PCS-9550控制保護(hù)系統(tǒng)閥組在線投退仿真分析

陳 飛，陳大慶，宋慧慧，宗凡琪

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟(jì)南 250118）

PCS-9550控制保護(hù)系統(tǒng)閥組在線投退仿真分析

陳 飛，陳大慶，宋慧慧，宗凡琪

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟(jì)南 250118）

特高壓直流輸電系統(tǒng)采用雙12脈動(dòng)閥組串聯(lián)的方式，在運(yùn)行過(guò)程中單個(gè)閥組可能由于故障退出運(yùn)行，故障處理結(jié)束后，需要在線投入閥組。在站間通信正常的情況下，可由控制系統(tǒng)自動(dòng)協(xié)調(diào)投退過(guò)程，在站間通信故障時(shí)，需要由兩站運(yùn)維人員緊密配合，完成在線投退。通過(guò)RTDS仿真研究在站間通信故障的情況下，PCS-9550控制保護(hù)系統(tǒng)在線投退閥組的策略以及方法，分析原理及投退波形，以期為特高壓運(yùn)維操作及故障處理提供參考。

閥組；在線投退；站間通信故障；RTDS仿真

0 引言

在特高壓直流輸電系統(tǒng)中，閥組在線投退作為控制保護(hù)系統(tǒng)的一項(xiàng)重要功能，保證了直流在功率不間斷的情況下單閥組投入與退出。PCS-9550控制保護(hù)系統(tǒng)在正常工況下，兩站換流器在線投入與退出依靠站間通信，傳遞相關(guān)指令，自動(dòng)協(xié)調(diào)控制時(shí)序?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定投退。站間通信故障工況下，需由運(yùn)行人員電話協(xié)調(diào)兩站解閉鎖時(shí)序。因此，站間通信故障時(shí)，運(yùn)維人員能否正確執(zhí)行操作順序?qū)⑹情y組正確、穩(wěn)定投退的關(guān)鍵［1］。通過(guò)RTDS實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)模擬試驗(yàn)，就上述工況在不同操作方法及順序下對(duì)程序邏輯及投退波形進(jìn)行分析，以期得到最優(yōu)的投退方案。

模擬試驗(yàn)以極Ⅰ單極大地運(yùn)行方式為例，閥組在線投退運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換示意如圖1所示。

圖1 閥組在線投退運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換示意

1 站間通信故障閥組在線投入

1.1 聯(lián)鎖條件

閥組投退聯(lián)鎖程序如圖2所示。由圖2可知，站間通信故障時(shí)在線投入閥組需滿足以下條件［2］：1）站間通信故障；2）本站將要投入閥組準(zhǔn)備運(yùn)行聯(lián)鎖條件RFO滿足；3）本極另一閥組在運(yùn)行。

圖2 閥組投退聯(lián)鎖條件

1.2 投入波形分析

1.2.1 整流側(cè)先在線投入低端閥組

整流側(cè)先投入低端閥組波形如圖3所示，逆變側(cè)配合投入低端閥組波形如圖4所示。

本文圖3～10中符號(hào)意義為：UDL_IN直流線路電壓；IDCP換流閥回路電流；IDNC直流主回路電流；ALPHA_ORD觸發(fā)角指令值；ALPHA_MEAS觸發(fā)角測(cè)量值；msQ_ORD_V_ENTRY閥組投入指令；MSQ_ORD_V_EXIT閥組退出指令；BLOCK閥組閉鎖信號(hào)；DEBLOCK閥組解鎖信號(hào)；RETARD觸發(fā)角移相指令；BPPO 旁通對(duì)投入指令；BPS_CLOSE_ORD_IPCO旁通開關(guān)合閘指令；BPS_CLOSE_IND旁通開關(guān)合閘狀態(tài)確認(rèn) ；ORD_ALPHA_90_OUT觸發(fā)角移至 90°指令；ACTIVE本系統(tǒng)主用狀態(tài)。具體控制順序如下：

1）整流側(cè)發(fā)出在線投入閥組指令MSQ_ORD_V_ ENTR，立即解鎖；

2）經(jīng)過(guò)約100 ms整流側(cè)觸發(fā)角ALPHA由164°減小到約90°，電流迅速由旁通回路向換流器回路轉(zhuǎn)移；

3）約200 ms后，換流器回路電流IDCP等于直流回路電流IDNC，電流全部轉(zhuǎn)移至換流器回路，旁通開關(guān) BPS分閘指令產(chǎn)生，形成雙閥組串聯(lián)通路［3］；

4）約250 ms后，整流側(cè)電流控制器調(diào)節(jié)兩閥組觸發(fā)角ALPHA為57°，使直流電流維持在2 500 A；

5）待逆變側(cè)相應(yīng)閥組投入后，整流側(cè)定電流控制器和逆變側(cè)定電壓控制器共同作用，維持直流電流恒定，提升直流電壓。

分析波形可知，投入過(guò)程中直流電流、電壓、功率波動(dòng)值均較小，未出現(xiàn)電流斷續(xù)現(xiàn)象，且運(yùn)行閥組在投退過(guò)程中仍可穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2.2 逆變側(cè)先在線投入低端閥組

逆變側(cè)先投入低端閥組波形如圖5所示，整流側(cè)配合投入低端閥組波形如圖6所示。具體控制順序如下：

圖3 整流側(cè)先投入低端閥組波形

圖4 逆變側(cè)配合投入低端閥組波形

1）逆變側(cè)發(fā)出在線投入閥組指令MSQ_ORD_V_ ENTR，立即解鎖；

2）經(jīng)過(guò)約100 ms，逆變側(cè)觸發(fā)角ALPHA由164°減小到約90°，電流迅速由旁通回路向換流器回路轉(zhuǎn)移；

3）經(jīng)過(guò)約80 ms，換流器回路電流IDCP等于直流回路電流IDNC，電流全部轉(zhuǎn)移至換流器回路，旁通開關(guān)BPS分閘指令產(chǎn)生，形成雙閥組串聯(lián)通路，等待整流側(cè)閥組投入；

圖5 逆變側(cè)先投入低端閥組波形

圖6 整流側(cè)配合投入低端閥組波形

4）隨后，由于整流側(cè)投入滯后，導(dǎo)致逆變側(cè)直流電壓大于整流側(cè)直流電壓，直流電流變?yōu)?，持續(xù)時(shí)間約為2.5 s；

5）待整流側(cè)相應(yīng)閥組投入后，整流側(cè)定電流控制器和逆變側(cè)定電壓控制器共同作用，維持直流電流恒定，提升直流電壓；

分析波形可知，投入過(guò)程中直流電流、電壓、功率波動(dòng)值均較大，出現(xiàn)電流斷續(xù)現(xiàn)象，持續(xù)時(shí)間約為2.5 s，且運(yùn)行閥組在投退過(guò)程中未能穩(wěn)定運(yùn)行［4］。

2 站間通信故障閥組在線退出

2.1 聯(lián)鎖條件

由圖2可知，站間通信故障時(shí)在線退出閥組需滿足以下條件：站間通信故障；本極另一閥組在運(yùn)行。

2.2 退出波形分析

2.2.1 整流側(cè)先在線退出低端閥組

整流側(cè)退出低端閥組波形如圖7所示，逆變側(cè)配合退出低端閥組波形如圖8所示。具體控制順序如下：

1）整流側(cè)發(fā)出退出閥組指令，立即執(zhí)行ALPHA 90°（觸發(fā)角ALPHA移相至90°）指令，投入旁通對(duì)BPPO，發(fā)出BPS合閘指令，此時(shí)因無(wú)站間通信，逆變側(cè)未收到退出閥組指令；

圖7 整流側(cè)先在線退出閥組波形

2）整流側(cè)因投入BPPO，閥組被旁通，直流電壓立即下降，低于逆變側(cè)直流電壓，直流電流迅速降為0，持續(xù)約為450 ms；

圖8 逆變側(cè)配合退出閥組波形

3）隨后逆變側(cè)短暫進(jìn)入定電流控制，減小觸發(fā)角ALPHA，降低逆變側(cè)電壓，重新建立直流電流，等待逆變側(cè)閥組不平衡退出閥組；

4）逆變側(cè)雙閥組運(yùn)行，檢測(cè)到直流電壓UDL低于520 kV，持續(xù)3 s，通過(guò)閥組不平衡退出低端閥組，發(fā)出閥組退出指令，立即執(zhí)行ALPHA 90°指令，投入旁通對(duì)BPP0，同時(shí)發(fā)出旁通開關(guān)BPS合閘指令，檢測(cè)到BPS合閘狀態(tài)BPS_CLOSE_IND返回后，閉鎖觸發(fā)脈沖。

分析波形可知，退出過(guò)程中直流電流、功率波動(dòng)值均較大，出現(xiàn)電流斷續(xù)現(xiàn)象，持續(xù)時(shí)間約為450 ms，且運(yùn)行閥組在投退過(guò)程中未能穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2.2 逆變側(cè)先在線退出低端閥組

整流側(cè)退出低端閥組波形如圖9所示，逆變側(cè)配合退出低端閥組波形如圖10所示。具體控制順序如下：

1）逆變側(cè)發(fā)出在線退出閥組指令，逆變側(cè)立即執(zhí)行ALPHA 90°指令，立即投入旁通對(duì)BPPO，發(fā)出旁通開關(guān)BPS合閘指令，直流電壓立即由800 kV降至400 kV，直流電流增大。此時(shí)逆變側(cè)增大熄弧角GAMMA，以防止換相失?。?］；

2）約50 ms后，待旁通開關(guān)BPS合閘狀態(tài)BPS_ CLOSE_IND返回后，閉鎖觸發(fā)脈沖；

3）整流側(cè)雙閥組運(yùn)行，檢測(cè)到直流電壓280 kV＜UDL＜520 kV，持續(xù)5 s，通過(guò)閥組不平衡保護(hù)，退出低端閥組；

圖9 無(wú)通信逆變側(cè)先退出閥組波形

圖10 整流側(cè)配合退出閥組波形

4）整流側(cè)發(fā)出閥組退出指令，立即執(zhí)行ALPHA 90°指令，投入旁通對(duì)BPP0，發(fā)出旁通開關(guān)BPS合閘指令，待旁通開關(guān)BPS合閘狀態(tài)BPS_CLOSE_IND返回后，閉鎖觸發(fā)脈沖。

分析波形可知，退出過(guò)程中直流電流、功率波動(dòng)值均較小，未出現(xiàn)電流斷續(xù)現(xiàn)象，且運(yùn)行閥組在投退過(guò)程中能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

站間通信故障情況下在線投入閥組，為了最大限度地減小功率、電流、電壓的波動(dòng)，防止電流斷續(xù)，使投退時(shí)對(duì)運(yùn)行閥組造成的影響最小，應(yīng)由整流側(cè)首先投入閥組，逆變側(cè)后投入閥組；

站間通信故障情況下在線退出閥組，為了最大限度地減小功率、電流、電壓的波動(dòng)，防止電流斷續(xù)，使投退時(shí)對(duì)運(yùn)行閥組造成的影響最小，應(yīng)由逆變側(cè)首先退出閥組，整流側(cè)后退出閥組。

［1］浙江大學(xué)發(fā)電教研組直流輸電科研組.直流輸電［M］.北京：電力工業(yè)出版社，1982.

［2］趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2011.

［3］王慶，石巖，陶瑜，等.±800 kV直流輸電系統(tǒng)雙12脈動(dòng)閥組平衡穩(wěn)定運(yùn)行及投退策略的仿真研究 ［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2007，31（17）：1-6.

［4］陶瑜，馬為民，馬玉龍，等.特高壓直流輸電系統(tǒng)的控制特性［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30（22）：1-4.

［5］張民，石巖，孫哲.特高壓直流單12脈動(dòng)閥組的投退策略及其對(duì)交流系統(tǒng)無(wú)功沖擊的影響［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2007，31（15）：1-7.

Simulation Analysis on Converter Entry and Exit Online of the PCS-9550 Control and Protection System

CHEN Fei，CHEN Daqing，SONG Huihui，ZONG Fanqi
（State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250118，China）

Double 12-pulse pulsation converters are in series in the UHV DC transmission system，and any converter may be exit or entry online due to a fault.When interstation communication is normal，the exit and entry process can be conducted automatically by the control system.When interstation communication breaks，the exit and entry process need to be completed with cooperating closely with operators.The strategy，method and waveforms of entry and exit process of the PCS-9550 control and protection system are analyzed by RTDS simulation system when the interstation communication breaks， to provide references for UHV maintenance and trouble shooting.

converter；entry and exit online；interstation communication breaks；RTDS simulation

TM721.1

A

1007－9904（2017）02－0023－04

2016-10-26

陳 飛（1987），男，從事直流換流站運(yùn)檢工作；

陳大慶（1982），男，工程師，從事直流換流站運(yùn)檢與管理工作；

宋慧慧（1989），女，從事直流換流站運(yùn)檢工作；

宗凡琪（1990），女，從事直流換流站運(yùn)檢工作。