特高壓直流輸電控制與保護技術分析

高峰

摘要 和高壓直流相比，特高壓直流的特點在于運行方式靈活且多樣，在大功率及長距離輸電中表現出了極大的優勢，現已在世界各地得到了廣泛的應用。直流輸電控制和保護技術是整個特高壓系統的大腦，在系統的運行中有著十分重要的地位，直接決定了直流工程的運行狀態和安全性。近年來，在科技和經濟等多種因素的作用下，直流輸電的控制保護技術不斷改進和發展，尤其是在保護手段和設備性能上。為此，本文結合當前實際，分析了特高壓直流輸電的控制保護技術，探討了其應用效果和價值，希望能夠為我國電力系統的穩定發展提供一些理論上的參考。

關鍵詞 特高壓；直流輸電；控制保護技術；應用分析

中圖分類號TM7 文獻標識碼A 文章編號2095—6363（2017）03—0061—02

如今，計算機技術的發展及用電需求量的增加，給直流輸電技術提出了更高的要求，在這種情況下，直流輸電控制保護技術也隨之發展，表現為控制保護策略不斷改進、換流元件不斷進步、設備及裝置性能提高等。這項技術的發展也為特高壓直流輸電系統的進步提供了基礎條件。為此，本文結合上述情況，分析了特高壓直流輸電控制和保護技術的基本控制保護技術，希望能夠為該項技術的應用提供一些參考和建議，具體內容如下。

1直流輸電的基本控制保護技術分析

直流輸電主要通過接入三相電壓換流元件，并按照順序完成交流電流，這個過程成為整流端。觸發角指的是將換流元件和其相連的交流電壓的過零點看做起點進行計算和預測所得的數據結果，當交流系統的參數為固定值時，觸發角就成為了控制直流電壓值的主要內容，它會導致整個直流回路電流值的變化，影響電力輸送的過程。由此可以分析出，換流元件的觸發角是控制直流輸電的最終變量。另外，直流控制技術中最為重要的是Vd/Id曲線，這兩條曲線描述了直流通電觸發角和不同直流電壓、電流的影響，是直接決定輸電系統運行狀態的重要參數。

當前，直流輸電的基本控制技術可以概括為以下幾點。首先，確定觸發角，根據上文提到的，觸發角是直流電流的控制技術的關鍵參數，在取直流電流、電壓和取逆變側換流器的電流關閉和斷開時刻，不同的控制策略形成了以電流調節器、逆變側熄弧角調節器、電壓調節器為主的經典控制三角。其次，確定觸發脈沖，觸發脈沖如何發生，需要考慮到交流電壓是否同步，以及是按照間距觸發還是按相觸發為主要方法。確定觸發角主要是控制各個數據的精度，若精度準確，能夠有效計算觸發角輪回的計時和計數。在早期，直流輸電主要通過硬件鎖相倍頻發生器來完成這一過程，而現在，隨著計算機技術的發展，數字信號處理器利用軟件方式就可以完成這一步驟，且觸發角的進度得到了有效提高。采用按相儲控制觸發角是一種傳統的模式，很容易造成交流電壓不穩定，三相電壓不對稱的情況，導致換流器的觸發脈沖不等距，影響整個直流輸電系統的穩定性。而從20世紀60年代起，就已經以等間距控制為主要的觸發角控制方式。

2特高壓直流輸電控制及保護技術分析

2.1直流控制技術

1）系統結構。從結構來看，直流控制系統的特點在于任何情況下都能夠從極中修改換流閥，同時在運行過程中，可以直接維護其中某個換流閥，當換流閥出現故障時，可以在將其隔離開來，保護其他系統的正常運行。且極層電流的控制設備可以對每個換流閥進行獨立設置，實現雙極協調控制。特高壓直流控制系統實現了極層、雙極層和換流器層的分離，避免了某處發生故障后對其他結構所造成的影響。特高壓針對換流層而提出了極層電流控制、換流層啟動控制和串聯順序控制等特殊的功能。

2）LAN網安全性。在高壓直流輸電工程中，主要是利用雙重化的LAN網將系統和計算機相連接，而特高壓直流輸電系統中，則是通過串流換流閥進行了雙重化的LAN設置，這種方式能夠將網絡進行分區管理和控制，并通過防火墻和其他保護設置來保護直流輸電系統的安全性，避免了外界的入侵，可有效提高系統的防御能力。另外，分區域的LAN管理還能夠減少總線的復雜性，使系統更加安全可靠。

3）主機穩定性。傳統的MACH2板卡較少發生故障，但是為了確保運行的流暢性，特高壓直流輸電系統中的DCC800還是去掉了有一定概率發生故障的板卡。從主機結構來看，特高壓直流的控制系統采用了冗余主機，不同層和系統之間通過光纖進行連接，這樣能夠避免軟件的切換，可通過FPGA編程有效控制系統的快速切換。

4）控制算法。特高壓直流輸電控制算法主要包括功率補償、閥組控制、換流單元的在線投退策略、融冰運行模式等部分，這是其與普通高壓直流輸電控制系統的最大區別，也是進行裝置和系統修改的主要區域。

2.2直流保護技術

1）對換流變壓器的保護。在雙極運行不平衡、不對稱或者中性線連接出現故障時，會產生較大的變壓直流電流，為了進一步顯示出換流變壓器的飽和情況，避免直流電流進入換流變壓器而導致直流飽和，特高壓直流系統提出了利用安裝直流電流互感器的方式來加強對換流變壓器的保護，這是因為，變化變壓器中性線中有1個中性點，這個點能代表著直流電流的周期性峰值，是反應換流變壓器直流偏磁情況的一個關鍵部分。總的來說，對于換流變壓器的保護主要是監測變壓器中性線的直流電流和，確定各項參數在設置的定值之下，若出現參數異常的情況，系統會通過自行報警、切斷電路和跳閘的方式進行有效閉鎖。

2）不平衡運行保護。在運行中，如果不同站點的換流器數量不一致，會導致系統不平衡的情況，而直流保護技術會通過檢測閥組數目，來確定是否進行保護動作。一旦檢測出異常，會通過強制停運來對保護換流單元的運行。

3）旁通對過載保護。這一保護裝置的目的在于避免旁通對過載過程中出現的可控硅過載，其原理為通過檢測投入過程中旁通晶閘管的溫度，確定晶閘管的承受能力，進而保護其他相應的閥組，通過動作鎖閉、充足旁通斷路器將該系統轉變為隔離狀態，以此來避免異常電流和電壓的不良影響。

4）閥連接母線區保護。特高壓直流系統和高壓直流系統的不同在于，增加了閥連接母線區的保護，這項保護裝置是用來檢測每級脈沖換流器的接地故障問題，若脈沖換流器大于整定值，系統就會自動延時跳閘。

3結論

本文分析了特高壓直流輸電控制保護系統的具體技術，分析了其在系統保護中發揮的作用，并對比了和常規高壓直流控制保護技術的不同。總的來說，特高壓直流控制保護系統有著串聯閥組的功能，可提高閥組之間的協調控制例，使直流輸電系統的運行更加流暢和靈活。可以預見，隨著技術的發展，特高壓直流輸電的控制和保護技術一定會發揮出更大的作用。