關(guān)于±800kV直流換流站極控系統(tǒng)功能與保護(hù)配置研究

賀延峰

摘 要：本文結(jié)合酒泉±800kV換流站直流送出工程，根據(jù)換流站直流系統(tǒng)保護(hù)實(shí)際配置情況，首先論述了研究極控系統(tǒng)功能與保護(hù)配置的目的和意義，并對(duì)其總體結(jié)構(gòu)及功能配置作了詳細(xì)介紹，為今后的相關(guān)直流調(diào)試工作提供一定借鑒。

關(guān)鍵詞：總體構(gòu)架；極控系統(tǒng)功能與配置；直流保護(hù)系統(tǒng)功能與配置

隨著換流站自動(dòng)化技術(shù)的逐步提高，對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的依賴度也越來(lái)越高，換流站內(nèi)的設(shè)備出現(xiàn)異常狀況會(huì)比較頻繁，自動(dòng)控制系統(tǒng)首先受到影響?；诰迫獡Q流站建設(shè)所要求的工期比較緊、分工細(xì)化、建設(shè)單位多、人員配備齊全等情況，因此在分系統(tǒng)調(diào)試前期就需要了解掌握直流系統(tǒng)的整體配置與功能中需協(xié)調(diào)事情的工作量較大。

一、目的和意義

本文依托酒泉±800kV換流站直流送出工程項(xiàng)目，提出了在多種運(yùn)行工況下直流控制保護(hù)系統(tǒng)的功能要求和配置方案，以達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、提升系統(tǒng)功能、適應(yīng)多種運(yùn)行工況的目的，通過(guò)對(duì)酒泉±800kV換流站直流控制保護(hù)的配置進(jìn)行研究，全面了解掌握直流系統(tǒng)相關(guān)保護(hù)的配置、原理、功能，系統(tǒng)的掌握直流控保的技術(shù)，有效的達(dá)到提高調(diào)試效率及成果。從分系統(tǒng)試驗(yàn)到站系統(tǒng)及系統(tǒng)試驗(yàn)的調(diào)試投運(yùn)對(duì)換流站直流系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行起到必要的作用為系統(tǒng)安全提供可靠保證。

二、總體構(gòu)架

直流控制保護(hù)系統(tǒng)功能與配置構(gòu)架總體上與常規(guī)直流工程保持一致，采用分層結(jié)構(gòu)：1）遠(yuǎn)方調(diào)度控制層；2）換流站運(yùn)行人員控制層；3）換流站控制層設(shè)備：含雙重化配置的交、直流站控、極控及換流單元控制、站用電源及輔助系統(tǒng)控制設(shè)備；4）就地測(cè)控單元層。換流站控制系統(tǒng)采用完全雙重化設(shè)計(jì)：輸入輸出單元、交直流站控、極控、站用電接口及輔助系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)、站 LAN 網(wǎng)、系統(tǒng)服務(wù)器和所有相關(guān)的直流控制裝置都為雙重化設(shè)計(jì)?？刂葡到y(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)可確保直流系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)槿我豢刂葡到y(tǒng)的單重故障而發(fā)生停運(yùn)，也不會(huì)因?yàn)閱沃毓收隙?duì)換流站的監(jiān)視。

三、極控系統(tǒng)功能與配置

1.極控概念

極控系統(tǒng)有三種功率控制模式：雙極功率控制模式、單極功率控制模式、單極電流控制模式。

2.極控功能

2.1有功功率控制

1）手動(dòng)功率控制模式下的功率命令設(shè)定功能（PODC）穩(wěn)態(tài)功率命令（PrefDC）通過(guò)后臺(tái)或遠(yuǎn)控接口在SCADA級(jí)確定。在雙極定功率模式（PmodeBP）下功率命令對(duì)兩個(gè)極都有效。為了使一個(gè)極達(dá)到最大的獨(dú)立性，從SCADA級(jí)設(shè)置的穩(wěn)態(tài)功率命令（PrefDC）被獨(dú)立的傳到極1和極2的每一個(gè)功率命令計(jì)算器功能模塊里。每一個(gè)極的控制是獨(dú)立的（包括兩站極間通信信號(hào)）。直流在雙極分送運(yùn)行方式下時(shí)，當(dāng)一極采用單極功率控制模式時(shí)，默認(rèn)情況下另一極也采用單極功率控制模式，也可轉(zhuǎn)換為手動(dòng)電流控制模式，單極功率控制模式下運(yùn)行人員也可以選擇自動(dòng)功率控制模式或手動(dòng)功率控制模式來(lái)設(shè)定PrefDC，在自動(dòng)功率控制模式下運(yùn)行人員輸入一個(gè)預(yù)設(shè)的功率計(jì)劃曲線（曲線僅對(duì)該極有效），該曲線即是直流功率的每日負(fù)荷曲線，這意味著如果雙極均處于單極功率控制模式時(shí)，需要針對(duì)每一極單獨(dú)設(shè)定功率曲線。在手動(dòng)功率控制模式下運(yùn)行人員可以手動(dòng)輸入PrefDC值并以每分鐘1到999MW范圍內(nèi)預(yù)設(shè)的等變率變化。

2）直流功率控制功能：極控的直流功率控制有一個(gè)主要功能是通過(guò)來(lái)自運(yùn)行人員控制級(jí)的有關(guān)信息確定直流功率定值（PrefDC）。雙極功率控制的原理是用雙極功率參考值除以雙極直流電壓。這個(gè)雙極級(jí)的功能在兩個(gè)極的極控系統(tǒng)里完成。因?yàn)橛糜赑refDC斜坡信號(hào)發(fā)生器及安裝在每一個(gè)極上的電流定值計(jì)算器有相同的輸入信號(hào)，它們計(jì)算出相等的直流電流參考值Idfef，故每一個(gè)極從功率控制功能取得相同的直流電流參考值使雙極運(yùn)行平衡。利用這種方法，即使在降壓運(yùn)行的時(shí)候兩個(gè)極的電流定值都是相等的。單極功率控制的原理是單極功率參考值除以本極直流電壓，計(jì)算出本極的直流電流參考值Idfef。

3）極-極功率傳輸：在某些情況下，會(huì)造成雙極不平衡。極-極功率傳輸功能（PPT）考慮這些因素，實(shí)現(xiàn)功率（電流）從一極到另一極交換。下述情況會(huì)產(chǎn)生接地電流：

當(dāng)一極在定電流模式（Imode）下運(yùn)行時(shí)，兩極間交換電流定值以達(dá)到恒定功率運(yùn)行。

當(dāng)一極達(dá)到電流限制值下運(yùn)行時(shí)，兩極間交換電流定值達(dá)到恒定功率運(yùn)行。

當(dāng)將一極設(shè)定為單極功率控制模式時(shí)，默認(rèn)的將另一極也設(shè)定為單極功率控制模式。即雙極均處于單極功率控制模式，此時(shí)極-極功率轉(zhuǎn)移功能將不起作用。

2.2 直流電流控制功能

1）整流側(cè)的直流電流控制：在整流側(cè)，△Id與△Ud相比較選擇負(fù)值最大的（最小選擇）。假如由于某些原因Id增大，△Id就變?yōu)樨?fù)值，那么增加PI模塊的輸出值（α）來(lái)使整流器增大觸發(fā)角，直到Id減小到要求的參考值。反之減小觸發(fā)角。

2）逆變側(cè)的直流電流控制：在逆變側(cè)，三個(gè)控制器的偏差值同時(shí)在一個(gè)最大選擇模塊中相互比較，假如Id比Idref大（-△Id），那么△Id使PI輸出的漂移方向與在整流側(cè)中一樣。這通常指這種情況：當(dāng)0.1PU的Imarg減小時(shí)，Id控制器試圖增大α0來(lái)有效維持電流不會(huì)增大。假如由于某些原因Id被減到小于 Idref-Imarg，那么△Id將要變成正值，假如它是比另外兩個(gè)控制器的差值大的話將被選中，來(lái)減小α以增加電流。

3）接地極電流監(jiān)測(cè)：在極控中提供一個(gè)接地極電流監(jiān)測(cè)功能，用于計(jì)算和積累接地極運(yùn)行時(shí)流過(guò)的電量。在雙極分送運(yùn)行方式下，接地極電流檢測(cè)功能將啟動(dòng)較小輸送功率極的直流電流調(diào)節(jié)功能，以達(dá)到減少流入接地極的電流。

2.3 直流電壓控制

在每個(gè)極的兩個(gè)站都提供有電壓控制功能，同時(shí)它們的應(yīng)用方式也有所不同：

在逆變站Uref被用于電壓控制器的參考設(shè)定，通常設(shè)定為1.0Pu。在這種方式下，逆變器通過(guò)閉環(huán)電壓控制直接控制計(jì)算所得的整流器直流電壓，使其達(dá)到額定值。在整流側(cè)，一個(gè)裕度（穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)大約是0.025Pu）被加到正常直流電壓上面。為了避免與從交流和直流故障中恢復(fù)期間直流電流控制發(fā)生沖突，裕度被暫時(shí)設(shè)定為0.3Pu。這個(gè)值被用作直流電壓控制器的參考值，平時(shí)是不用的。整流器通常在它的電流控制特性下運(yùn)行以控制極電流，僅僅在Ud大于Uref+Umarg時(shí)暫時(shí)使用電壓控制器。

結(jié)語(yǔ)：

該項(xiàng)工程屬于±800kV特高壓直流輸電技術(shù)進(jìn)入規(guī)?；瘧?yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化工程，根據(jù)換流站直流系統(tǒng)保護(hù)實(shí)際配置情況，首先論述了研究極控系統(tǒng)功能與保護(hù)配置的目的和意義，并對(duì)其總體結(jié)構(gòu)及功能配置作了詳細(xì)介紹，為今后的相關(guān)直流調(diào)試工作提供一定借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]《±800kV直流輸電工程換流站電氣二次設(shè)備交接驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程》----Q/GDW_264-2009

[2]《高壓直流換流站設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》.DLT5223-2005

[3]《國(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》---國(guó)家電網(wǎng)生【2012】352號(hào)