2024年3月25日发(作者：澹台静枫)
2012年中国电机工程学会直流输电与电力电子专委会学术年会论文集
±800kV云广直流输电工程强制移相策
略研究
何园峰，李扬，李金安
（中国南方电网超高压输电公司广州局，广州市，510405）
摘要：
强制移相是直流输电工程的一种重要的保护策略。云广特高压直流工程在继承强制移相传统的功能外，
在单阀组ESOF、旁路开关保护动作等情况下，也会用到强制移相策略。本文结合云广直流工程的控制逻辑和现场
试验数据，分析各种故障情况下强制移相策略的执行过程、重要电气量的变化趋势，研究强制移相对同极双阀组协
调控制的重要作用。
关键词：
强制移相；故障重启动；触发角；旁通对
1 引言
所谓强制移相，就是在直流输电系统发生故障时，控制系统将整流站的触发角快速移相至
120°~160°，使整流站短时以逆变器的性质运行，让直流输电系统的能量快速送回交流系统，
达到迅速消除故障或紧急停运的目的。传统直流输电工程在极闭锁、极ESOF和直流线路故障重
启动的过程中采用了强制移相策略。
相对传统直流工程，云广±800kV特高压直流工程每极由两个阀组串联而成，这使它的运行
方式和控制策略更加复杂。为实现同极双阀组之间的协调控制，云广直流工程在阀组保护启动单
阀组ESOF时，也采用了强制移相策略。本文阐述了云广直流系统强制移相时触发角控制逻辑，
跟踪了各种故障情况下强制移相的执行情况，分析了强制移相时两站触发角和重要电气量的变化
趋势，找出了强制移相对于同极双阀组协调控制的重要作用。
2 云广直流系统触发角控制策略
云广直流系统的触发角是由组控系统控制的，图1为触发角控制逻辑。输出的触发角是由输
入量XS控制的，XS的取值范围为-100%~100%，对应输出的触发角范围为180°~0°。当组控
收到强制移相命令时，FR取1，XS直接取值-100%。在Limiter模块里，触发角受到最大限定值
LU的限制：初始状态下LU为120°；当Id<0.05pu持续50ms后，LU为160°。在Ramp模块，
触发角的变化时间取20ms。
图1云广直流系统触发角控制逻辑
1032
2012年中国电机工程学会直流输电与电力电子专委会学术年会论文集
由上述分析可知，组控系统在收到强制移相的命令后，触发角在20ms内增大到120°；当
Id<0.05pu持续50ms，触发角在20ms内由120°增大到160°
3 极闭锁或极ESOF
与传统直流工程相似，云广特高压直流工程极闭锁的过程也采用了强制移相策略。相对传统
直流工程每极仅一个12脉动阀组，云广直流工程每极由双阀组串联组成，每个阀组装设有单独的
组控系统，极控的闭锁命令必须发送到各运行阀组的组控系统，由组控系统完成快速移相的任务。
整流站极闭锁的录波如图2所示。极控系统在收到本站或对站的极闭锁命令后，通过控制总
线把闭锁命令送到各运行阀组。组控系统收到极闭锁命令后，首先在20ms内将触发角增大至
120°，极电压下降到0.5pu左右，极电流下降到零；当极电流小于0.05pu持续50ms后，触发角
增大至160°。当换流变阀侧电流小于0.03pu时判断阀组变为闭锁状态，并延时100ms闭锁触发
脉冲。
整流站闭锁阀组的触发脉冲时，逆变站并未闭锁，极电压约为0.6pu。直到逆变侧电压参考值
下降到零后，整流侧电压才逐渐下降到零
[1]
。
ｋ
图2 整流站极闭锁的故障录波
逆变站极控系统满足以下三个条件时，向运行阀组发出闭锁命令：
（1）收到本站或对站送来的极闭锁命令；
（2）通信故障或收到对站双阀组已闭锁触发脉冲的信息；
（3）直流电流小于0.03pu。
逆变站极闭锁时的录波如图3所示。在整流站强制移相期间，逆变站的直流电流下降至零，
直流电压下降至0.5pu。此时逆变站仍保持电压控制模式，组控系统在收到闭锁命令且直流电流小
于0.03pu后，电压参考值在200ms内匀速下降到零。当电压参考值大于实际电压时，触发角增大
至160°；当电压参考值低于实际电压时，触发角减小到90°。逆变站的直流电压随着触发角减
小而逐渐降低到零。当换流变阀侧电流小于0.03pu持续500ms，逆变站闭锁极各运行阀组的触发
脉冲。
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2012年中国电机工程学会直流输电与电力电子专委会学术年会论文集
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云广直流工程极ESOF时的控制策略与极闭锁相似，也需要极控系统先发强制移相命令至各
跳开换流变交流侧开关，实现换流器与交流系统的快速隔离。
１
4
ｂ
运行阀组。不同之处在于，极ESOF过程中，极控在执行强制移相、闭锁触发脉冲的同时，还将
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图3 逆变站极闭锁的故障录波
直流线路故障重启
直流线路保护的目的是限制线路故障造成的损失，尽早恢复线路运行。直流线路保护检测到
故障（除交直流碰线故障）以后，整流站的极控系统将发出350ms的强制移相命令，使线路电流
和电压快速下降到零，为消除线路故障创造条件
[2]
。
以2010年5月7日极一直流线路故障为例，图4为直流线路故障重启时整流站的故障录波。
极一线路保护检测到直流线路故障后，整流站的极一极控系统发出350ms的强制移相命令，各阀
组的触发角在20ms内升到120°；当线路电流低于0.05pu持续50ms，阀组的触发角升到160°，
整流站短时以逆变站的状态运行。在350ms的去游离时间内，直流线路电压和电流都下降到零，
但并未闭锁阀组的触发脉冲。
图4 直流线路故障重启整流站的故障录波
强制移相命令结束后，整流站恢复定电流控制模式，极控系统对直流线路进行重启动，触发
角恢复正常。若线路重启动75ms后检测到线路电压仍小于0.1pu，即使直流线路保护未动作，极
控系统也会判断直流线路重启动失败，对阀组再次进行强制移相或者直接闭锁。
图5为直流线路故障重启时的逆变站故障录波，此时逆变站为最小触发角控制模式，触发角
被限制在120°。由于整流站的触发角已增大到120°或160°，线路的电压和电流都下降至零。
强制移相命令结束后，逆变站恢复定电压控制模式，触发角逐渐增大，线路电压逐渐升高到参考
值。
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5 阀组保护启动ESOF
2012年中国电机工程学会直流输电与电力电子专委会学术年会论文集
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图5 直流线路故障重启逆变站的故障录波
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阀阀阀阀阀阀160°
阀阀阀阀阀阀120°
阀阀阀阀阀阀阀阀90°
阀阀阀阀阀
阀阀阀阀阀
阀阀11ms
阀阀阀阀阀阀阀阀70°
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阀阀阀阀阀阀阀VBEVBE
阀阀阀阀阀阀阀阀阀阀阀阀
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同极双阀组运行时，若闭锁其中一个阀组，可以在保持另一个阀组正常运行的情况下，合上
闭锁阀组的旁路开关，将直流电流从换流阀转移到旁路开关后，闭锁该阀组VBE的触发脉冲。
但对于阀短路等严重故障，必须将通过故障阀组的电流迅速降低到零，以最大限度的降低设备损
坏的风险
[3]
。借鉴直流线路故障重启动的经验，此时可对同极另一阀组进行强制移相，将该极的
电压和电流快速降低到零，直到故障阀组闭锁触发脉冲、旁路开关合闸到位后，恢复另一阀组的
正常运行。阀组保护启动单阀组ESOF的动作逻辑如图6所示。
阀阀阀阀ESOF阀阀阀阀阀阀阀阀阀阀阀阀阀阀阀阀阀
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阀阀阀阀
阀阀50ms阀
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阀阀阀阀ESOF阀阀阀阀阀阀阀阀阀阀阀阀阀
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图6 阀组保护启动ESOF时两个阀组的配合逻辑
整流站极一低端阀组保护启动ESOF时故障录波如图7所示。极一低端阀组保护动作后，极
一高端阀组执行150ms的强制移相命令，极一直流电压和电流快速下降到零。此时极一低端阀组
跳开换流变交流开关、投入旁通对并闭合阀组的旁路开关。当低端阀组换流变阀侧电流小于0.03pu
持续50ms，且检测到旁路开关已操作至合位，闭锁VBE的触发脉冲。极一高端阀组在强制移相
150ms后进行重启动，触发角逐渐恢复正常，直流电压和电流重新建立。
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１
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2012年中国电机工程学会直流输电与电力电子专委会学术年会论文集
图7 阀组保护启动单极ESOF时整流站的故障录波
单阀组ESOF时逆变站的录波如图8。逆变站收到对站极一单阀组ESOF的命令后，投入低
端阀组的旁通对并合上阀组旁路开关，检测旁路开关合闸到位后闭锁VBE的触发脉冲。由于整
流站的强制移相大大降低了极电压，根据低压限流功能的特性，逆变站的极一高端阀组为定电流
制模式，触发角逐渐恢复正常，极电压得以重新建立。
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控制模式，触发角为最小触发角120°，待整流站的强制移相命令结束后，逆变站恢复定电压控
１女一自‰自‰㈣
6 总结
图8 阀组保护启动单极ESOF时逆变站的故障录波
，一～——一————
１…。；小…
的地方。
本文列举了在云广直流输电系统导致强制移相的各种异常情况，梳理了这些情况下强制移相
策略判断和执行的逻辑，分析了整流站和逆变站的触发角特性和电压、电流的变化趋势。各种异
常情况执行强制移相策略的过程存在以下特点：
（1）云广特高压直流输电系统除在极闭锁、极ESOF、直流线路故障重启动时使用强制移相
，７
ｉ碡慕雄２，鼎，一、、，——
启和阀组保护导致单阀组ESOF，强制移相命令持续时间分别是 350ms和150ms，命令结束后对
运行阀组进行重启。
（3）不同异常情况导致的强制移相，逆变站的配合策略是不同的：极闭锁或极ESOF时，逆
变站保持电压控制模式，极参考电压在200ms内下降到零，触发角先升高到160°，后下降到90°；
直流线路故障重启动和阀组保护导致单阀组ESOF时，逆变站均变为定电流控制模式，触发角被
限制在最小触发角120°。
（4）不同情况导致的强制移相，极电流都快速下降到零，但极电压的变化趋势却有所不同：
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外，阀组保护导致单阀组ESOF也会使得同极另一阀组强制移相，这是与传统直流输电系统不同
（2）不同情况下强制移相命令的持续时间和结果有所不同：极闭锁或极ESOF时，先对各阀
组进行强制移相，当换流变阀侧电流小于0.03pu后100ms闭锁VBE触发脉冲；直流线路故障重
直流线路故障重启动或阀组保护启动单阀组ESOF时，直流电压快速下降至零；极闭锁或极ESOF
时，直流电压先下降到0.5pu左右，待整流站的触发脉冲被闭锁后，直流电压才逐渐下降到零；
（5）极闭锁、极ESOF和直流线路故障重启动时，同极双阀组同时接收极控的强制移相命
令，触发角和电气量的变化趋势是相同的；阀组保护启动单阀组ESOF时，同极两个阀组需要进
行比较复杂的配合动作，故障阀组投旁通对、合旁路开关、跳开换流变开关的，运行阀组进行强
制移相并进行故障重启动。
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参考文献
1036
Ｌ一一
2012年中国电机工程学会直流输电与电力电子专委会学术年会论文集
[1] 赵畹君，高压直流输电原理， 北京：中国电力出版社，2004:95；
[2] 周红阳，刘映尚，余江等，直流输电系统再启动改进措施[J]， 电力系统自动化，2011，32
（19）；
[3] 张爱玲，刘涛，李少华，云广特高压工程紧急停运及旁路开关操作控制策略研究，电力系统
保护与控制，2011，39(13)。
作者简介：
何园峰（1984），男，湖北孝感人，助理工程师，从事特高压直流输电系统研究及运行维护工作（e-mail）heyuanfeng84@；
李扬（1982），男，广东揭阳人，工程师，从事特高压直流输电系统研究及运行维护工作；
李金安（1982），男，湖北红安人，工程师，从事特高压直流输电系统研究及运行维护工作。
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2024年3月25日发(作者：澹台静枫)
2012年中国电机工程学会直流输电与电力电子专委会学术年会论文集
±800kV云广直流输电工程强制移相策
略研究
何园峰，李扬，李金安
（中国南方电网超高压输电公司广州局，广州市，510405）
摘要：
强制移相是直流输电工程的一种重要的保护策略。云广特高压直流工程在继承强制移相传统的功能外，
在单阀组ESOF、旁路开关保护动作等情况下，也会用到强制移相策略。本文结合云广直流工程的控制逻辑和现场
试验数据，分析各种故障情况下强制移相策略的执行过程、重要电气量的变化趋势，研究强制移相对同极双阀组协
调控制的重要作用。
关键词：
强制移相；故障重启动；触发角；旁通对
1 引言
所谓强制移相，就是在直流输电系统发生故障时，控制系统将整流站的触发角快速移相至
120°~160°，使整流站短时以逆变器的性质运行，让直流输电系统的能量快速送回交流系统，
达到迅速消除故障或紧急停运的目的。传统直流输电工程在极闭锁、极ESOF和直流线路故障重
启动的过程中采用了强制移相策略。
相对传统直流工程，云广±800kV特高压直流工程每极由两个阀组串联而成，这使它的运行
方式和控制策略更加复杂。为实现同极双阀组之间的协调控制，云广直流工程在阀组保护启动单
阀组ESOF时，也采用了强制移相策略。本文阐述了云广直流系统强制移相时触发角控制逻辑，
跟踪了各种故障情况下强制移相的执行情况，分析了强制移相时两站触发角和重要电气量的变化
趋势，找出了强制移相对于同极双阀组协调控制的重要作用。
2 云广直流系统触发角控制策略
云广直流系统的触发角是由组控系统控制的，图1为触发角控制逻辑。输出的触发角是由输
入量XS控制的，XS的取值范围为-100%~100%，对应输出的触发角范围为180°~0°。当组控
收到强制移相命令时，FR取1，XS直接取值-100%。在Limiter模块里，触发角受到最大限定值
LU的限制：初始状态下LU为120°；当Id<0.05pu持续50ms后，LU为160°。在Ramp模块，
触发角的变化时间取20ms。
图1云广直流系统触发角控制逻辑
1032
2012年中国电机工程学会直流输电与电力电子专委会学术年会论文集
由上述分析可知，组控系统在收到强制移相的命令后，触发角在20ms内增大到120°；当
Id<0.05pu持续50ms，触发角在20ms内由120°增大到160°
3 极闭锁或极ESOF
与传统直流工程相似，云广特高压直流工程极闭锁的过程也采用了强制移相策略。相对传统
直流工程每极仅一个12脉动阀组，云广直流工程每极由双阀组串联组成，每个阀组装设有单独的
组控系统，极控的闭锁命令必须发送到各运行阀组的组控系统，由组控系统完成快速移相的任务。
整流站极闭锁的录波如图2所示。极控系统在收到本站或对站的极闭锁命令后，通过控制总
线把闭锁命令送到各运行阀组。组控系统收到极闭锁命令后，首先在20ms内将触发角增大至
120°，极电压下降到0.5pu左右，极电流下降到零；当极电流小于0.05pu持续50ms后，触发角
增大至160°。当换流变阀侧电流小于0.03pu时判断阀组变为闭锁状态，并延时100ms闭锁触发
脉冲。
整流站闭锁阀组的触发脉冲时，逆变站并未闭锁，极电压约为0.6pu。直到逆变侧电压参考值
下降到零后，整流侧电压才逐渐下降到零
[1]
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图2 整流站极闭锁的故障录波
逆变站极控系统满足以下三个条件时，向运行阀组发出闭锁命令：
（1）收到本站或对站送来的极闭锁命令；
（2）通信故障或收到对站双阀组已闭锁触发脉冲的信息；
（3）直流电流小于0.03pu。
逆变站极闭锁时的录波如图3所示。在整流站强制移相期间，逆变站的直流电流下降至零，
直流电压下降至0.5pu。此时逆变站仍保持电压控制模式，组控系统在收到闭锁命令且直流电流小
于0.03pu后，电压参考值在200ms内匀速下降到零。当电压参考值大于实际电压时，触发角增大
至160°；当电压参考值低于实际电压时，触发角减小到90°。逆变站的直流电压随着触发角减
小而逐渐降低到零。当换流变阀侧电流小于0.03pu持续500ms，逆变站闭锁极各运行阀组的触发
脉冲。
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云广直流工程极ESOF时的控制策略与极闭锁相似，也需要极控系统先发强制移相命令至各
跳开换流变交流侧开关，实现换流器与交流系统的快速隔离。
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运行阀组。不同之处在于，极ESOF过程中，极控在执行强制移相、闭锁触发脉冲的同时，还将
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图3 逆变站极闭锁的故障录波
直流线路故障重启
直流线路保护的目的是限制线路故障造成的损失，尽早恢复线路运行。直流线路保护检测到
故障（除交直流碰线故障）以后，整流站的极控系统将发出350ms的强制移相命令，使线路电流
和电压快速下降到零，为消除线路故障创造条件
[2]
。
以2010年5月7日极一直流线路故障为例，图4为直流线路故障重启时整流站的故障录波。
极一线路保护检测到直流线路故障后，整流站的极一极控系统发出350ms的强制移相命令，各阀
组的触发角在20ms内升到120°；当线路电流低于0.05pu持续50ms，阀组的触发角升到160°，
整流站短时以逆变站的状态运行。在350ms的去游离时间内，直流线路电压和电流都下降到零，
但并未闭锁阀组的触发脉冲。
图4 直流线路故障重启整流站的故障录波
强制移相命令结束后，整流站恢复定电流控制模式，极控系统对直流线路进行重启动，触发
角恢复正常。若线路重启动75ms后检测到线路电压仍小于0.1pu，即使直流线路保护未动作，极
控系统也会判断直流线路重启动失败，对阀组再次进行强制移相或者直接闭锁。
图5为直流线路故障重启时的逆变站故障录波，此时逆变站为最小触发角控制模式，触发角
被限制在120°。由于整流站的触发角已增大到120°或160°，线路的电压和电流都下降至零。
强制移相命令结束后，逆变站恢复定电压控制模式，触发角逐渐增大，线路电压逐渐升高到参考
值。
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ｉ｛ｉ｛女一４＆自‰／Ａ）
5 阀组保护启动ESOF
2012年中国电机工程学会直流输电与电力电子专委会学术年会论文集
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图5 直流线路故障重启逆变站的故障录波
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同极双阀组运行时，若闭锁其中一个阀组，可以在保持另一个阀组正常运行的情况下，合上
闭锁阀组的旁路开关，将直流电流从换流阀转移到旁路开关后，闭锁该阀组VBE的触发脉冲。
但对于阀短路等严重故障，必须将通过故障阀组的电流迅速降低到零，以最大限度的降低设备损
坏的风险
[3]
。借鉴直流线路故障重启动的经验，此时可对同极另一阀组进行强制移相，将该极的
电压和电流快速降低到零，直到故障阀组闭锁触发脉冲、旁路开关合闸到位后，恢复另一阀组的
正常运行。阀组保护启动单阀组ESOF的动作逻辑如图6所示。
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图6 阀组保护启动ESOF时两个阀组的配合逻辑
整流站极一低端阀组保护启动ESOF时故障录波如图7所示。极一低端阀组保护动作后，极
一高端阀组执行150ms的强制移相命令，极一直流电压和电流快速下降到零。此时极一低端阀组
跳开换流变交流开关、投入旁通对并闭合阀组的旁路开关。当低端阀组换流变阀侧电流小于0.03pu
持续50ms，且检测到旁路开关已操作至合位，闭锁VBE的触发脉冲。极一高端阀组在强制移相
150ms后进行重启动，触发角逐渐恢复正常，直流电压和电流重新建立。
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女一；＃目目自Ⅲ
2012年中国电机工程学会直流输电与电力电子专委会学术年会论文集
图7 阀组保护启动单极ESOF时整流站的故障录波
单阀组ESOF时逆变站的录波如图8。逆变站收到对站极一单阀组ESOF的命令后，投入低
端阀组的旁通对并合上阀组旁路开关，检测旁路开关合闸到位后闭锁VBE的触发脉冲。由于整
流站的强制移相大大降低了极电压，根据低压限流功能的特性，逆变站的极一高端阀组为定电流
制模式，触发角逐渐恢复正常，极电压得以重新建立。
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控制模式，触发角为最小触发角120°，待整流站的强制移相命令结束后，逆变站恢复定电压控
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6 总结
图8 阀组保护启动单极ESOF时逆变站的故障录波
，一～——一————
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的地方。
本文列举了在云广直流输电系统导致强制移相的各种异常情况，梳理了这些情况下强制移相
策略判断和执行的逻辑，分析了整流站和逆变站的触发角特性和电压、电流的变化趋势。各种异
常情况执行强制移相策略的过程存在以下特点：
（1）云广特高压直流输电系统除在极闭锁、极ESOF、直流线路故障重启动时使用强制移相
，７
ｉ碡慕雄２，鼎，一、、，——
启和阀组保护导致单阀组ESOF，强制移相命令持续时间分别是 350ms和150ms，命令结束后对
运行阀组进行重启。
（3）不同异常情况导致的强制移相，逆变站的配合策略是不同的：极闭锁或极ESOF时，逆
变站保持电压控制模式，极参考电压在200ms内下降到零，触发角先升高到160°，后下降到90°；
直流线路故障重启动和阀组保护导致单阀组ESOF时，逆变站均变为定电流控制模式，触发角被
限制在最小触发角120°。
（4）不同情况导致的强制移相，极电流都快速下降到零，但极电压的变化趋势却有所不同：
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外，阀组保护导致单阀组ESOF也会使得同极另一阀组强制移相，这是与传统直流输电系统不同
（2）不同情况下强制移相命令的持续时间和结果有所不同：极闭锁或极ESOF时，先对各阀
组进行强制移相，当换流变阀侧电流小于0.03pu后100ms闭锁VBE触发脉冲；直流线路故障重
直流线路故障重启动或阀组保护启动单阀组ESOF时，直流电压快速下降至零；极闭锁或极ESOF
时，直流电压先下降到0.5pu左右，待整流站的触发脉冲被闭锁后，直流电压才逐渐下降到零；
（5）极闭锁、极ESOF和直流线路故障重启动时，同极双阀组同时接收极控的强制移相命
令，触发角和电气量的变化趋势是相同的；阀组保护启动单阀组ESOF时，同极两个阀组需要进
行比较复杂的配合动作，故障阀组投旁通对、合旁路开关、跳开换流变开关的，运行阀组进行强
制移相并进行故障重启动。
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参考文献
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2012年中国电机工程学会直流输电与电力电子专委会学术年会论文集
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[2] 周红阳，刘映尚，余江等，直流输电系统再启动改进措施[J]， 电力系统自动化，2011，32
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[3] 张爱玲，刘涛，李少华，云广特高压工程紧急停运及旁路开关操作控制策略研究，电力系统
保护与控制，2011，39(13)。
作者简介：
何园峰（1984），男，湖北孝感人，助理工程师，从事特高压直流输电系统研究及运行维护工作（e-mail）heyuanfeng84@；
李扬（1982），男，广东揭阳人，工程师，从事特高压直流输电系统研究及运行维护工作；
李金安（1982），男，湖北红安人，工程师，从事特高压直流输电系统研究及运行维护工作。
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