模块化多电平换流器高压直流输电技术近十年来发展迅速。中国已陆续投运了若干直流工程。柔性直流输电技术在中高压等级电能输送领域有广阔的应用前景。随着电压等级的不断提高，在现有硬件水平下阀控链路延时的重要性逐步突显出来。现有研究成果表明控制延时越大，系统稳定性越差，甚至无法稳定工作，同时也提出了优化延时、改善系统性能的策略。本文在研究柔性直流输电系统中阀控装置内部延时组成的基础上，提出下行、上行、过流保护3项延时测试方法，开展测试并详细分析测试结果，最后提出了进一步的优化方向。

1）定义了阀控链路的下行、上行、过流保护3种延时；

2）提出了在现有硬件水平条件下阀控链路延时的测试方法；

3）提出了阀控链路延时的优化方案。

模块化多电平换流器高压直流输电系统中链路延时对系统动态性能影响较大，如果延时设计不合理，会导致系统的稳定性变差。随着电压等级的提升，子模块数量相应增加，如何降低控制及保护的延时成为挑战。研究分析昆柳龙直流工程柳北换流站极1换流阀阀控下行、过流保护和上行3种链路延时的组成，提出了相应的测试方法，完成测试并提出优化方向。阀控下行、过流保护和上行链路延时分别小于40 μs、60 μs、60 μs，在现有硬件水平下已达到设计预期，满足现有控制链路延时需求。

阀控硬件分为极控接口层、主控层、桥臂控制层、光纤分配层、模块控制层5部分。

⬆ 图1 阀控链路延时相关硬件拓扑

定义阀控下行链路延时为阀控接收到调制波至模块控制板按照该调制波输出功率开关器件驱动指令的时间。实际工程中功率开关器件还有对应的死区保护时间和开通/关断时间。

⬆ 图2 阀控下行链路延时说明示意图

定义过流保护链路延时为阀控接收到第一个故障点数据至子模块闭锁的时间。

⬆ 图3 阀控保护链路延时说明示意图

定义模块电容电压上行链路延时为电容电压硬件采样前端信号至阀控计算得到子模块全局平均电压出口的延时。

⬆ 图4阀控上行链路延时说明示意图

阀控全链路测试试验硬件由仿真装置、模块模拟装置、极控模拟装置和阀控装置组成，图5仅对主要链路连接关系进行说明。仿真装置包含RT-Lab仿真机箱和合并单元模拟部分，由仿真装置提供阀硬件模拟及测试环境搭建。极控模拟装置接收仿真装置及阀控的状态数据，经过控制运算后传送控制数据至阀控。模块模拟装置可提供模块控制板的功能，模拟全链路所有模块与阀控装置互联。

⬆ 图5  阀控全链路试验平台

本文结合昆柳龙直流输电工程柳北换流站极1换流阀阀控的应用情况，分析了阀控各部分延时的组成，定义了阀控下行链路延时、阀控过流保护链路延时和阀控上行链路延时的范围，提出了阀控延时测试方法，依据链路延时定义和测试方法进行了测试。

测试结果与理论计算一致，符合设计预期，并得出以下优化方向：阀控下行链路延时中桥臂控制板均压及点火脉冲生成部分占用时间较长，可进一步优化；阀控过流保护延时中桥臂控制板插入保护数据帧周期可进一步缩短；阀控上行链路延时理论中桥臂控制板至极控通信板的分时传输方式占用时间较长，仍有优化空间。

研究团队