γ1I，此时的空载直流电压为：

求解得到引起上述直流电压波动的交流电压波动值ΔUACI为：

式中：UAC1I为逆变侧初始交流线电压有效值。

当交流电压波动达到ΔUACI时，直流电压将在上限值和下限值之间波动，从而引起换流变压器分接头上下反复调节。同理，可以得到直流电压向上波动时的交流电压波动导致换流变压器分接头上下调节。以灵州—绍兴直流工程为例，分接头直流死区电压值为3.3 kV，由此可得引起分接头上下反复调节的交流电压范围如图6 所示。

图6 不同功率水平下引起分接头上下调节的逆变器交流电压波动Fig.6 AC voltage fluctuations of inverter causing up and down adjustment of tap at different power levels

随着功率增大，引起分接头调节振荡的电压波动值略微收窄。逆变侧交流电压超出图6 中的电压限制线时，将会引起分接头调节振荡。实际系统中，受直流运行工作点的影响，引起分接头调节振荡的电压区间会比上述额定直流电压运行点得到的计算值更小。图1 至图6 的推导过程可见附录B。

当逆变侧换流变压器分接头采用角度控制时，关断角的死区选择可参照第2 章整流侧角度控制的分析方法得到。

4 分接头调节死区设置原则

高压直流输电换流变压器分接头调节死区设置不合理，可能会引起分接头往复调节，严重时甚至会损坏分接开关，造成直流输电系统停运等严重故障。

根据第2 章和第3 章的分析可知，分接头调节死区与触发角、直流电压、直流电流、交流电压等都有关系，需要根据系统运行情况设置合理的分接头调节死区值。分接头调节死区设置越大，相同工况下，引起分接头往复调节的交流电压波动范围越大。因此，从避免分接头往复调节角度考虑，可设置较大的分接头调节死区。

分接头调节死区增大会影响直流控制精度。整流侧换流变压器触发角调节死区过大，将导致触发角的上限和下限值差别较大，在同一个功率点消耗的无功功率将差别较大；逆变侧换流变压器电压调节死区过大，将导致直流输电系统直流电压波动增大。

在理论计算时，预先给定一个经验死区值，同时考虑根据直流输电系统一定周期（一般为一年）的典型工况，主要包括功率调节曲线和交流电压波动情况，通过理论计算或仿真得到分接开关动作次数。如附录A 图A3 所示，如果超过该周期内的设定调节次数，则增大死区值；如果低于该周期内的设定调节次数，则减小死区值，直至分接开关动作次数等于设定值，从而最终得到理想的死区值。理论计算分接开关动作次数如下：根据直流输电系统一定周期的功率值计算理想空载直流电压，并结合交流电压得到分接头挡位，进而计算分接开关动作次数。

但在工程设计时，直流输电系统运行工况并不能提前得到，且存在较强的随机性。一般需根据高压直流输电系统所连接实际交流系统的交流电压波动范围，选择合适的换流变压器分接头调节死区，以避免分接头往复调节，影响分接开关使用寿命甚至造成损坏，同时避免无功功率和直流电压大幅波动。目前，国内的交流母线电压波动范围一般为3%，根据2.2 节和3.2 节，可以求得最小的触发角调节死区和直流电压调节死区。结合直流功率调节，建议整流侧触发角调节死区选择2.5°，逆变侧电压调节死区选择分接头调节一挡对应的直流电压变化量的70%～100%，这样既能避免分接头频繁调节，又能保证直流电压控制精度。当交流电压波动范围较大时，需要根据交流电压的波动周期和范围适当增大触发角调节死区或电压调节死区。

对于特高压直流工程，以灵州—绍兴直流工程为例，由于双12 脉动换流器的分接头可以单独调节，分接头调节的死区电压值选为3.3 kV（约70%），根据图6 的分析结果，交流电压在±7.5 kV范围内（约3%）不会往复调节。同时，当整流侧双12 脉动换流器总的直流电压下降到793.4 kV 时，逆变侧单12 脉动换流器开始调节增加直流电压，调节一挡后直流电压大约增加5 kV。此时，整流侧的直流电压变为798.4 kV，接近额定直流电压又不产生超调，可有效避免分接头往复调节。对于常规直流工程，单极仅有一个12 脉动换流器，为减小分接头调节次数，逆变侧宜将直流电压调节死区适当增大，如选择分接头调节一挡对应的直流电压变化量的100%，调节一挡直流电压变为额定值，避免出现超调现象。

5 仿真与试验结果

本文以特高压直流输电（灵州—绍兴直流）工程系统参数来研究换流变压器分接头调节死区。采用先进的实时数字仿真试验手段，搭建灵州—绍兴直流工程的闭环实时数字仿真系统，并采用应用于实际工程的直流输电控制保护系统。灵州—绍兴直流工程每极采用双阀组串联结构，额定直流电压为±800 kV，输送功率为8 000 MW，系统参数如表1所示［21］。单极采用两个12 脉动换流器串联方式，此种结构有利于减小换流变压器尺寸并增加系统冗余性，单极主回路结构如附录A 图A4 所示，交流滤波器通过交流开关与交流母线相连。

表1 灵州—绍兴直流输电工程系统参数Table 1 System parameters of Lingzhou-Shaoxing DC transmission project

5.1 整流侧换流变压器分接头调节试验

在仿真系统中，不同功率水平下，分别将整流侧换流变压器分接头手动向上、向下调节一挡（对应分接头挡位数减少、增大一挡），实测的触发角变化如附录A 图A5 所示。

不同功率水平下，分接头调节一挡时的触发角变化略有不同，但变化范围为1.4°～1.8°，随着功率水平增大，变化范围也增大。由于仿真试验中交流电压存在谐波影响触发角测量精度，不同分接头挡位下因无功消耗不同导致交流电压有细微差别，触发角测量结果与理论分析略有差异，但总体误差较小。

在仿真系统中，直流功率为0.1 p.u.时，设置触发角调节死区为±2.5°，增加交流电压波动，测试引起换流变压器分接头往复调节的交流电压范围，如附录A 图A6 所示。由图A6 可知，当交流相电压波动值约为10 kV、线电压波动值约为17 kV 时，换流变压器分接头在11、12 挡往复调节。

相同工况下，如果把触发角调节死区由±2.5°修改为±3.5°，线电压波动值约为23 kV 时，换流变压器分接头才会在11、12 挡往复调节。

换流变压器分接头往复调节一般出现在两挡之间，但若线电压波动更大，则换流变压器分接头也可能在3 个挡位甚至更多挡位之间往复调节。

5.2 逆变侧换流变压器分接头调节试验

在仿真系统中，不同功率水平下，分别将逆变侧换流变压器分接头向上、向下手动调节一挡，实测的单个阀组直流电压变化如附录A 图A7 所示。

不同功率水平下，分接头调节一挡时，阀组直流电压变化略有不同，变化范围约为4.7～5.6 kV，随着功率水平增大，变化范围也变大。由于仿真试验中交流电压存在谐波影响关断角测量精度，不同分接头挡位下因无功消耗不同导致交流电压有细微差别，直流电压测量结果与理论分析略有差异，但总体误差较小。

在仿真系统中，直流功率为0.5 p.u.时，设置触发角调节死区为±3.3 kV，增加交流电压波动，测试引起换流变压器分接头往复调节的交流电压范围，如附录A 图A8 所示。当交流相电压波动值约为4.0 kV、线电压波动值达到约6.9 kV 时，换流变压器分接头在18、19 挡往复调节。上述试验中，直流运行工作点在802.0 kV，因此，引起分接头调节振荡的交流电压波动比图6 中的理论值7.8 kV 偏小。

相同工况下，如果把电压调节死区由±3.3 kV修改为±5.0 kV，线电压波动值达到约12 kV 时，换流变压器分接头才会在18、19 挡往复调节。

相同电压调节死区情况下，减小交流电压波动范围还与整流侧初始直流电压水平相关，越接近额定直流电压时，避免分接头往复调节的交流电压波动范围越大。

6 结语

换流变压器分接头调节是维持直流输电系统运行在理想工况的重要调节手段。触发角调节死区、关断角调节死区和电压调节死区是保证分接头调节质量的重要参数。

本文详细分析了分接头调节对触发角和直流电压的影响，研究了引起分接头往复调节的交流电压波动范围计算方法，并给出了分接头调节死区的设置原则。在交流电压波动范围较小时，建议整流侧触发角调节死区选择2.5°，逆变侧电压调节死区选择分接头调节一挡对应的直流电压变化量的70%～100%，这样，既能避免分接头频繁调节，又能保证直流电压控制精度。当交流电压波动范围较大时，需要根据交流电压的波动周期和范围适当增大触发角调节死区或电压调节死区。基于以上原则，可有效避免分接头往复调节，延长分接开关使用寿命，同时避免无功功率和直流电压大幅波动。虽然通过增大调节死区可有效减少分接头调节次数，但是死区过大仍然会导致直流电压或角度控制精度下降。如何进一步减少分接头调节次数并兼顾分接头调节次数和控制精度要求是下一步的研究方向。

本文得到国家电网有限公司直流技术中心科技项目(SGTYHT/21-JS-223)资助，在此表示感谢！

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