CN101383509A - 特高压直流输电控制系统配置方法 - Google Patents

特高压直流输电控制系统配置方法 Download PDF

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特高压直流输电控制系统配置方法，在每极采用2个12脉动阀组串联的特高压直流输电系统中，系统/双极/极控制功能、低压阀组控制功能和高压阀组控制功能分开，系统/双极/极控制、低压阀组和高压阀组控制设备独立设置；采用独立的控制装置完成系统/双极/极控制，实现对功率/电流指令的计算和分配、整流站和逆变站间电流指令的协调、换流站内无功设备的投切控制、换流站极直流顺序控制、直流调制控制及多条直流线路之间的协调控制功能；对于每个串联的12脉动阀组采用在物理上相互独立的换流阀控制单元，对直流电流、直流电压、熄弧角的闭环控制、阀组的解锁、闭锁功能、阀组对应的换流变压器分接头控制以及阀组各自旁路开关的控制功能。

Description

特高压直流输电控制系统配置方法
技术领域
本发明涉及与特高压直流换流站相关的控制系统配置方法，更具体地说，本发明结合特高压直流双十二脉动阀组串联接线形式，涉及满足特高压直流输电工程高可靠性要求的控制系统配置方法及相应的控制系统设备。
背景技术
从节约宝贵的输电走廊资源、提高输电资源的利用率出发，建设±800kV特高压直流输电工程是我国电力工业发展的必由之路。±800kV直流工程与常规±500kV超高压直流工程的最大不同在于±800kV特高压直流工程每极采用了双12脉动阀组串联的一次主回路，输电容量高达5000～7200MW，如此大容量的电力输送对直流输电系统的能量可用率和系统可靠性提出了极高的要求。
在常规的±500kV超高压直流工程中，每极只有一个12脉动换流阀组，控制功能相对特高压直流工程来说，较为简单。双极控制层分布到各极的极控制层中，同时每个极也只需要对一个12脉动阀组进行控制。即由一台独立的控制装置完成系统/双极/极控制和对12脉动阀组的控制，包括对功率/电流指令的计算和分配、整流站和逆变站间电流指令的协调、换流站内无功设备的投切控制、换流站极直流顺序控制、直流调制控制及多条直流线路之间的协调控制等。
由于±800kV特高压直流系统主回路与常规±500kV超高压直流系统有所不同，因此±800kV特高压直流系统控制有很多方面区别于常规直流输电，控制系统的设计必须满足±800kV特高压直流工程各种运行方式的要求，并根据实际应用的运行方式，采用必要技术手段避免误操作到其它运行方式。
从目前世界各国已有的超高压直流输电系统运行经验来看，直流控制保护系统是影响直流输电系统能量可用率和系统可靠性的重要因素。在我国运行的直流输电系统中，也多次出现设备故障导致直流输电系统停运的事故，对电网稳定和经济运行造成了重大不利影响，其中直流输电控制保护系统也是导致事故的主要原因之一。为了提高±800kV特高压直流输电控制系统的可靠性，需要在常规的±500kV超高压直流控制系统的基础上对±800kV特高压直流输电控制系统配置进行优化。
发明内容
本发明的目的是：根据±800kV的特高压直流输电工程的特点，对±800kV特高压直流输电控制系统配置进行优化，提出一种系统/双极/极控制与高低压12脉动阀组独立设置的直流控制系统配置方法，可以满足±800kV特高压直流工程高可靠性的要求。
特高压直流输电控制系统配置方法，其特征是：在每极采用2个12脉动阀组串联的特高压直流输电系统中，系统/双极/极控制功能、低压阀组控制功能和高压阀组控制功能分开，系统/双极/极控制与高低压12脉动阀组控制装置独立设置，满足±800kV及以上特高压直流工程高可靠性的要求；其中由一台独立的控制装置完成系统/双极/极控制，独立的控制装置包括对功率/电流指令的计算和分配、整流站和逆变站间电流指令的协调、换流站内无功设备的投切控制、换流站极直流顺序控制、直流调制控制及多条直流线路之间的协调控制；对于每个串联的12脉动阀组采用在物理上相互独立的换流阀控制单元，即阀组控制级采用相互独立的装置实现，阀组控制级的功能包括换流器阀组运行所必需的控制功能和阀触发功能，包括对直流电流、直流电压、熄弧角的闭环控制、阀组的解锁、闭锁功能，阀组对应的换流变压器分接头控制以及阀组各自旁路开关的控制功能，此外阀组控制级还具有手动方式的电流升降功能，作为在系统/双极/极控制主机故障情况下的后备功能。
本发明的有益效果是：通过软硬件的合理设计，可以实现当任意两台主机间的通讯中断后，直流工程能够继续运行的要求，满足特高压工程高可靠性的要求。同时，即使系统/双极/极控制主机故障，各阀组仍旧能够维持运行。这样，任一主机的故障都不会导致两个阀组同时停运，整个直流控制系统具有较高的可靠性。
附图说明
图1为特高压直流一次主接线图；
图2为特高压直流控制系统结构配置图；
图3为特高压直流控制系统功能配置图。
具体实施方式
±800kV特高压直流系统一次主接线如图1所示，±800kV特高压直流工程中采用每极2个12脉动阀组串联的主接线形式，每个12脉动阀组电压为400kV。
本发明提出的特高压直流控制系统结构配置如图2所示，包括阀组控制层、极控制层、双极控制层和系统控制层四个控制层次。
阀组控制层：直流输电系统一个阀组的控制层次。用于阀组触发控制。主要控制功能有：阀组触发控制、定电流控制，定关断角控制，直流电压控制，触发角、直流电压、直流电流最大值和最小值限制控制以及换流单元闭锁和解锁顺序控制等。
极控制层：直流输电系统一个极的控制层次。极控制级的主要功能有：①经计算向换流器控制级提供电流整定值，控制直流输电系统的电流。主控制站的电流整定值由功率控制单元给定或人工设置，并通过通信设备传送到从控制站；②直流输电功率控制；③极起动、停运控制及直流顺序控制；④故障处理控制，包括移相停运和自动再起动控制、低压限流控制等；⑤各换流站同一极之间的远动和通信，包括电流整定值和其他连续控制信息的传输、交直流设备运行状态信息和测量值的传输等。
双极控制层：双极直流输电系统中同时控制两个极的控制层次。与双极功能有关的装置尽可能的都分设到了极控制层，使得与双极功能有关的装置减至最少。主要功能有：①设定双极的功率定值；②两极电流平衡控制；③极间功率转移控制④换流站无功功率和交流母线电压控制等。
系统控制层：为直流输电控制系统中级别最高的控制层次，主要实现直流调制控制及多条直流线路之间的协调控制。
对于串联的两个12脉动阀组采用相互独立的阀组控制，可以满足串联的两个12脉动阀组同时运行或单独检修运行等不同运行模式的要求(通过旁路开关即可将需要检修的12脉动阀组隔离开)。正常运行及故障处理中对各12脉动阀组触发角的控制协调一致，以实现统一的控制目标，不对主设备的带来过应力；在故障检修时可以按要求采用不同的触发角控制，满足800kV特高压直流系统的运行维护的各种要求。阀组的触发角协调通过阀组间的触发角协调信号交换实现。
此方法中极层/阀组层、阀组控制层间的通讯结构和信号交换清晰、可靠。极层/阀组层间的信号交换主要是电流指令和控制信号，在极层控制单元都故障时，阀组层控制单元仍能然维持直流系统的当前运行状态继续运行、或根据运行人员的指令退出运行；阀组控制层间的信号交换尽可能简化，主要包括阀组间触发角协调信号。在阀组间通信故障的情况下，两阀组可以按各自的触发角控制信号维持电压、电流恒定继续运行，两个阀组工况出现不平衡的情况时，可通过分接头控制UDIO限制等功能保证阀组安全运行。
在这种直流控制系统结构中，硬件上为每极设置了三台主机(如考虑冗余，则为六台主机)，分别完成了系统/双极/极控制功能、高压阀组控制和低压阀组控制的功能。低压阀组和高压阀组的控制功能分开，各阀组能各自独立工作，可靠性高。阀组控制独立到单独一台主计算机中，大大降低了阀组控制主机的主CPU负荷，一定程度上在三台主机间对负荷进行了较为均匀的分配，避免了某一台主机的CPU负荷过重而可能出现的死机。
为提高直流系统运行的可靠性，对于串联的每个12脉动阀组采用在物理上相互独立的换流阀控制单元，系统/双极/极控制级与阀组控制级采用相互独立的装置实现。
特高压直流控制系统功能配置如图3所示，由一台主计算机完成系统/双极/极控制级的功能(如考虑冗余，则为两台主机)，主要实现功率/电流指令的计算和分配、站间电流指令的协调、站无功设备的投切控制、站极直流顺序控制等功能。主要包括以下功能模块：
●极功率控制/电流控制PPC
●过负荷限制OLL
●直流功率调制MODS
●无功功率控制RPC
●开关顺序控制SSQ
●模式顺序控制MSQ
●准备顺序控制RSQ
●电压角度参考值计算VARC
●线路开路试验控制OLT
●站间通讯TCOM
由两台主计算机完成高低压阀组控制功能(如考虑冗余，则为四台主机)。阀组控制功能包括换流阀组运行所必需的控制功能和阀触发功能，主要包括对直流电流、直流电压、熄弧角等的闭环控制，阀组的解锁、闭锁功能，阀组各自对应的换流变压器分接头控制以及阀组各自旁路开关的控制功能，此外阀组控制还具有手动方式的电流升降功能，作为在系统/双极/极控制主计算机故障情况下的后备功能。阀组G1控制主计算机和阀组G2控制主计算机功能相同，分别包括以下功能模块：
●换流器触发控制CFC
●控制脉冲发生单元CPG
●开关顺序控制SSQ
●模式顺序控制MSQ
●准备顺序控制RSQ
●换流变压器分接头控制TCC
●解闭锁顺序控制BSQ
如图3所示，系统/双极/极控制主机中的VARC模块将计算得到的角度、直流电压指令送到下一层次阀组控制主计算机中的换流器触发控制CFC模块和换流变压器分接头控制TCC模块，对触发角度和直流电压进行控制。系统/双极/极控制主机中的PPC模块将计算得到的直流电流指令送到下一层次阀组控制主计算机中的换流器触发控制CFC模块，高低压阀组控制主计算机中的换流器触发控制CFC模块接收到来自极功率控制的电流指令后，分别产生alpha指令，然后送至控制脉冲发生单元CPG产生相应的触发脉冲。高低压阀组控制主计算机中的换流器触发控制CFC模块通过交换触发角信号实现高低阀组的触发角协调。

Claims (5)

1.特高压直流输电控制系统配置方法，其特征是：在每极采用2个12脉动阀组串联的特高压直流输电系统中，系统/双极/极控制功能、低压阀组控制功能和高压阀组控制功能分开，系统/双极/极控制、低压阀组和高压阀组控制设备独立设置，满足±800kV特高压直流工程高可靠性的要求；采用独立的控制装置完成系统/双极/极控制，实现对功率/电流指令的计算和分配、整流站和逆变站间电流指令的协调、换流站内无功设备的投切控制、换流站极直流顺序控制、直流调制控制及多条直流线路之间的协调控制功能；对于每个串联的12脉动阀组采用在物理上相互独立的换流阀控制单元，即阀组控制级采用相互独立的装置实现，阀组控制级的功能包括换流器阀组运行所必需的控制功能和阀触发功能，包括对直流电流、直流电压、熄弧角的闭环控制、阀组的解锁、闭锁功能、阀组对应的换流变压器分接头控制以及阀组各自旁路开关的控制功能。
2、由权利要求1所述的特高压直流输电控制系统配置方法，其特征是：直流控制系统结构中，硬件上为每极设置了三台控制计算机主机，若考虑冗余，则需设置六台主机，分别完成系统/双极/极控制的功能、高压阀组控制和低压阀组控制。
3、由权利要求1、2所述的特高压直流输电控制系统配置方法，其特征是：由一台主计算机完成系统/双极/极控制级的功能，若考虑冗余，则需设置两台主机，主要包括以下功能模块：极功率控制/电流控制PPC、过负荷限制OLL、直流功率调制MODS、无功功率控制RPC、开关顺序控制SSQ、模式顺序控制MSQ、准备顺序控制RSQ、电压角度参考值计算VARC、线路开路试验控制OLT、站间通讯TCOM。
4、由权利要求1、2所述的特高压直流输电控制系统配置方法，其特征是：由两台主计算机分别完成高低压阀组控制功能，如考虑冗余，则需设置四台主机。高低压阀组控制主计算机功能相同，分别包括以下功能模块：换流器触发控制CFC、控制脉冲发生单元CPG、开关顺序控制SSQ、模式顺序控制MSQ、准备顺序控制RSQ、换流变压器分接头控制TCC和解闭锁顺序控制BSQ。
5、由权利要求1所述的特高压直流输电控制系统配置方法，其特征是：阀组控制级具有手动方式的电流升降功能，作为在系统/双极/极控制主机故障情况下的后备功能。
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