CN101741082A - 无站间通信条件下的特高压直流串联阀组退出方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无站间通讯条件下的特高压直流串联阀组退出方法，特高压直流输电工程每站每极具有两个串联的阀组，其工作模式中既有每极两阀组串联工作也有单个阀组工作，当逆变侧发出阀组退出命令后立刻投入该侧待退出阀组的旁通对，并且发出闭合旁路开关命令，当直流电流小于预设的允许阀组闭锁直流电流参考值，发出闭锁该阀组命令；逆变侧继续保持运行的阀组在一定的时间内工作在定直流电压运行模式；整流侧检测到逆变侧退出一个阀组后启动本侧阀组退出顺序操作，对整流侧待退出阀组的触发角进行移相，等到该触发角小于81度时，发出投入该侧阀组的旁通对和闭合旁路开关命令。

Description

无站间通信条件下的特高压直流串联阀组退出方法

技术领域

本发明涉及在无站间(整流侧和逆变侧站间)通信条件下的特高压直流串联阀组退出的方法，应用于特高压直流输电领域。。

背景技术

特高压直流输电技术是新兴的电力技术，我国现在有两个特高压直流输电工程处于建设中，尚无特高压直流输电工程投运。

特高压直流工程的每个极由两个阀组串联组成，两个阀组一端相连接，另外一端分别连接到极高压母线和极中性母线，分别为高压阀组和低压阀组。根据要求每极可能会有单个阀组运行或者两个阀组串联同时运行。每个阀组的两端有旁路开关和旁路刀闸等开关刀闸；通过阀组的闭锁时序和旁路开关刀闸的操作可以实现一个阀组的退出。在极的运行过程中，进行两个阀组串联运行和单个阀组运行方式的切换，是特高压直流工程控制保护系统的关键技术和难点。

为了保证直流功率的正常输送，一般在由双阀组运行到单阀组运行的阀组退出过程中需要尽量维持直流电压的平稳下降和直流电流或者直流功率的稳定，以维持另外一个阀组的正常运行和功率输送。直流工程正常运行时，整流侧的控制系统控制直流电流，逆变侧的控制系统控制直流电压，通过站间通信传输电流指令，以维持两个换流站间的电流指令的差值，保证两侧的控制器工作在正确的模式下。特高压直流输电工程每极双阀组运行时，两个阀组串联运行；整流侧的两个阀组的控制器均工作在定电流模式下，其控制对象为各自阀组低压侧的直流电流；逆变侧的两个阀组的控制器均工作在定电压模式下，其控制对象均为直流线路对地的直流电压。在站间通信正常时，如果需要退出正在运行极的一个阀组，较为容易；一个换流站发出阀组退出命令后，能够很快送到对侧，两站可以近乎同时进行阀组的退出操作。由于站间通信的存在，两站能够在电流指令和顺序控制操作方面进行很好的配合，快速、平稳地实现阀组的退出操作。

在站间通信故障的情况下，两站间只能通过电话预先沟通一些大致的情况，无法进行控制保护数据的实时交换；原有的直流控制功能此时无法完成两站间的协调工作，整流侧可能无法控制直流电流，逆变侧也无法控制直流电压，很容易出现直流电压、直流电流的突变、长时间过零、振荡等异常现象，甚至会导致直流保护动作闭锁极。

发明内容

本发明的目的：提供一种特高压直流串联阀组退出的方法，在无站间通讯的条件下能够协调两侧阀组先后退出，同时确保切换过程中对直流功率的输送和两侧交流电网的影响尽量小，不引起交直流保护或者安全稳定设备的动作。

本发明的技术方案是：无站间通信条件下的特高压直流串联阀组退出的方法，特高压直流输电工程每个换流站每极具有两个串联的阀组，其工作模式中既有每极两阀组串联工作也有单个阀组工作，其特征是：在一极双阀组运行且整流侧和逆变侧换流站间通信故障时：

A.当逆变侧发出阀组退出命令后立刻投入该侧待退出一个阀组的旁通对、即阀组的同一桥臂的两个阀同时导通，并且发出闭合旁路开关命令，当直流电流小于预设的允许阀组闭锁直流电流参考值，发出闭锁该阀组命令；该阀组闭锁后，发出命令闭合旁路隔离刀闸，随后依次打开旁路开关和隔离刀闸，逆变侧的一个阀组退出完成；

B.逆变侧继续保持运行的阀组在一定的时间内工作在定直流电压运行模式；

C.整流侧检测到逆变侧退出一个阀组后启动整流侧阀组退出顺序操作，对整流侧待退出阀组的触发角进行移相，等到该触发角小于81度时，发出投入整流侧阀组的旁通对和闭合旁路开关命令。

D.整流侧侧待退出阀组的旁通对和旁路开关闭合后，当直流电流小于预设的允许阀组闭锁直流电流参考值，发出闭锁该阀组命令；阀组闭锁后，控制系统发出命令闭合旁路隔离刀闸，随后依次打开旁路开关和隔离刀闸，整流侧的一个阀组退出完成。

其中，当逆变侧检测到控制系统发出本侧阀组隔离命令后，逆变侧调整继续运行的阀组的调节器工作状态，通过将电流调节器的积分部分的输入设为一个正值常数C，来强制继续保持运行的阀组在一定的时间t内工作在定直流电压运行模式；

其中，C的取值范围是2.0-3.0，t的取值范围是2000-3000毫秒。

其中，整流侧检测到逆变侧退出一个阀组的方法是：检测直流线路电压降低到480kV以下，且整流侧本侧阀组的触发角大于35度。

本发明的有益效果：在无站间通信故障的情况下，本发明提出在极运行中且站间通信故障时，阀组退出应由逆变侧开始，这样才能够获得较为平稳的阀组退出过程，避免对两侧交流电网产生不良影响。

采用本发明的方法可以协调两侧的阀组先后退出顺序和退出过程中的两侧的控制策略，顺利实现直流极由双阀组串联运行到单阀组运行的运行方式切换，同时确保切换过程中对直流功率的输送和两侧交流电网的影响尽量小，不引起交直流保护或者安稳设备的动作。

附图说明

为了对本发明作进一步说明，给出附图：

图1为特高压直流输电系统主接线图；

图2为特高压直流单极开关刀闸配置图；

图3为无站间通信时，阀组退出操作逻辑图；

图4为无站间通信时，阀组退出时逆变侧的电流调节器积分部分；

图5为无站间通信时，阀组退出时整流侧的检测对侧阀组退出逻辑图。

具体实施方式

特高压直流工程直流场的主接线图参见图1。

针对极运行中，站间通信故障时的阀组退出，本发明的技术方案内容如下：

1、站间通信故障时，逆变侧因为无法通过站间通信获得对侧整流侧的电流指令，其电流指令只能通过监视直流线路上的电流获得，从而进入备用电流控制模式，这样控制器的响应速度会较慢。如果在整流侧先退出一个阀组，逆变侧较慢的调节器响应速度会使得逆变侧触发角调节较慢，直流电压较高而进入定电流模式，无法控制直流电压，直流电流和直流电压较长时间到零，该极直流系统甚至出现振荡，最终可能导致保护动作闭锁。本发明提出，在极运行中且站间通信故障时，阀组退出应由逆变侧开始，这样才能够获得较为平稳的阀组退出过程，避免对两侧交流电网产生不良影响。

2、逆变侧由运行人员手动发出退出阀组命令。待退出阀组命令发出，立刻投入待退出阀组的旁通对(阀组的同一桥臂的两个阀同时导通称为旁通对)和闭合该阀组两端的旁路开关Q1的命令。旁通对的投入更加快速，该操作将先于旁路开关闭合完成，从而确保Q1实际闭合时阀组的旁通对已经投入，阀组两端电压完全降到零，Q1的闭合操作更加安全可靠。在旁路开关Q1闭合后，流过阀组的直流电流持续下降；直到该直流电流小于预设的允许阀组闭锁直流电流参考值(一般取0.135p.u.)，此时控制系统发出闭锁阀组命令。阀组闭锁后，控制系统发出命令闭合(与旁路开关并联的)旁路隔离刀闸Q12，随后依次打开旁路开关Q1，隔离刀闸Q13、Q11。逆变侧阀组退出完成。

极的一个12脉动阀组相关的开关、刀闸配置参见图2。

图3是逆变侧发出阀组退出命令后，执行的主要操作逻辑。在图3中，RECTIFIER表示整流侧，VG_ISOL_SEQ_TO_MSQ为阀组的退出命令信号，U_Q1_CLOSE_IND为阀组的旁路开关闭合指示信号，PERM_BLOCK_REF为阀组退出过程中允许闭锁阀组的直流电流参考值，IDNC_100为直流电流测量值，ALPHA_MEAS为测量到的阀组触发角，ISOL_IN_PROG信号表示阀组退出正在进行中，TCOM_OK表示站间通信完好，ORD_ALPHA_90OUT为移相触发角到80度的命令，ISOL_ORD_BPPO为闭合旁通对的命令，ISOL_BLK为闭锁阀组的命令。

图中阀组退出命令出现且正在进行中时，同时判断U_Q1的状态，如果处于分位，延时10ms产生ORD_ALPHA_90_OUT。闭合旁通对的逻辑针对整流和逆变两侧有所区别，通过选择符号来实现。整流侧在ORD_ALPHA_90_OUT出现后，判断触发角测量值与80度的差值小于1度后即发出ISOL_ORD_BPPO。逆变侧判断站间通信故障时，在ORD_ALPHA_90_OUT出现后立刻发出ISOL_ORD_BPPO。整流侧或逆变侧阀组退出过程中，U_Q1_CLOSE_IND为TRUE，且流过阀组的直流电流测量值小于预定参考值时，发出ISOL_BLK闭锁阀组。

3、逆变侧阀组退出过程中，会有直流电压和直流电流的波动，波动稍大一些就很容易导致逆变侧由定直流电压控制模式进入定直流电流控制模式，整流侧退出定电流控制模式。此时由于无站间通信，逆变侧定电流控制器的电流指令不是设定值，而是测量的直流线路上的电流。在逆变侧无法控制直流电压，整流侧又无法控制直流电流的情况下，直流电流波动会越来越大，直流电压也会被拉低到很小甚至接近于零。本发明通过调整此时逆变侧的控制策略很好地解决了该问题。在站间通信故障逆变侧退出阀组过程中，本发明对逆变侧保持继续运行的阀组的控制策略进行调整：如果逆变侧或整流侧另外一个阀组和本阀组均处于运行状态下，本阀组在检测到本侧本极另一阀组发出阀组隔离命令后，调整本阀组的调节器工作状态，采取措施即设定本阀组在一定的时间内保持工作于定直流电压状态。

在图4中，OPN_FOV为来自本极另一阀组的运行信号，VG_ISOL_SEQ_FOV为来自本极另一阀组的阀组隔离进行中信号。INT_OUT为电流调节器的积分部分输出，INT_MAX和INT_MIN分别为积分器的最大和最小限值，TI_TST为积分器的时间常数。IDIFF_OFF为电流调节器的电流指令与测量值的差值，作为电流调节器的积分部分输入。OPN_FOV和VG_ISOL_SEQ_FOV相与作为启动该功能的条件，通过把IDIFF_OFF强制改为一个2.0-3.0之间的正值，可以使得该阀组始终保持在定电压控制模式下。启动信号经过了一个延时2000-3000毫秒关断的环节，以保证在逆变侧另一阀组的退出过程中，闭锁以前，本阀组的这个功能始终有效。

4、逆变侧退出一个阀组后，直流线路电压降低到400KV左右，整流侧的两个阀组继续运行，触发角自动调节到比较大的值。本发明在整流侧新增阀组退出检测功能，即在站间通信故障时两个阀组都运行的情况下，判断直流电压降低到480KV以下，同时本阀组的触发角增大到35度以上时，即认为对侧(逆变侧)退出了一个阀组，本侧降低直流电压的参考值并延时启动本侧的阀组退出顺序操作。待退出阀组立刻发出移相命令，将触发角减小到80度左右(小于81度)，此时该阀组两端的直流电压最小，接近于零。触发角减小到80度后，同时发出投入待退出阀组的旁通对和闭合该阀组两端的旁路开关Q1的命令。后续操作与逆变侧退出阀组的操作相仿。

图5中，OPN_SSQ和OPN_FOV_SSQ分别为某一侧的本阀组和另外一阀组的运行信号，ALPHA_10为触发角的测量值，UDL_10为直流线路电压的测量值。这两个测量值分别与对应的参考值进行比较，作为检测对侧阀组退出的部分条件。TELECOM_OK信号表示站间通信完好，RECTIFIER表示整流侧，VG1对应高压阀组。考虑到双阀组串联运行时，高压阀组承受较高的对地电压，工作条件更加恶劣，在站间通信故障的情况下，整流侧自动退出一个阀组时优先考虑退出高压阀组。

图中ALPHA_10为弧度，乘以系数k转换为角度，随后与参考值35进行比较。UDL_10为测量的直流线路电压，考虑到该值可能为负值，先经过一个取绝对值的环节，再与相应的参考值进行比较。以上两条件相与，当两条件均满足时，经过延时导通环节后与OPN_SSQ等众多其他条件相与，输出TCOM_ERR_V_ISOL_SEQ_RECT信号，进行阀组的隔离。

Claims (6)

1.无站间通信条件下的特高压直流串联阀组退出的方法，特高压直流输电工程每个换流站每极具有两个串联的阀组，其工作模式中既有每极两阀组串联工作也有单个阀组工作，其特征是：在一极双阀组运行且整流侧和逆变侧换流站间通信故障时：

A.当逆变侧发出阀组退出命令后立刻投入该侧待退出阀组的旁通对、即阀组的同一桥臂的两个阀同时导通，并且发出闭合旁路开关命令，当直流电流小于预设的允许阀组闭锁直流电流参考值，发出闭锁该阀组命令；该阀组闭锁后，发出命令闭合旁路隔离刀闸，随后依次打开旁路开关和隔离刀闸，逆变侧的一个阀组退出完成；

B.逆变侧继续保持运行的阀组在一定的时间内工作在定直流电压运行模式；

C.整流侧检测到逆变侧退出一个阀组后启动本侧阀组退出顺序操作，对整流侧待退出阀组的触发角进行移相，等到该触发角小于81度时，发出投入该侧阀组的旁通对和闭合旁路开关命令；

D.整流侧侧待退出阀组的旁通对和旁路开关闭合后，当直流电流小于预设的允许阀组闭锁直流电流参考值，发出闭锁该阀组命令；阀组闭锁后，控制系统发出命令闭合旁路隔离刀闸，随后依次打开旁路开关和隔离刀闸，整流侧的一个阀组退出完成。

2.如权利要求1所述的无站间通信条件下的特高压直流串联阀组退出的方法，其特征是：当逆变侧检测到本侧控制系统发出阀组隔离命令后，逆变侧调整继续运行的阀组的调节器工作状态，通过将电流调节器的积分部分的输入设为一个正值常数C，来强制继续保持运行的阀组在一定的时间t内工作在定直流电压运行模式。

3.如权利要求2所述的无站间通信条件下的特高压直流串联阀组退出的方法，其特征是：C的取值范围是2.0-3.0，t的取值范围是2000-3000毫秒。

4.如权利要求1所述的无站间通信条件下的特高压直流串联阀组退出的方法，其特征是：整流侧检测到逆变侧退出一个阀组的方法是：检测直流线路电压降低到480kV以下，且本侧阀组的触发角大于35度。

5.如权利要求1所述的无站间通信条件下的特高压直流串联阀组退出的方法，其特征是：整流侧自动退出一个阀组时优先考虑退出高压阀组。

6.如权利要求1所述的无站间通信条件下的特高压直流串联阀组退出的方法，其特征是：逆变侧退出阀组过程中，本发明对逆变侧保持继续运行的阀组的控制策略进行调整：如果逆变侧或整流侧另外一个阀组和本阀组均处于运行状态下，本阀组在检测到本侧本极另一阀组发出阀组隔离命令后，调整本阀组的调节器工作状态，采取措施即设定本阀组在一定的时间内保持工作于定直流电压状态。

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