關于±800kV直流換流站極控系統功能與保護配置研究

賀延峰

摘 要：本文結合酒泉±800kV換流站直流送出工程，根據換流站直流系統保護實際配置情況，首先論述了研究極控系統功能與保護配置的目的和意義，并對其總體結構及功能配置作了詳細介紹，為今后的相關直流調試工作提供一定借鑒。

關鍵詞：總體構架；極控系統功能與配置；直流保護系統功能與配置

隨著換流站自動化技術的逐步提高，對自動化控制系統的依賴度也越來越高，換流站內的設備出現異常狀況會比較頻繁，自動控制系統首先受到影響。基于酒泉換流站建設所要求的工期比較緊、分工細化、建設單位多、人員配備齊全等情況，因此在分系統調試前期就需要了解掌握直流系統的整體配置與功能中需協調事情的工作量較大。

一、目的和意義

本文依托酒泉±800kV換流站直流送出工程項目，提出了在多種運行工況下直流控制保護系統的功能要求和配置方案，以達到優化網絡結構、提升系統功能、適應多種運行工況的目的，通過對酒泉±800kV換流站直流控制保護的配置進行研究，全面了解掌握直流系統相關保護的配置、原理、功能，系統的掌握直流控保的技術，有效的達到提高調試效率及成果。從分系統試驗到站系統及系統試驗的調試投運對換流站直流系統安全、可靠運行起到必要的作用為系統安全提供可靠保證。

二、總體構架

直流控制保護系統功能與配置構架總體上與常規直流工程保持一致，采用分層結構：1）遠方調度控制層；2）換流站運行人員控制層；3）換流站控制層設備：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控制設備；4）就地測控單元層。換流站控制系統采用完全雙重化設計：輸入輸出單元、交直流站控、極控、站用電接口及輔助系統、現場總線網、站 LAN 網、系統服務器和所有相關的直流控制裝置都為雙重化設計。控制系統的冗余設計可確保直流系統不會因為任一控制系統的單重故障而發生停運，也不會因為單重故障而失去對換流站的監視。

三、極控系統功能與配置

1.極控概念

極控系統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）手動功率控制模式下的功率命令設定功能（PODC）穩態功率命令（PrefDC）通過后臺或遠控接口在SCADA級確定。在雙極定功率模式（PmodeBP）下功率命令對兩個極都有效。為了使一個極達到最大的獨立性，從SCADA級設置的穩態功率命令（PrefDC）被獨立的傳到極1和極2的每一個功率命令計算器功能模塊里。每一個極的控制是獨立的（包括兩站極間通信信號）。直流在雙極分送運行方式下時，當一極采用單極功率控制模式時，默認情況下另一極也采用單極功率控制模式，也可轉換為手動電流控制模式，單極功率控制模式下運行人員也可以選擇自動功率控制模式或手動功率控制模式來設定PrefDC，在自動功率控制模式下運行人員輸入一個預設的功率計劃曲線（曲線僅對該極有效），該曲線即是直流功率的每日負荷曲線，這意味著如果雙極均處于單極功率控制模式時，需要針對每一極單獨設定功率曲線。在手動功率控制模式下運行人員可以手動輸入PrefDC值并以每分鐘1到999MW范圍內預設的等變率變化。

2）直流功率控制功能：極控的直流功率控制有一個主要功能是通過來自運行人員控制級的有關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。這個雙極級的功能在兩個極的極控系統里完成。因為用于PrefDC斜坡信號發生器及安裝在每一個極上的電流定值計算器有相同的輸入信號，它們計算出相等的直流電流參考值Idfef，故每一個極從功率控制功能取得相同的直流電流參考值使雙極運行平衡。利用這種方法，即使在降壓運行的時候兩個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，會造成雙極不平衡。極-極功率傳輸功能（PPT）考慮這些因素，實現功率（電流）從一極到另一極交換。下述情況會產生接地電流：

當一極在定電流模式（Imode）下運行時，兩極間交換電流定值以達到恒定功率運行。

當一極達到電流限制值下運行時，兩極間交換電流定值達到恒定功率運行。

當將一極設定為單極功率控制模式時，默認的將另一極也設定為單極功率控制模式。即雙極均處于單極功率控制模式，此時極-極功率轉移功能將不起作用。

2.2 直流電流控制功能

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

2）逆變側的直流電流控制：在逆變側，三個控制器的偏差值同時在一個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中一樣。這通常指這種情況：當0.1PU的Imarg減小時，Id控制器試圖增大α0來有效維持電流不會增大。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控制器的差值大的話將被選中，來減小α以增加電流。

3）接地極電流監測：在極控中提供一個接地極電流監測功能，用于計算和積累接地極運行時流過的電量。在雙極分送運行方式下，接地極電流檢測功能將啟動較小輸送功率極的直流電流調節功能，以達到減少流入接地極的電流。

2.3 直流電壓控制

在每個極的兩個站都提供有電壓控制功能，同時它們的應用方式也有所不同：

在逆變站Uref被用于電壓控制器的參考設定，通常設定為1.0Pu。在這種方式下，逆變器通過閉環電壓控制直接控制計算所得的整流器直流電壓，使其達到額定值。在整流側，一個裕度（穩定狀態時大約是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期間直流電流控制發生沖突，裕度被暫時設定為0.3Pu。這個值被用作直流電壓控制器的參考值，平時是不用的。整流器通常在它的電流控制特性下運行以控制極電流，僅僅在Ud大于Uref+Umarg時暫時使用電壓控制器。

結語：

該項工程屬于±800kV特高壓直流輸電技術進入規模化應用的標準化工程，根據換流站直流系統保護實際配置情況，首先論述了研究極控系統功能與保護配置的目的和意義，并對其總體結構及功能配置作了詳細介紹，為今后的相關直流調試工作提供一定借鑒。

參考文獻：

[1]《±800kV直流輸電工程換流站電氣二次設備交接驗收試驗規程》----Q/GDW_264-2009

[2]《高壓直流換流站設計技術規定》.DLT5223-2005

[3]《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》---國家電網生【2012】352號