CN109245181B - 一种柔性直流分极接入拓扑结构的控保系统配置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性直流分极接入拓扑结构的控保系统配置，分极接入拓扑结构包括：送端交流系统、整流站、直流输电线路、两个不同区域的逆变站及两个受端交流系统，送端交流系统与整流站相连，直流线路的正极与第一逆变站相连，第一逆变站通过交流出线与第一受端交流系统相连，直流线路的负极与第二逆变站相连，第二逆变站通过交流出线与第二受端交流系统相连，第一逆变站或第二逆变站通过低压电缆连接至接地极区。其控保系统包括站控层、极控层、测量系统和通信系统。该发明能够避免大容量柔性直流单点接入交流系统的运行风险，安全地输送设定的有功功率，减少直流系统故障对受端交流系统的影响。

Description

一种柔性直流分极接入拓扑结构的控保系统配置
技术领域
本发明涉及电力系统输配电技术领域，尤其涉及一种柔性直流分极接入拓扑结构的控保系统配置。
背景技术
传统的柔性直流输电系统一般采用单点馈入的方式，即柔性直流系统的两极接入同一个电压等级的受端电网。由于柔性直流输电系统的两端各能控制两个物理量，合理的控制变量组合通常是整流端控制交流侧有功功率和无功功率，逆变端控制直流电压和交流侧无功功率。
随着未来柔性直流输电系统的增多以及线路输送容量的增加，多馈入大容量直流集中落入受端负荷中心将成为中国电网发展所面临的重要问题，这会使得局部潮流加重，系统短路电流水平提高，且直流故障停运将会对受端交流电网造成巨大冲击。
发明内容
本发明提供一种柔性直流分极接入拓扑结构的控保系统配置，能够降低大容量柔性直流单点接入交流系统的运行风险，减少直流双极系统故障对受端交流系统的影响；安全地输送设定的有功功率，实现交/直流系统的实时调节配合。
为实现上述目的，本发明提供了一种柔性直流分极接入拓扑结构的控保系统配置，对一种柔性直流分极接入拓扑结构进行控保系统配置，所述柔性直流分极接入拓扑结构包括：送端交流系统、整流站、直流输电线路、两个不同区域的逆变站及两个受端交流系统，所述送端交流系统与所述整流站相连，所述整流站连接直流输电线路，所述直流输电线路的正极与第一逆变站相连，所述第一逆变站通过交流出线与第一受端交流系统相连，所述直流输电线路的负极与第二逆变站相连，所述第二逆变站通过交流出线与第二受端交流系统相连，所述第一逆变站与所述第二逆变站通过低压电缆连接至接地极区，控保系统配置包括站控层、极控层及测量系统和通信系统，其中，
所述站控层位于不同换流站的站控系统间通过站间通信通道传输信号，所述极控层位于不同换流站的极控系统间通过遥控系统传输信号；同一换流站内的站控系统和极控系统间通过总线来传输信号；
所述站控层在两个不同区域逆变站分别配置站控系统；
所述极控层中的功率配置采用极功率控制模式作为有功功率控制模式；
所述极控层中的直流输电线路正负极参考电压非恒定不变，根据实际功率指令进行控制，正负极的有功功率指令不相等时，其直流参考电压也不相同；
所述极控层中第二逆变站的极中性母线差动保护范围包括极中性母线区域的接地故障和第二逆变站与接地极区的连接电缆故障；
极中性母线差动保护设置三个阶梯整定值，当所述第二逆变站的极2中性母线电流和极2逆变侧换流器低压母线直流电流的差值的绝对值大于最小阶梯整定值时，延时tl后发报警信号；当电流差值的绝对值大于中间阶梯整定值时，直流系统延时t2后闭锁跳闸；当电流差值的绝对值大于最大阶梯整定值时，直流系统延时t3后闭锁跳闸。
优选地，所述不同逆变站的两极间分别设置直流参考电压的方法是降低功率参考值低的极的直流母线电压参考值。
优选地，所述第一逆变站与所述第一受端交流系统之间有m条交流出线，所述第二逆变站与所述第二受端交流系统之间有n条交流出线。
优选地，所述接地极区位于所述两个不同区域的逆变站的其中一个逆变站中，另一个逆变站通过低压电缆与所述接地极区连接。
实施本发明专利具有如下有益效果：本发明中与整流站连接的两个逆变站在不同的区域，两个受端交流系统分别连接两个逆变站，使每个逆变站接收的功率减少，降低受端系统消纳功率的难度，通过合理配置两个逆变站的位置，以及馈入交流系统的电压等级，可以优化系统的运行方式。当受端两个交流系统间的等值阻抗较大时，可以减小受端电网短路电流水平，避免受端交流系统故障同时对直流系统两个极产生影响，也可以减小直流线路单极接地故障对受端交流系统的影响范围和程度；其控保系统在站控系统、有功功率控制、直流电压控制和极中性母线差动保护方面的配置方法与传统单点馈入式的柔性直流输电系统有所不同，该控保系统配置可按照电力系统的需求在可行范围内从电源侧向负荷侧可靠、安全地输送设定的有功功率，实现交/直流系统的实时调节配合，最大限度地避免柔性直流输电系统的停运。
附图说明
图1是柔性直流分极接入拓扑结构示意图；
图2是柔性直流分极接入拓扑结构的控保系统示意图；
图3是柔性直流分极接入拓扑结构有功功率控制框图；
图4是柔性直流分极接入拓扑结构直流电压控制框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步的说明。
如图1所述柔性直流分极接入拓扑结构示意图，包括：送端交流系统、整流站、直流输电线路、两个不同区域的逆变站1和逆变站2，两个受端交流系统即第一受端交流系统和第二受端交流系统，其中，送端交流系统与整流站相连，整流站连接直流输电线路，直流输电线路的正极与逆变站1相连，逆变站1通过交流出线与第一受端交流系统相连，直流输电线路的负极与逆变站2相连，逆变站2通过交流出线与第二受端交流系统相连，逆变站1与逆变站2之间通过低压电缆连接。第一受端交流系统和第二受端交流系统的电压可以相等，也可以不相等逆变站1通过m条交流线路与第一受端交流系统相连、逆变站2通过n条交流线路与第二受端交流系统相连，受端接地极区和接地极布置在逆变站1或逆变站2中。
一种柔性直流分极接入拓扑结构的控保系统配置，如图2所示的柔性直流分极接入拓扑结构的控保系统示意图，控保系统包括站控层、极控层及测量系统和通信系统。站控层位于不同换流站的站控系统间通过站间通信通道传输信号，极控层位于不同换流站的极控系统间通过遥控系统传输信号；同一换流站内的站控系统和极控系统间通过总线来传输信号。
站控层主要功能有：双极直流顺序控制，主/从站选择功能，安稳设备接口，换流站内的保护等。第一逆变站和第二逆变站分别配置站控系统，逆变站与逆变站之间、逆变站与整流站之间都建立通讯通道，用于传输直流顺序控制和主从模式选择等信号。
极控层的主要功能有：功率控制、直流电压控制、换流器触发控制、极起动和停运控制、故障处理控制及直流保护。对于分极接入不同逆变站的柔性直流系统，其有功功率控制、直流电压控制和直流保护中的极中性母线差动保护与传统的单点馈入式柔性直流系统有所区别，下文将进行详细说明。
控保系统配置的有功功率配置采用极功率控制模式作为优选的有功功率控制模式，即每极的功率整定值只根据本极实际情况设定，不受另一极运行模式的影响。有功功率控制原理图如图3所示，从图中可以看出极1和极2的有功功率控制相互独立，彼此之间没有影响。Pref1和Pref2分别为极1和极2的有功功率参考值，Ud1和Ud2分别为极1和极2的直流母线电压值。
直流电压控制中，当直流系统存在接地电流时，将会导致变压器由于直流偏磁效应发生过饱和，交流电压高次谐波含量增加，变压器噪声变大，温升增加，影响变压器的安全运行。同时，接地极电流还会对埋地管道产生腐蚀。
分极接入不同逆变站的柔直系统根据极1和极2的功率参考值重新设置直流参考电压，通过降低功率参考值较低的那一极的直流母线电压参考值，使得流过两个极的直流电流相等，使接地电流尽可能小。参考电压值与调度发出的极功率指令有关。
当柔直系统的额定直流电压为Udr，根据当前电网实际运行状况，调度控制极1和极2的输送功率分别为Pref1和Pref2(Pref1>Pref2)，则为了保证接地电流尽可能小，此时设置极1的直流参考电压Ud1＝Udr，极2的直流参考电压Udref2＝Udr×Pref2/Pref1，显然Udref2<Udref1。柔直正常运行时调制比不应大于1，即2Uac/Ud≤1,其中，Uac2为换流变阀侧空载相电压幅值，Ud为直流母线电压。控制系统可以通过设置一个直流电压参考值的下限Udcmin来约束调制比小于1，直流电压参考值的上限根据直流设备耐压确定。
具体直流电压控制框图如图4所述。柔性直流系统分极运行时，调度人员根据当前电网运行方式发出正负两极的有功功率参考值Pref1和Pref2，这两个指令进入比较器比较后将结果传送给开关S1和S2，当Pref1≥Pref2时，开关S1接通上面的接口，开关S2则接通下面的接口；当Pref1<Pref2时，则恰好相反。由此，可根据参考功率分别控制两个极的直流参考电压。
极中性母线差动保护中，柔直分极接入不同逆变站后，极中性母线差动保护的保护范围不仅极中性母线区域的接地故障，还应包含图1中的连接电缆AB，同时需要增加故障测距装置。
具体方法为：将位于A点附近电流互感器采集的极2中性母线直流电流通过站间通信传输给逆变站2内的站控系统，逆变站2的站控系统再将电流数据传给逆变站2内的极控系统。同时，逆变站2的测量系统采集极2逆变侧换流器低压母线的直流电流并将其传给逆变站2内的极控系统。极控系统通过比较极2中性母线电流和极2逆变侧换流器低压母线直流电流的差值来判定保护区域内是否发生故障，并采取相应动作。直流系统保护定值通常采用分段设置的原则，各段采用相同的检测原理，快速段的定值高、延时短，表明故障应力大，通常需要闭锁直流系统，断开交流断路器等；慢速段的定值低、延迟长，依靠故障应力的积累使保护动作，也可采取报警、切换控制系统等故障策略减少直流系统的停运。本发明中极中性母线差动保护设置三个阶梯整定值。当电流差值的绝对值大于最小阶梯整定值时，延时t1后发报警信号。当电流差值的绝对值大于中间阶梯整定值时，直流系统延时t2后闭锁跳闸。当电流差值的绝对值大于最大阶梯整定值时，直流系统延时t3后闭锁跳闸。其中t1>t2>t3，延时时间跟故障的严重程度有关，同时也要考虑其与极差动保护和接地极线路开路保护的时间配合以及设备的耐受能力。如果极中性母线差动保护装置发出报警或闭锁直流的信号，故障测距装置会动作并计算电缆发生故障的位置。
实施本发明专利具有如下有益效果：本发明中与整流站连接的两个逆变站在不同的区域，两个受端交流系统分别连接两个逆变站，使每个逆变站接收的功率减少，降低受端系统消纳功率的难度，通过合理配置两个逆变站的位置，以及馈入交流系统的电压等级，可以优化系统的运行方式。当受端两个交流系统间的等值阻抗较大时，可以减小受端电网短路电流水平，避免受端交流系统故障同时对直流系统两个极产生影响，也可以减小直流线路单极接地故障对受端交流系统的影响范围和程度；其控保系统在站控系统、有功功率控制、直流电压控制和极中性母线差动保护方面的配置方法与传统单点馈入式的柔性直流输电系统有所不同，该控保系统配置可按照电力系统的需求、在可行范围内从电源侧向负荷侧可靠、安全地输送设定的有功功率，实现交/直流系统的实时调节配合，最大限度地避免柔性直流输电系统的停运。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (4)

1.一种柔性直流分极接入拓扑结构的控保系统配置，其特征在于，对一种柔性直流分极接入拓扑结构进行控保系统配置，所述柔性直流分极接入拓扑结构包括：送端交流系统、整流站、直流输电线路、两个不同区域的逆变站及两个受端交流系统，所述送端交流系统与所述整流站相连，所述整流站连接直流输电线路，所述直流输电线路的正极与第一逆变站相连，所述第一逆变站通过交流出线与第一受端交流系统相连，所述直流输电线路的负极与第二逆变站相连，所述第二逆变站通过交流出线与第二受端交流系统相连，所述第一逆变站与所述第二逆变站通过低压电缆连接至接地极区，控保系统配置包括站控层、极控层及测量系统和通信系统，其中，
所述站控层位于不同换流站的站控系统间通过站间通信通道传输信号，所述极控层位于不同换流站的极控系统间通过遥控系统传输信号；同一换流站内的站控系统和极控系统间通过总线来传输信号；
所述站控层在两个不同区域逆变站分别配置站控系统；
所述极控层中的功率配置采用极功率控制模式作为有功功率控制模式；
所述极控层中的直流输电线路正负极参考电压非恒定不变，根据实际功率指令进行控制，正负极的有功功率指令不相等时，其直流参考电压也不相同；
所述极控层中第二逆变站的极中性母线差动保护范围包括极中性母线区域的接地故障和第二逆变站与接地极区的连接电缆故障；
极中性母线差动保护设置三个阶梯整定值，当所述第二逆变站的极2中性母线电流和极2逆变侧换流器低压母线直流电流的差值的绝对值大于最小阶梯整定值时，延时tl后发报警信号；当电流差值的绝对值大于中间阶梯整定值时，直流系统延时t2后闭锁跳闸；当电流差值的绝对值大于最大阶梯整定值时，直流系统延时t3后闭锁跳闸。
2.如权利要求1所述的柔性直流分极接入拓扑结构的控保系统配置，其特征在于，不同区域逆变站的两极间分别设置直流参考电压的方法是降低功率参考值低的极的直流母线电压参考值。
3.如权利要求1所述的柔性直流分极接入拓扑结构的控保系统配置，其特征在于，所述第一逆变站与所述第一受端交流系统之间有m条交流出线，所述第二逆变站与所述第二受端交流系统之间有n条交流出线。
4.如权利要求1所述的柔性直流分极接入拓扑结构的控保系统配置，其特征在于，所述接地极区位于所述两个不同区域的逆变站的其中一个逆变站中，另一个逆变站通过低压电缆与所述接地极区连接。
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