CN104167752B - 一种三极直流输电控制系统配置方法 - Google Patents

一种三极直流输电控制系统配置方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种三极直流输电控制系统配置方法，三极直流输电系统控制设备按极进行配置，并且整流站和逆变站的三个极每极各配置一套冗余控制设备；每套控制设备包含三极控制和极控制，实现换流站三极、双极、极控制功能；所述三极控制采用竞争机制，保证三极中的一极为主导极，主导极保证控制指令的唯一性；三极中任一极的控制系统失效，则停运该极，退出三极运行方式，切换到双极运行方式。本发明提出的方案具有可靠性高、成本低的特点，保证三极直流系统稳定运行，满足交流线路改造成直流输电线路的需要。

Description

一种三极直流输电控制系统配置方法
技术领域
本发明涉及与三极高压直流输电相关的控制保护装置,适用于将交流线路改造成直流输电线路所构成的三极高压直流输电系统。
背景技术
随着我国经济持续高速发展，电力需求矛盾日益突出。一方面电力负荷的增长超出了原有交流输电线路的传输能力，而受土地资源限制，很难获得新的输电走廊；另一方面，传统交流输电受绝缘、交流电网特性限制，线路输送功率很少达到导线所能承受的最大热功率，因此需要采用新技术进一步挖掘现有线路的输电潜力。
与交流输电相比较，采用直流输电，线路电流可以达到导线所能承受的最大热极限，而且线路造价更低、损耗更小。当直流线路节约的成本足以抵消新建换流站增加的成本时，采用直流输电经济效益明显。此外直流输电还具有功率控制方便、运行可靠、可以实现交流系统异步连接、不增加系统短路电流、可以提高交流系统安全性等优势。
2004年，Barthold L O在专利US6714427B1中提出的一种采用直流电流调制技术，将交流输电线路转化为直流输电线路的三极直流输电方案。图1为三极直流输电主回路图，图中极1、极2为常规直流双极输电系统，其电压极性和电流方向恒定不变电流大小可以调制；极3为具有双向导通能力的单极直流输电系统，其电压极性和电流方向都可以快速改变，通过极3电流来补偿极1与极2的电流差。
在对交流线路改造成直流输电线路的各种转换方案中，由于三极直流输电方案可以充分利用原有的交流三相线路，因此相对于双极和单极直流输电改造方案，三极直流输电方案在提高输电能力、经济成本和可靠性等方面上具有优势。目前利用三极直流输电技术将交流线路改造成直流输电线路尚无工程应用实例，理论研究主要集中在输电原理及一次系统的设计方面。
由于以往的常规直流输电均采用两个极或单个极，而三极直流输电采用三个极，主回路尤其是极3主回路与常规直流系统有所不同，因此三极直流输电控制系统的设计，必须在常规直流控制系统的基础上对控制系统配置进行优化，在保证系统可靠性、三极直流系统稳定运行的同时降低设备成本，满足交流线路改造成直流输电线路的需要。
发明内容
本发明的目的是：针对三极直流输电系统拓扑结构，对控制系统配置进行优化，提出一种三极直流输电系统控制设备按极进行配置的方案，具有可靠性高、成本低的特点，保证三极直流系统稳定运行，满足交流线路改造成直流输电线路的需要。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种三极直流输电控制系统配置方法，三极直流输电系统控制设备按极进行配置，并且整流站和逆变站的三个极每极各配置一套冗余控制设备；每套控制设备包含三极控制和极控制，实现换流站三极、双极、极控制功能；
所述三极直流输电控制兼顾三极控制、双极控制功能，实现三极直流输电系统各极协调控制，三极包括三极/双极功率/电流协调、全站无功控制、系统稳定控制及与安稳装置接口、三极/双极直流的顺序控制、运行方式配置与切换等功能；
极控制实现极功率/电流控制、换流变分接头控制、顺序控制、无功控制,直流电流、直流电压、熄弧角的闭环控制、极解锁和闭锁功能；
所述三极控制采用竞争机制，保证三极中的一极为主导极，主导极保证控制指令的的唯一性；三极中任一极的控制系统失效，则停运该极，退出三极运行方式，切换到双极运行方式。
进一步，上述每极控制系统中控制设备冗余配置下，主控制系统执行控制功能；主控制系统出现故障时自动切换成备控制系统。
进一步，上述任一极的控制系统失效是指，任一极的主与备两套控制系统均出现故障。
进一步，各极控制设备之间采用控制LAN网或总线进行通讯。
本发明的有益效果在于：
1)针对三极直流输电系统拓扑结构，提出一种三极直流输电系统控制设备按极进行配置的方案，对控制系统配置进行优化，保证三极直流系统稳定运行，满足交流线路改造成直流输电线路的需要。
2)由于不单独设置三极控制主机，只需要设定三极中的一极为主导极，此极对应主与备控制系统中的主控制系统执行三极直流输电系统各极协调控制功能，减小了三极控制主机与各极控制主机间复杂的信号交换，避免由于独立的三极控制主机故障或其与各极控制主机间的信号交换出现问题而导致三极停运，提高了系统可靠性。
3)三极、双极控制功能下放到极层，控制设备软硬件集成度高，装置数量少，在兼顾系统可靠性的同时降低了整套设备的造价，结构简单，满足交流线路改造成直流输电线路的需要，保证三极直流系统稳定运行。
附图说明
图1为三极直流输电系统拓扑图
图2为本发明提出的三极直流输电控制系统结构配置图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
本发明提供一种三极直流输电控制系统配置方法，三极直流输电系统控制设备按极进行配置，并且整流站和逆变站三个极每极各配置一套冗余控制设备；每套控制设备包含三极控制和极控制，实现换流站三极、双极、极控制功能。
三极控制兼顾三极控制、双极控制功能，实现三极直流输电系统各极协调控制，主要包括三极/双极功率/电流协调、全站无功控制、系统稳定控制及与安稳装置接口、三极/双极直流的顺序控制、运行方式配置与切换等功能。
极控制实现极功率/电流控制、换流变分接头控制、顺序控制、无功控制,直流电流、直流电压、熄弧角的闭环控制、极解锁、闭锁功能等。
所述三极控制采用竞争机制，保证三极中的一极为主导极，主导极保证控制指令的的唯一性；三极中任一极的控制系统失效，则停运该极，退出三极运行方式，切换到双极运行方式。
进一步，上述每极控制系统中控制设备冗余配置下，主控制系统执行控制功能；主控制系统出现故障时自动切换成备控制系统。
进一步，上述任一极的控制系统失效是指，任一极的主与备两套控制系统均出现故障。
进一步，各极控制设备之间采用控制LAN网或总线进行通讯。
图2为本发明提出的三极直流输电控制系统结构配置图，三极直流系统控制设备按极进行设置，整流站和逆变站三个极每极各配置一套，冗余设计，极控设备之间采用控制LAN网或总线进行通讯，极控制设备包含换流站三极、双极、极控制功能。
三极控制主要配置以下功能：三极/双极功率/电流指令协调控制，全站无功控制、系统稳定控制及与安稳装置接口、三极/双极直流的顺序控制、运行方式配置与切换功能等。具体包括：三极/双极功率控制、三极/双极顺序控制、三极通讯、无功控制、系统监视、自诊断、切换逻辑。
极控制主要配置以下功能：极功率/电流控制、换流变分接头控制、顺序控制、无功控制,直流电流、直流电压、熄弧角的闭环控制、极解锁、闭锁功能等。具体包括：极功率/电流控制、阀组控制、触发控制、空载加压试验控制、换流变抽头控制、过负荷限制、附加控制、阀解锁/闭锁顺序、模式顺序、直流场开关顺序、准备顺序、无功控制、电压角度参考值计算、站间、极间通讯、系统间通讯、系统监视、自诊断、切换逻辑、极控中实现的保护性监控功能。
三极直流正常运行时，极1和极2电压极性和电流方向恒定不变，交替周期性地传输大电流和小电流，极3流过极1和极2的不平衡电流，以消除大地回流，极3快速改变电压极性和电流方向，以保证功率输送方向不变。
三个极每个极均配置了三极控制，采用竞争机制，保证三极中的一个极为主导极，其对应主备控制系统中的主控制系统执行三极直流输电系统各极协调控制功能，保证控制指令的的唯一性。
控制极的主控制系统实时计算各极的功率/电流指令，确定三个极功率/电流指令的大小，保证三个极电流之和为零，并将功率/电流指令发送至各极极控制系统，由各极控系统实现各极功率/电流指令的调节。
主控制系统出现故障后自动进行主备系统切换，三极中任一极的两套控制系统均出现故障，则停运该极，退出三极运行方式，切换到双极运行。
如三极直流输电系统一极或双极退出运行，则三极控制发出指令退出三极运行状态，自动转换为常规双极或单极运行，由双极控制或极控制协调剩余系统的运行，减少对交流系统的影响。
最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的专利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种三极直流输电控制系统配置方法，其特征是：三极直流输电系统控制设备按极进行配置，并且整流站和逆变站的三个极每极各配置一套冗余控制设备；每套控制设备包含三极控制和极控制，实现换流站三极、双极、极控制功能；
所述三极控制兼顾双极控制功能，实现三极直流输电系统各极协调控制，包括三极/双极功率/电流指令协调、全站无功控制、系统稳定控制及与安稳装置接口、三极/双极直流顺序控制、运行方式配置与切换功能；极控制实现极功率/电流控制、换流变分接头控制、顺序控制、无功控制,直流电流、直流电压、熄弧角的闭环控制、极解锁和闭锁功能；
所述三极控制采用竞争机制，保证三极中的一极为主导极，主导极保证控制指令的唯一性；三极中任一极的控制系统失效，则停运该极，退出三极运行方式，切换到双极运行方式；
所述任一极的控制系统失效是指，任一极的主与备两套控制系统均出现故障。
2.由权利要求1所述的三极直流输电控制系统配置方法，其特征是：所述每极控制系统中控制设备冗余配置如下，主控制系统执行控制功能；主控制系统出现故障时自动切换成备控制系统。
3.由权利要求1所述的三极直流输电控制系统配置方法，其特征是：各极控制设备之间采用控制LAN网或总线进行通讯。
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《高压直流三极输电系统中电流调制参数的仿真研究》;吴婧 等;《2012年中国电机工程学会直流输电与电力电子专委会学术年会论文集》;20130326;第560-569页 *

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