PCS-9550控制保護系統閥組在線投退仿真分析

陳 飛，陳大慶，宋慧慧，宗凡琪

（國網山東省電力公司檢修公司，濟南 250118）

PCS-9550控制保護系統閥組在線投退仿真分析

陳 飛，陳大慶，宋慧慧，宗凡琪

（國網山東省電力公司檢修公司，濟南 250118）

特高壓直流輸電系統采用雙12脈動閥組串聯的方式，在運行過程中單個閥組可能由于故障退出運行，故障處理結束后，需要在線投入閥組。在站間通信正常的情況下，可由控制系統自動協調投退過程，在站間通信故障時，需要由兩站運維人員緊密配合，完成在線投退。通過RTDS仿真研究在站間通信故障的情況下，PCS-9550控制保護系統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中，閥組在線投退作為控制保護系統的一項重要功能，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控制保護系統在正常工況下，兩站換流器在線投入與退出依靠站間通信，傳遞相關指令，自動協調控制時序實現穩定投退。站間通信故障工況下，需由運行人員電話協調兩站解閉鎖時序。因此，站間通信故障時，運維人員能否正確執行操作順序將是閥組正確、穩定投退的關鍵［1］。通過RTDS實時仿真系統模擬試驗，就上述工況在不同操作方法及順序下對程序邏輯及投退波形進行分析，以期得到最優的投退方案。

模擬試驗以極Ⅰ單極大地運行方式為例，閥組在線投退運行方式轉換示意如圖1所示。

圖1 閥組在線投退運行方式轉換示意

1 站間通信故障閥組在線投入

1.1 聯鎖條件

閥組投退聯鎖程序如圖2所示。由圖2可知，站間通信故障時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備運行聯鎖條件RFO滿足；3）本極另一閥組在運行。

圖2 閥組投退聯鎖條件

1.2 投入波形分析

1.2.1 整流側先在線投入低端閥組

整流側先投入低端閥組波形如圖3所示，逆變側配合投入低端閥組波形如圖4所示。

本文圖3～10中符號意義為：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觸發角指令值；ALPHA_MEAS觸發角測量值；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；DEBLOCK閥組解鎖信號；RETARD觸發角移相指令；BPPO 旁通對投入指令；BPS_CLOSE_ORD_IPCO旁通開關合閘指令；BPS_CLOSE_IND旁通開關合閘狀態確認 ；ORD_ALPHA_90_OUT觸發角移至 90°指令；ACTIVE本系統主用狀態。具體控制順序如下：

1）整流側發出在線投入閥組指令MSQ_ORD_V_ ENTR，立即解鎖；

2）經過約100 ms整流側觸發角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，電流全部轉移至換流器回路，旁通開關 BPS分閘指令產生，形成雙閥組串聯通路［3］；

4）約250 ms后，整流側電流控制器調節兩閥組觸發角ALPHA為57°，使直流電流維持在2 500 A；

5）待逆變側相應閥組投入后，整流側定電流控制器和逆變側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，投入過程中直流電流、電壓、功率波動值均較小，未出現電流斷續現象，且運行閥組在投退過程中仍可穩定運行。

1.2.2 逆變側先在線投入低端閥組

逆變側先投入低端閥組波形如圖5所示，整流側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 整流側先投入低端閥組波形

圖4 逆變側配合投入低端閥組波形

1）逆變側發出在線投入閥組指令MSQ_ORD_V_ ENTR，立即解鎖；

2）經過約100 ms，逆變側觸發角ALPHA由164°減小到約90°，電流迅速由旁通回路向換流器回路轉移；

3）經過約80 ms，換流器回路電流IDCP等于直流回路電流IDNC，電流全部轉移至換流器回路，旁通開關BPS分閘指令產生，形成雙閥組串聯通路，等待整流側閥組投入；

圖5 逆變側先投入低端閥組波形

圖6 整流側配合投入低端閥組波形

4）隨后，由于整流側投入滯后，導致逆變側直流電壓大于整流側直流電壓，直流電流變為0，持續時間約為2.5 s；

5）待整流側相應閥組投入后，整流側定電流控制器和逆變側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，投入過程中直流電流、電壓、功率波動值均較大，出現電流斷續現象，持續時間約為2.5 s，且運行閥組在投退過程中未能穩定運行［4］。

2 站間通信故障閥組在線退出

2.1 聯鎖條件

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

2.2 退出波形分析

2.2.1 整流側先在線退出低端閥組

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

1）整流側發出退出閥組指令，立即執行ALPHA 90°（觸發角ALPHA移相至90°）指令，投入旁通對BPPO，發出BPS合閘指令，此時因無站間通信，逆變側未收到退出閥組指令；

圖7 整流側先在線退出閥組波形

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

圖8 逆變側配合退出閥組波形

3）隨后逆變側短暫進入定電流控制，減小觸發角ALPHA，降低逆變側電壓，重新建立直流電流，等待逆變側閥組不平衡退出閥組；

4）逆變側雙閥組運行，檢測到直流電壓UDL低于520 kV，持續3 s，通過閥組不平衡退出低端閥組，發出閥組退出指令，立即執行ALPHA 90°指令，投入旁通對BPP0，同時發出旁通開關BPS合閘指令，檢測到BPS合閘狀態BPS_CLOSE_IND返回后，閉鎖觸發脈沖。

分析波形可知，退出過程中直流電流、功率波動值均較大，出現電流斷續現象，持續時間約為450 ms，且運行閥組在投退過程中未能穩定運行。

2.2.2 逆變側先在線退出低端閥組

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

1）逆變側發出在線退出閥組指令，逆變側立即執行ALPHA 90°指令，立即投入旁通對BPPO，發出旁通開關BPS合閘指令，直流電壓立即由800 kV降至400 kV，直流電流增大。此時逆變側增大熄弧角GAMMA，以防止換相失敗［5］；

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

3）整流側雙閥組運行，檢測到直流電壓280 kV＜UDL＜520 kV，持續5 s，通過閥組不平衡保護，退出低端閥組；

圖9 無通信逆變側先退出閥組波形

圖10 整流側配合退出閥組波形

4）整流側發出閥組退出指令，立即執行ALPHA 90°指令，投入旁通對BPP0，發出旁通開關BPS合閘指令，待旁通開關BPS合閘狀態BPS_CLOSE_IND返回后，閉鎖觸發脈沖。

分析波形可知，退出過程中直流電流、功率波動值均較小，未出現電流斷續現象，且運行閥組在投退過程中能夠穩定運行。

3 結語

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，防止電流斷續，使投退時對運行閥組造成的影響最小，應由整流側首先投入閥組，逆變側后投入閥組；

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，防止電流斷續，使投退時對運行閥組造成的影響最小，應由逆變側首先退出閥組，整流側后退出閥組。

［1］浙江大學發電教研組直流輸電科研組.直流輸電［M］.北京：電力工業出版社，1982.

［2］趙畹君.高壓直流輸電工程技術［M］.北京：中國電力出版社，2011.

［3］王慶，石巖，陶瑜，等.±800 kV直流輸電系統雙12脈動閥組平衡穩定運行及投退策略的仿真研究 ［J］.電網技術，2007，31（17）：1-6.

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

［5］張民，石巖，孫哲.特高壓直流單12脈動閥組的投退策略及其對交流系統無功沖擊的影響［J］.電網技術，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，從事直流換流站運檢工作；

陳大慶（1982），男，工程師，從事直流換流站運檢與管理工作；

宋慧慧（1989），女，從事直流換流站運檢工作；

宗凡琪（1990），女，從事直流換流站運檢工作。