南方電網(wǎng)直流輸電系統(tǒng)站間通信應(yīng)用研究

中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司 王旭峰

南方電網(wǎng)直流輸電系統(tǒng)站間通信應(yīng)用研究

中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司 王旭峰

目前南方電網(wǎng)超高壓輸電公司有±800 kV云廣和±500 kV天廣、高肇、興安共4條直流輸電通道，西電東送能力達(dá)1 480萬kW。天廣直流輸電系統(tǒng)采用國電南瑞繼保PCS-9550直流輸電控制保護技術(shù)，云廣、高肇、興安直流輸電系統(tǒng)采用西門子直流輸電技術(shù)。直流控制保護系統(tǒng)分別采用PCS-9550、SIMADYND、SIMATIC TDC模塊化裝置，整流站與逆變站間存在大量的數(shù)據(jù)交換，可以滿足直流的快速調(diào)制、功率反轉(zhuǎn)和對應(yīng)的極與極間的控制與保護等要求。為完成直流站間控制，保護數(shù)據(jù)傳輸，直流站控制保護系統(tǒng)需依托南方電網(wǎng)通信主干網(wǎng)。直流控制保護系統(tǒng)、通信主干網(wǎng)傳輸設(shè)備等各環(huán)節(jié)運行狀況直接影響直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

本文，筆者研究了直流站間通信通道構(gòu)成，分析了與直流系統(tǒng)業(yè)務(wù)通信通道相關(guān)的南方電網(wǎng)光纖傳輸骨干網(wǎng)不同檢修運行工況下對直流輸電系統(tǒng)運行的影響，為南方電網(wǎng)主干通信網(wǎng)運行方式提供參考，對高壓直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有積極的影響。

一、直流輸電系統(tǒng)的功能

直流輸電系統(tǒng)包括直流輸電控制系統(tǒng)和直流保護系統(tǒng)兩部分，各部分功能如下。

1. 直流輸電控制系統(tǒng)功能介紹。直流輸電控制系統(tǒng)采用模塊化的多功能處理器系統(tǒng)，主要分為直流站控（DCSC）、極控（PC）、交流站控（ACSC）等系統(tǒng)，楚穗直流還含有組控（GC）系統(tǒng)。直流站控系統(tǒng)按站配置，全站配有2套相互冗余的直流站控系統(tǒng)，主要實現(xiàn)雙極層的控制功能；極控系統(tǒng)按極配置，每極配有兩套相互冗余的極控系統(tǒng)，主要實現(xiàn)極層的控制功能；組控系統(tǒng)按閥組配置，每個閥組配有2套相互冗余的組控系統(tǒng)，主要實現(xiàn)換流器層的控制功能。

直流輸電控制系統(tǒng)除了實現(xiàn)各種運行方式的基本控制模式外，還包括各種基本的控制器和限制器等。控制系統(tǒng)具備把直流功率、直流電流、直流電壓及換流器觸發(fā)角、熄弧角等被控信號保持在直流一次回路設(shè)備的穩(wěn)態(tài)極限之內(nèi)所需的一切特性?？刂葡到y(tǒng)把暫態(tài)過電流及過電壓兩者都限制在天廣直流的一次設(shè)備極限范圍內(nèi)，在交流或直流系統(tǒng)故障后，可以在規(guī)定的時間內(nèi)平穩(wěn)地恢復(fù)送電。

2. 直流保護系統(tǒng)功能介紹。直流保護系統(tǒng)一般分為直流換流器保護、直流母線保護、接地極線路保護、直流線路保護、高速開關(guān)保護、直流濾波器保護、換流變壓器保護、平波電抗器保護等。

天廣、高肇、興安雙極直流系統(tǒng)分別配置三套保護系統(tǒng)裝置，均采用模塊化處理系統(tǒng)，跳閘出口經(jīng)過“三取二”邏輯后，完成整個直流保護系統(tǒng)的動作出口。直流保護3套系統(tǒng)均具備與對站DUST通信功能，傳送直流線路電流IdL。直流保護系統(tǒng)出口采用“三取二”模式，當(dāng)一套系統(tǒng)退出運行時，自動轉(zhuǎn)為“二取一”模式，當(dāng)兩套系統(tǒng)同時退出運行時，自動轉(zhuǎn)為“一取一”模式?！叭《敝绷鞅Ｗo邏輯見圖1。

二、直流輸電系統(tǒng)站間通信功能

高肇、興安直流站間通信通道主要分為極控及直流保護站間通信通道、直流LAN網(wǎng)站間通信通道。極控及直流保護站間通信通道、直流LAN網(wǎng)站間通信通道經(jīng)西門子PCM 1、西門子PCM 2設(shè)備復(fù)用后分別接入南方電網(wǎng)傳輸網(wǎng)A、網(wǎng)B傳輸至對端換流站，完成直流系統(tǒng)控制保護、交直流站控及LAN網(wǎng)間數(shù)據(jù)交換。高肇直流站間通信通道見圖2。

天廣直流站間通信通道在設(shè)備的層次結(jié)構(gòu)中屬于極層，采用雙重化冗余配置，分別經(jīng)南方電網(wǎng)骨干通信網(wǎng)A、網(wǎng)B傳輸。每極站間通信設(shè)備都與另一極的站間通信設(shè)備在電氣及物理結(jié)構(gòu)上分開，因此每極的運行都是獨立的。

天廣直流輸電工程站間通信通道由直流極控、直流保護、直流站控和 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）系統(tǒng)站間通道組成，各通道均使用單獨2M通道傳輸。

云廣直流站間通信通道種類與高肇、興安直流類似，不同之處是云廣直流取消了PCM設(shè)備，而直接通過南方電網(wǎng)傳輸網(wǎng)A、網(wǎng)B傳輸至對端換流站，完成直流系統(tǒng)控制保護、交直流站控及LAN網(wǎng)間數(shù)據(jù)交換，減少了中間環(huán)節(jié)，運行可靠性大大提高。

三、站間通信通道中斷對直流輸電系統(tǒng)運行的影響

1. 站間通信通道對極控系統(tǒng)的影響。通過查閱資料及現(xiàn)場試驗分析，當(dāng)某極控系統(tǒng)主備通道同時故障時，將影響本極的下列主要控制功能。

（1）控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)電流指令的站間通信與協(xié)調(diào)。此時，系統(tǒng)將進入應(yīng)急電流控制，由整流側(cè)設(shè)定直流電流參考值，逆變側(cè)以實測直流電流作為其參考值，跟蹤實測電流的變化。

（2）逆變側(cè)保護動作請求移相功能無法實現(xiàn)。

（3） 保護動作或其他停運信號無法通過控制通道傳遞到對站。

（4）直流穩(wěn)定調(diào)制的功能將受影響，直流功率快速變化時，逆變側(cè)將不具備瞬時電流裕度。

（5）逆變側(cè)線路故障再啟動功能被閉鎖，只有整流側(cè)檢測到線路發(fā)生故障時才會啟動直流重合。

（6）逆變側(cè)的功率限制功能被閉鎖，但直流功率和電流追蹤功能仍能維持穩(wěn)定運行，低負(fù)荷下的無功優(yōu)化功能被閉鎖。

2. 站間通信通道對直流保護的影響。兩換流站直流保護系統(tǒng)之間，有大量的信息需要傳送，主要有以下數(shù)據(jù)：直流電流設(shè)定值Idref；直流線路電流測量值；緊急停運（ESOF）命令；閉鎖命令；直流線路保護動作命令。當(dāng)某一系統(tǒng)主備通道同時故障時，影響下列保護功能：某一保護系統(tǒng)主備通道均故障時，對應(yīng)系統(tǒng)逆變側(cè)的直流線路保護動作信號、換相失敗信號、交流低電壓信號、保護動作或其他停運信號無法傳送到對側(cè)。

（1）保護系統(tǒng)主備通道均故障時，對應(yīng)系統(tǒng)的直流線路低電壓動作延時將采用站間通信故障情況下延時定值。

（2）對于高肇、興安、楚穗直流輸電系統(tǒng)，查閱西門子軟件設(shè)計報告可知，由于直流電流值經(jīng)通信通道傳輸存在延時，直流線路差動保護在計算兩站直流電流差值之前，將本站直流線路電流延時一定時間后再與對站電流值進行差值比較。對于天廣直流輸電系統(tǒng)，則未做延時設(shè)置，按照《天廣直流輸電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范書》及工程經(jīng)驗值，各通道傳輸時延小于35 ms，即滿足直流控制保護對通信通道的要求。各直流系統(tǒng)電流延時設(shè)定見表1。

表 1 各直流系統(tǒng)電流延時設(shè)定 ms

通信通道傳輸時延與直流線路縱聯(lián)差動保護配合存在一定關(guān)系，當(dāng)差流設(shè)定值、出口動作時間滿足要求時，直流線路差動保護存在誤動或拒動的可能。但由于天廣、高肇、興安、楚穗直流出口動作時間為500 ms，通信通道傳輸時延小于出口動作時間500ms，便不會對直流線路差動保護有影響。

由于通道時延ΔT的存在，西門子直流系統(tǒng)直流線路差動保護差流計算時將本站電流進行延時設(shè)定，這將進一步影響差流ΔIdL值計算的準(zhǔn)確性。

目前南方電網(wǎng)公司范圍內(nèi)高肇直流、楚穗直流站間通信通道采用自愈環(huán)方式，天廣直流、興安直流未采用自愈環(huán)方式，設(shè)計原則不統(tǒng)一。通過站間通信通道中斷試驗，得知直流輸電系統(tǒng)站間通信通道可以應(yīng)用自愈環(huán)，自愈環(huán)的應(yīng)用可大大增強直流站間通信通道的可靠性，同時也將為后續(xù)直流工程通信通道配置提供參考。