CN115986799A - 一种双换流器串联建设的直流输电换流站 - Google Patents

Abstract

本发明属于直流输电技术领域，具体涉及一种双换流器串联建设的直流输电换流站，每个地域的换流器均配置控制主机、每个地域均配置站控制主机，其中一个站控制主机为主导站，站控制主机中配置用于实现双极功率控制、双站无功控制和双站直流场顺控的直流站控，控制主机中配置用于实现极层功率控制、闭环控制、电压平衡控制和换流器投退的极控；直流站控和极控通过主导站选择逻辑来协调对应的控制命令。本发明通过对串联建设高压直流输电控制保护系统结构进行合并极层与换流器层功能配置以及增加一套站控制主机，实现了分址建设的灵活，同时保留了原有换流器层与极层功能的逻辑部分，满足了串联建设高压直流工程高可靠性的要求。

Description

一种双换流器串联建设的直流输电换流站

技术领域

本发明属于直流输电技术领域，具体涉及一种双换流器串联建设的直流输电换流站。

背景技术

串联分址高压直流输电系统是多端直流输电系统的一种特殊方式，多端直流输电系统是指三个及以上换流站通过一定联结方式构成的输电系统，当其中的一个换流站退出运行，并不会像两端柔性直流输电系统那样必须停机，它在功率协调控制下，其它换流站之间仍然可以交换功率，只是系统的平衡工作点发生了转移。其不仅具有两端柔性直流输电的优点，而且还具有其独特的优势。多端直流输电系统能够实现多点供电以及多点受电，它并不是两端直流输电进行简单的叠加，一般多端直流输电的拓扑结构包括串联、混联、放射式并联和环网式并联。串联建设方案以其经济性好、运行灵活便于工程应用。串联建设的方案远期将采用到高压直流输电领域和特高压直流输电领域。

串联分址高压直流输电系统一次主接线如图1所示，采用每极2个12脉动换流器串联的主接线形式，两个换流器可分别称为换流器1和换流器2。

由于串联分址高压直流输电系统主回路与常规两端高压直流系统不一致，因此串联分址高压直流输电系统控制保护配置方案有很多方面不同于常规两端直流输电，控制保护配置必须满足串联高压直流输电工程各种运行方式的要求，并根据实际应用的运行方式，采用必要技术手段满足串联分址高压直流输电系统可靠运行。

从目前世界各国已有的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。为了提高串联高压直流输电控制保护系统的灵活性与可靠性，需要在常规两端特高压直流控制保护系统的基础上对串联建设特高压直流输电控制保护系统配置进行优化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双换流器串联建设的直流输电换流站，用以满足串联建设高压直流工程高可靠性的要求。

为达到上述目的，本发明提供了一种双换流器串联建设的直流输电换流站，串联建设为换流站中两个换流器建设在两个不同的地域，每个地域的换流器均配置控制主机、每个地域均配置站控制主机，其中一个站控制主机为主导站；所述站控制主机中配置用于实现双极功率控制、双站无功控制和双站直流场顺控的直流站控，所述控制主机中配置用于实现极层功率控制、闭环控制、电压平衡控制和换流器投退的极控；所述直流站控和极控通过主导站选择逻辑来协调对应的控制命令。

其有益效果为：本发明通过对串联建设高压直流输电控制保护系统结构进行合理设计，即通过合并极层与换流器层功能配置(即控制主机包括换流器层功能以及极层功能，控制主机用于实现换流器层功能以及极层功能)以及增加一套站控制主机(站控制主机用于实现双级层功能)，实现了分址建设的灵活，同时保留了原有换流器层与极层功能的逻辑部分，满足了串联建设高压直流工程高可靠性的要求。

进一步地，两个不同的地域的任一直流站控还用于在另一直流站控退出运行时，实现两个地域的双极功率控制、双站无功控制和双站直流场顺控。

即两个地域的直流站控互为备用，任一站双套直流站控退出运行时，由另一站直流站控系统实现相关功能，直流系统仍维持运行。

进一步地，当任一极控退出运行时，退出所述极控对应的换流器。

高端站或低端站的任一极控退出运行时，退出本站对应换流器，剩余换流器功率仍可正常调整，即不影响其他换流器的正常处理过程。

进一步地，根据输电电压的大小将输电电压大的地域作为高端站，另一地域作为低端站；所述主导站为高端站的站控制主机；所述低端站的极控在高端站的极控退出运行时，执行低端站的极控处理后的电流指令。

通过优先执行输电电压高的一端所处理后的电流指令，实现本端的极控处理，避免串联换流器的电流指令矛盾的问题。当高端站的极控退出运行时，通过低端站的极控形成对应的电流指令，保证了低端站的正常调节过程。

进一步地，当高端站的直流站控与低端站的直流站控之间通信故障时，每个地域通过各自地域的直流站控选择逻辑来协调对应的控制命令实现双站无功控制和双站直流场顺控。

当高端站的直流站控与低端站的直流站控之间通信故障时，通过各自的直流站控选择逻辑，保证了高端站以及低端站的正常调节过程。

进一步地，当高端站的极控与低端站的极控之间通信故障时，低端站的极控由定直流电流控制模式切换为定直流电压控制模式，高端站的极控退出换流器电压平衡控制功能。

进一步地，任一地域的极控与主导站所在地域的直流站控通信故障时，直流站控切换主导站至另一地域的站控制主机。

进一步地，高端站的极控与两个地域的直流站控通信均故障时，高端站的极控切换为单极功率控制模式，接收OWS下发的控制指令，完成功率调整。

通过在任一地域的极控与主导站的直流站控通信故障时，切换主导站至另一地域，即将主导站换为与任一地域的极控都能够通信正常，进而能够保证两个地域的换流器的正常调节过程，并保证调节的一致性。

进一步地，每个地域还包括极保护和换流器保护，分别用于实现各地域极区和换流器区保护功能；每个地域还包括一个监控系统，所述监控系统用于对两个地域进行监控。

进一步地，两个地域还分别配置监控服务器，两个地域的监控网络通过站间通信实现互联。

附图说明

图1是一种串联建设的直流系统拓扑图；

图2是本发明的串联建设的直流系统控制保护配置图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

双换流器串联建设的直流输电换流站实施例：

本实施例的系统通过每个换流器配置一套控制主机，控制主机包括换流器层、极层功能；每站配置一套站控制主机，站控制主机包括双极层功能；一极两个换流器的站间通信信号通过切换装置与对站相连；一站两个换流器的极间通信信号通过快速总线与对极相连。

双极层控制主要接收运行人员的指令，产生双极功率参考值，并通过控制总线下发给极控制层。主要功能包括：①双极功率控制，两极为双极功率模式时，每个极都获得相同的PrefDC(稳态功率命令)，输送的功率为设定的双极功率的一半，接地极电流接近零。一极为双极功率运行模式，另一极为手动电流模式，手动电流模式的极电流定值发生变化时，双极功率运行模式的极将会调整其功率定值，保证双极功率值不变，两极的电流不同，接地极中有电流流过。两极为双极功率模式，一个极处于电流限制状态，没有电流限制的极将增加传输的功率，保证系统传输的双极功率恒定。如果没有限制的极处于手动电流模式，那么就不能保证双极功率的恒定。②功率限制，功率限制功能有四个等级，该功能能够被运行人员使能或禁止，每个功率限制功能由外部安稳装置的输入启动。当功率限制功能启动后，被转换为电流限制，通过电流限制功能应用到每个极。四个功率限制定值由操作员设定，四个功率限制的优先级由1～4依次升高。③稳定控制，稳定控制功能是直流系统的附加控制功能，当交流系统受到干扰时，稳定控制功能通过调节直流系统的传输功率使之尽快恢复稳定运行。稳定控制功能主要包括功率提升、功率回降、频率限制、双频调制和阻尼次同步振荡等。④电流平衡控制，电流平衡控制功能(CBC)用来平衡双极实际的直流电流，并且补偿每个极电流参考值的累积误差，它尽可能的使接地极电流最小。⑤低负荷无功优化，低负荷无功优化功能是指在低负荷时增大换流阀的触发角，以增加换流器吸收的无功功率，减少直流系统注入到交流系统的无功，从而减轻交流系统轻载时的调压难度。这种模式下，换流变压器分接头调节到最高挡以减小阀侧电压，进而降低直流电压值。⑥功率反转。⑦接地极Ah值计算。

高压直流系统主控制是高压直流系统控制的一部分，它向直流系统中每个换流站的控制系统提供基准约输入信号，如定功率控制、定电流控制或潮流方向控制等。高压直流系统主控制可以设在管它的电力网调度所内，也可以设在某个换流站内，还可以既设在调度所内，又设在换流站等几个场所内。但在实际运行中只能有处可执行主控制功能。

高压直流系统控制模式是指对换流单元、极或换流站进行控制以达到使各种电气参数保持在整定值范围内的各种模式。高压直流系统的主要控制模式有：定直流电流控制，维持运行中电流的恒定；定直流电压控制，维持运行中电压恒定；定熄弧角控制，防止在逆变方式运行时由于熄弧角过小而发生换相失败以及过大而使换流单元吸收过多的无功功率；；定直流功率控制；按交流系统频率控制；按交流系统频率偏差控制；按无功功率控制以及次同步振荡阻尼控制等。

高压直流换流站控制：对于只有一个双极直流系统换流站，其主要功能是对直流系统或双极的定功率及其他调制控制，换流站的无功功率及其换流单元交流母线电压控制，潮流方向控制，两个级之间的电流平衡控制和有关双极的保护及其恢复对策。对于有两个或两个以上的双极直流系统时，其主要功能还包括协调各个双极系统的控制。换流站的控制，一般不包括隔离开关、断路器和变压器分接头开关等具有控制或保护作用的设备。

高压直流系统极控制用于直流换流站内一个极的控制、监测和保护的设备。主要功能有极的功率控制，极的自动顺序控制，极的测址、保护及其恢复对策和对侧换流站联系的远动和通信系统。极控制一般不包括隔离开关、断路器或变压器分接头开关等具有控制或保护作用的设备。

换流单元控制用于换流站内一个独立的换流单元的控制、监测及保护的设备。换流单示控制只控制本站内部的设备，不具有和对侧站联系的功能。换流单元控制的主要功能有：换流单元触发控制，换流单元分接头开关控制，换流单元监测，换流单元保护，换流单元顺序控制等。控制的内容主要有换流单元的交流充电和断电，换流单元的起动与停止，换流单元与直流侧的连接和断开，金属回路方式与大地回路方式的转换和控制以及直流滤波器的投切等。换流单元控制不包括隔离开关、断路器或变压器分接头开关等具有控制或保护作用的设备。

本实施例中，两站均配置直流站控和极控(集成换流器控制功能)。直流站控实现双极功率控制、双站无功控制和双站直流场顺控。极控实现极层功率控制、闭环控制、电压平衡控制和换流器投退等。通过主导站选择逻辑，协调两站直流站控和极控命令。

两站均配置极保护和换流器保护(集成换流变保护)，分别实现各站极区、换流器区保护功能。直流系统保护采用分区配置，保护范围和功能如下：

1、换流器保护区：包括换流器及其连线等辅助设备；配置有电流差动保护组(阀短路保护、换相失败保护、换流器差动保护)，过电流保护组(直流侧过电流保护、交流侧过电流保护)，电压保护组(直流过电压保护)等。

2、直流极线及中性母线保护区：包括平波电抗器和直流滤波器，单极中性母线和双极中性母线，及其相关的设备和连线；配置有直流极线电流差动保护组(直流极母线差动保护、直流中性母线差动保护、直流极差动保护)，直流滤波器保护组(直流滤波器电抗器过载保护、直流滤波电容器不平衡保护、直流滤波器差动保护)，平波电抗器保护组(干式平波电抗器的故障由直流系统保护兼顾；油浸式平波电抗器除了直流系统保护外，还有非电量保护继电器，主要有瓦斯保护、油泵和风扇电机保护、油位监测、气体监测、油温检测、压力释放、油流指示以及绕组温度等)。

3、接地极引线和接地极保护区：配置有双极中性线保护组(双极中性母线差动保护、站内接地过电流保护)，转换开关保护组(中性母线断路器保护、中性母线接地开关保护、大地回线转换开关保护、金属回线转换断路器保护)，金属回线保护组(金属回线横差保护、金属回线纵差保护、金属回线接地故障保护)，接地极引线保护组(接地极引线断线保护、接地极引线过载保护、接地极引线阻抗监测、接地极引线不平衡监测、接地极引线脉冲回波监测等)。

4、换流站交流开关场保护区：包括换流变压器及其阀侧连线、交流滤波器和并联电容器及其连线以及换流母线；配置有换流变压器差动保护组(换流器交流母线和换流变差动保护、换流变差动保护、换流变绕组差动保护)，换流变压器过应力保护组(换流变过流保护、换流器交流母线和换流变过电流保护、换流变热过负荷保护、换流变过励磁保护)，换流变压器不平衡保护组(换流变中性点偏移保护、换流变零序电流保护换流变饱和保护)，换流变压器本体保护(瓦斯保护、压力释放、气体检测、油泵和风扇电机保护、油温、油位检测绕组温度等)，交流开关场和交流滤波器保护(换流器交流母线差动保护、换流器交流母线过电压保护交流滤波器保护以及最后断路器保护)等。

5、直流线路保护区：配置有直流线路故障保护组(直流线路行波保护,微分欠电压保护、直流线路纵差保护、再起动逻辑)，直流系统保护组(直流欠电压保护、功率反向保护、直流谐波保护等)。

本实施例中根据输电电压的大小将输电电压大的地域作为高端换流站，另一地域作为低端换流站，并将高端换流站作为主导站。为了提高串联高压直流输电控制保护系统的灵活性与可靠性，本实施例的系统还进行了如下配置，如图2：

1)高端站(即图2中的高端换流站)和低端站(即图2中的低端换流站)的直流站控互为备用，任一站直流站控退出运行时，由另一站直流站控系统实现相关功能，直流系统仍维持运行。

2)高端站或低端站极控退出运行时，退出本站对应换流器，剩余换流器功率仍可正常调整。

3)低端站极控优先执行高端站极控处理后的最终电流指令；高端站极控退出运行时，低端站极控执行本站的功率、电流指令。

4)高端与低端直流站控站间通信故障，无功控制和直流场顺控切换为两站独立控制，不影响直流系统运行。

5)高端与低端极控站间通信故障，低端极控由定直流电流控制模式切换为定直流电压控制模式，高端站极控退出换流器电压平衡控制功能。

定电流控制是直流输电系统最基本的控制方式之一。在正常运行时，由于某种原因而引起的输电线路上的直流电流的偏移，都将由这一控制系统快速地将电流调整到正常值，也就是说这种控制系统的任务是要维持直流电流为恒定值。所以其控制特性为一垂直线。定电压控制的基本原理与定电流控制相似，只是反馈信号改变为直流电压。在定电压控制系统的作用下，是以维持直流电压等于整定值为目标。

6)任一站极控与主导站直流站控通信故障，直流站控切换主导站至另一站；高端站极控与两站直流站控通信均故障，极控切换为单极功率控制模式，接收OWS(OWS是Official Work System的英文缩写，中文名称为“办公室操作系统”)下发的控制指令，完成功率调整；低端站极控与两站直流站控通信均故障，由于低端站接收高端站极控电流指令，通信故障时无需切换控制模式。

单极控制系统将指定的功率测控点的直流功率，保持在主控站运行人员工作站整定的功率定值上，单极功率控制是单极运行时直流输送有功功率的控制方式之一。

7)两站均配置监控服务器，两站监控网络通过站间通信实现互联，控制保护系统均与两站监控服务器通信。默认高端站为主监控系统，可通过手动申请进行监控权限切换。

8)控制主机冗余配置，在两换流器中设置一个换流器为控制换流器，控制换流器中的极层控制功能起作用；在两站设置一站为控制站，控制站中的双极层控制功能起作用。

本实施例通过对串联建设高压直流输电控制保护系统结构进行合理设计，即通过合并极层与换流器层功能配置(即控制主机包括换流器层功能以及极层功能)以及增加一套站控制主机，实现了分址建设的灵活，同时保留了原有换流器层与极层功能的逻辑部分，满足了串联建设高压直流工程高可靠性的要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双换流器串联建设的直流输电换流站，串联建设为换流站中两个换流器建设在两个不同的地域，其特征在于，每个地域的换流器均配置控制主机、每个地域均配置站控制主机，其中一个站控制主机为主导站；所述站控制主机中配置用于实现双极功率控制、双站无功控制和双站直流场顺控的直流站控，所述控制主机中配置用于实现极层功率控制、闭环控制、电压平衡控制和换流器投退的极控；所述直流站控和极控通过主导站选择逻辑来协调对应的控制命令。

2.根据权利要求1所述的双换流器串联建设的直流输电换流站，其特征在于，两个不同的地域的任一直流站控还用于在另一直流站控退出运行时，实现两个地域的双极功率控制、双站无功控制和双站直流场顺控。

3.根据权利要求1所述的双换流器串联建设的直流输电换流站，其特征在于，当任一极控退出运行时，退出所述极控对应的换流器。

4.根据权利要求1所述的双换流器串联建设的直流输电换流站，其特征在于，根据输电电压的大小将输电电压大的地域作为高端站，另一地域作为低端站；所述主导站为高端站的站控制主机；所述低端站的极控在高端站的极控退出运行时，执行低端站的极控处理后的电流指令。

5.根据权利要求4所述的双换流器串联建设的直流输电换流站，其特征在于，当高端站的直流站控与低端站的直流站控之间通信故障时，每个地域通过各自地域的直流站控选择逻辑来协调对应的控制命令实现双站无功控制和双站直流场顺控。

6.根据权利要求4所述的双换流器串联建设的直流输电换流站，其特征在于，当高端站的极控与低端站的极控之间通信故障时，低端站的极控由定直流电流控制模式切换为定直流电压控制模式，高端站的极控退出换流器电压平衡控制功能。

7.根据权利要求4所述的双换流器串联建设的直流输电换流站，其特征在于，任一地域的极控与主导站所在地域的直流站控通信故障时，直流站控切换主导站至另一地域的站控制主机。

8.根据权利要求7所述的双换流器串联建设的直流输电换流站，其特征在于，高端站的极控与两个地域的直流站控通信均故障时，高端站的极控切换为单极功率控制模式，接收OWS下发的控制指令，完成功率调整。

9.根据权利要求1所述的双换流器串联建设的直流输电换流站，其特征在于，每个地域还包括极保护和换流器保护，分别用于实现各地域极区和换流器区保护功能；每个地域还包括一个监控系统，所述监控系统用于对两个地域进行监控。

10.根据权利要求9所述的双换流器串联建设的直流输电换流站，其特征在于，两个地域还分别配置监控服务器，两个地域的监控网络通过站间通信实现互联。

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