柔性直流背靠背換流站閥控系統介紹及故障處理

陳帥帥

摘 要：為將柔性直流輸電閥控系統運行安穩性提升，本文基于介紹魯西背靠背換流站廣西側柔直閥控系統的構架、控制策略的基礎上，展開分析柔直跳閘事故。閥控系統故障主要是由于柔性直流輸電背靠背工程中閥控系統上位機和交換機通信故障所導致。由此提出相應的處理措施。

關鍵詞：柔性直流;背靠背換流站閥控系統;故障處理

柔性直流輸電也被稱作是電壓源型換流器（VSC）的高壓直流輸電（VSC-HVDC），屬于新型的直流輸電技術，為我國智能電網發展的關鍵領域。柔性直流輸電被廣泛的應用于分布式發電并網、城市配網供電以及異步電網互聯等領域。柔直系統的重要構成部分就是換流閥、站控系統、極控系統以及閥控系統，閥控系統對換流閥模塊的信息，應該實時的向上位機以及運行人員的工作站進行傳送，才可以更全面的了解到柔直系統運行狀態。下面進行分析柔性直流背靠背換流站閥控系統故障和處理措施，帶給實踐工作有價值的借鑒。

1 閥控系統設計

1.1 換流器介紹

魯西背靠背換流站柔直換流器中，運用到了三相橋式全控整流/逆變電路，換流器建立在模塊化多電平（MMC）拓撲結構的基礎上，通過很多的功率模塊串聯產生。換流器本體包括多種模塊，逐級的分解成閥塔、閥段、功率模塊以及相單元、橋臂單元等。

1.2 閥控系統構架

首先，VCMl閥控制與檢測接口屏功能配置。VCMI閥控制與檢測接口屏包括兩套接口系統，一個是VCMI—A（跟CCP—A通信），另一個是VCMI—B（跟CCP—B通信），處于冗余運行的狀態。VCMI—A/B控制六個橋臂中功率模塊電容電壓，以及進行橋臂環流抑制，把控制結果給各橋臂的VGC 設備發放，向每個功率模塊的觸發脈沖分配。VCMI閥控制與檢測接口屏中，主要的構成內容就是VCMI機 箱、工控機分別一臺，人機交互界面一個，以態網交換機三個。

其次，閥組控制設備VGC。VGC系統的構成中，包括的硬件分別是VGC—AU、VGC—AL、VGC—BU、VGC—BL、VGC—CU、VGC—CL，還有完全相同的軟件的屏柜，各屏柜跟VCMI—A、VCMI—B、功率模塊的接口，都是光纖，界面屬于無人機交互界面，每面屏柜中的機箱分別是三個。VGC主要所接收的數據信息，均是源于VCMI—A、VCMI—B的調制電壓，以及相應的操作指令等，掌握住模塊溫度以及了解工作狀態等。

另外，閥控系統監視上位機。閥控的構成包括了實時熱備份的A套以及B套系統，具有相同的硬件、軟件。上位機運行的監控軟件，主要功能就是顯示出閥控運行狀態，設置環流抑制使能，進行模塊比對，查看冗余模塊功能、模塊故障狀態等等，通過上位機把指令給閥控的CPU下達得以實現這些功能。上位機跟閥控系統的主控板之間，連接的渠道就是以太網線，重要功效包括了環流抑制功能、模塊比對功能、冗余控制功能等。

1.3閥控系統功能

閥控系統涵蓋的功能諸多，主要包括以下幾方面：接受源于CCP的調制電壓，形成驅動功率模塊內IGBT的觸發脈沖;對每個橋臂中功率模塊的電容電壓進行控制，確保均衡狀態;對于功率模塊內部電容電壓、模塊溫度等等進行監測;故障狀態中的冗余功率模塊，進行及時有效的切換;出現故障問題比較嚴重的情況下，經控制功率模塊內的旁路開關、晶閘管，展開有效的保護;發揮出良好的狀態監測、錄波功能，監測好全部模塊的電容電壓、旁路狀態、故障問題，進行故障定位，能夠具體至功率模塊等等。

2 閥控系統故障分析處理

2.1換流閥控制系統A/B屏與其他系統的通信中斷問題

分析：閥控屏里的裝置實現的功能是完成換流閥脈沖調制、脈沖分配及相關的保護功能，并接收上層 PCP 控制保護命令，并反饋換流閥的部分狀態信息;以及向下層脈沖分配裝置發送控制命令和接收脈沖分配裝置的狀態和保護信息。如果與其他系統通信中斷則喪失該功能，無法使直流繼續正常運行。

處理方法：如果設備具有冗余功能，且備用系統工作在備用狀態，則控制系統會自動切換到備用系統。如果是嚴重的通訊故障，并且不具備冗余切換時，會導致閥控系統會發緊急閉鎖跳閘命令。待故障排除后，再恢復系統的運行。

2.2 換流閥控制系統A/B屏閉鎖和報警

分析：在閥控系統發閉鎖和報警信號的時候，說明直流運行出現了異常，可能使一次設備，也可能使二次設備出現了故障，運行人員要及時根據SER報文以及裝置信號確定其異常以確保直流是否能繼續運行。

閉鎖處理方法：在故障情況下為了保護閥組單元和設備安全，閥控系統會緊急閉鎖換流閥并發出跳閘命令跳開交流斷路器已保護換流閥的安全。暫時性閉鎖也會導致運行中的換流閥緊急閉鎖，但整個閥控系統處于待解鎖狀態，功率單元電容電壓處于保持狀態等待暫時性故障清楚后重新快速進入解鎖狀態。

告警處理方法：為了便于發現和監控換流閥以及閥控器的工作狀態，閥控監控系統能夠提前提醒告知運行人員一些潛在的危險信息，閥控告警信息會實時監測更新在監控界面，引起運行人員的重視但不會影響整個閥控系統的正常運行，告警處理運行人員可根據閥控系統當前具體情況酌情處理。

2.3 脈沖分配屏裝置報警和閉鎖

分析：脈沖分配屏的脈沖板接收到閥控裝置控制的數據后，根據每個子模塊的情況處理完數據后將調制波和控制指令發送給子模塊單元。同時接受子模塊單元反饋的直流電壓和單元狀態。

處理方法：出于對閥組功率單元的保護和不影響系統正常運行在脈沖板發生通信故障時，此脈沖板所控制的子模塊都會被強制為旁路狀態，閥控制器以報文提示和脈沖板通訊故障，并把此脈沖板的旁路單元號反饋到閥控監控界面，運行人員要從閥控的監控界面確定的子模塊剩余的冗余數以填報相應的缺陷。

2.4 換流閥控制系統A/B屏上位機死機或黑屏

分析：一些重要的故障、事件、告警都是以帶時標的格式記錄顯示在上位機界面上，已備原因查找和問題分析。

處理方法：立即使用上位機開機鍵進行重啟，點擊桌面運行閥控監視和控制程序。原來魯西站設置了如果兩套閥控上位機同時故障超過10min會導致閥控系統會發緊急閉鎖跳閘命令的邏輯。但重要的故障、事件、告警也可以通過站LAN網上傳至后臺機。雖然內容可能不比上位機顯示的清楚，但依舊起到監控直流運行的作用，所以這個跳閘邏輯可以取消。

2.5 短時閉鎖邏輯

閥控在橋臂電流超過2100A，閥應立即暫時性閉鎖，并向PCP上發暫時性閉鎖信號，閥控經過1ms延時之后，判斷橋臂電流是否下降到一定閥值（100A），若滿足，則清除暫時性閉鎖信號;若不滿足，則繼續等待電流下降到閥值。閥控暫時性閉鎖信號若維持一定時間（100ms）未清除，則閥控請求跳閘。暫時性閉鎖信號清除之后，若此時低電壓穿越信號存在，PCP經過一定延時（15ms）之后，重新下發解鎖命令，在一次穿越過程中，重新解鎖多次（3次）失敗后，則跳閘。若穿越信號不存在，一旦接受到暫時性閉鎖信號，PCP立即跳閘。

結語：

本文進行介紹柔直換流器閥控系統整體構架，闡述其功能，并且聯系起故障事件分析處理，提出有關的處理措施。主要的目的就是給后續柔性直流輸電實際工程設計、建設有價值的借鑒，促使將柔性直流工程可靠度、安全性有效的增強。

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