特高压直流换流站顺序控制的研究.doc

第3期涂仁川：特高压直流换流站顺序控制的研究5文章编号：1674-0629(2008)03-0001-06中图分类号：TM732；TM743; TM761文献标志码：A特高压直流换流站顺序控制的研究涂仁川（许继电气股份有限公司 河南 许昌 461000）Research on Sequence Control in UHVDC Converter StationTU Ren-Chuan(XJ Electric Co. Ltd. , Xuchang, Henan 461000, China)Abstract: Based on the characteristics of ultra-high voltage direct current (UHVDC) transmission, the sequence controls in UHVDC converter station are discussed, including sequence controls of converter level, pole level, bipolar level and station level. All the sequence controls will be implemented by valve group control systems, pole control system and DC station control system respectively. The realization theories of different sequence controls, the coordination between other systems and the measure to the common problems are analyzed.Key words: UHVDC; sequence control; converter; control mode; DC yard; valve groups摘要：针对特高压直流输电的特点，详细探讨了特高压直流输电换流站的顺序控制，包括换流器层的顺序控制、极层的顺序控制、双极层的顺序控制和站层的顺序控制，及各种顺序控制在极控系统、阀组控制系统和直流站控系统中的实现。分析了不同的顺序控制的实现原理，系统间的配合及常见问题的解决。关键词：特高压直流输电；顺序控制；换流站；控制模式；直流场，阀组 基金项目：国家科技支撑计划特高压输变电系统开发与示范项目课题资助（2006BAA02A30）。特高压直流输电作为一种新型的大功率远距离输电技术，具有适合远距离输电、输电距离不受系统同步运行稳定要求的限制，可提高系统的稳定性和可靠性等优点。随着国内的云南广东和向家坝上海+800 kV特高压直流输电工程的开工建设，特高压直流输电必将在我国的高压输电领域发挥更加重要的作用。为了实现直流系统各状态之间的平稳转换及每种状态下安全地手动或自动控制，特高压直流输电的换流站设计有顺序控制和联锁系统。顺序控制和联锁系统的目标是平稳地起动和停运直流输电系统以及在各种控制模式和运行方式下的安全可靠地转换。云南广东+800 kV特高压直流输电工程采用Siemens公司的最新平台TDC，与常规的直流输电工程相比，其双极层的控制功能放在直流站控系统中实现。另外，直流场的开关大部分由直流站控控制。为简化系统的硬件设计，同时不降低系统的可靠性，两个极的直流滤波器的投入/退出顺序控制均由直流站控完成。极层的顺序控制（如OLT等）在极控系统中实现。换流器层的顺序控制在各阀组控制系统中实现。直流场的顺序控制（如：极的连接/隔离等）由直流站控实现。下面就云广特高压直流输电工程的各种顺序控制的功能、原理等进行深入的分析和探讨。1阀组层/换流器层的顺序控制按照Siemens的设计理念，阀组层的顺序控制主要在阀组的控制系统中实现。1.1极的起动和停止顺序对于每个极，都定义有如下的5个标准的运行状态：接地状态（检修维护状态）；停止状态（隔离状态）；备用状态（联接状态）；闭锁状态（准备启动）；解锁状态。起动或停止顺序的处理，是由在运行人员工作站上选择某个状态来启动的。根据操作指示，极控显示当前哪个运行状态被选择。在实际的运行状态开始某个顺序的启动，当某前提条件满足时，必要的顺序步骤和行为将自动执行。对每个顺序步骤的正确执行与否由监视时间来检查。如果监视时间已过且回校信号仍不满足，那么整个顺序将被中止。此时顺序事件记录中会产生一个告警信号以提醒运行人员。故障可通过运行人员下发“应答”命令清除！此时要取得一个确定的运行状态，运行人员有如下的3种选择： 在工作站上选择“顺序继续”，则顺序将从当前的故障步开始继续完成剩余的步骤，以取得期望的运行状态。在工作站上选择“顺序返回”，则顺序控制将返回到顺序执行前的状态。运行模式切换到“手动模式”，由运行人员按照一定的步骤，手动操作相应的开关设备，也可以取得期望的运行状态。1.2顺序执行时的系统配合HVDC系统的起/停顺序以前是在极层的极控系统完成，现在由阀组层的阀组控制系统完成，但是阀组的“解锁“状态在极控系统实现，需要阀组控制系统的配合。在“接地”状态与“停运”状态的相互转换过程中，需要操作相应阀组换流变支路的接地刀闸Q53。在“接地”状态Q53是合上的，在“停运”状态Q53分开。这需要阀组控制发送相应的合/分请求到交流站控系统，由交流站控操作该设备，以配合阀组控制取得期望的运行状态。在“停运”状态到“备用”状态的转换过程中，需要合上有关的换流变支路的隔离刀闸，通过在运行人员工作站上选择“连接到母线1”或“连接到母线2”或“连接到双母线”，相应的命令由阀组控制送到交流站控系统，由交流站控合上有关支路的隔离刀闸。在“备用”状态到“闭锁”状态的转换过程中，需要合上有关的换流变支路的断路器给换流变充电，这需要阀组控制把合请求命令送到交流站控系统，由交流站控合上有关支路的断路器。在换流变已充电后，运行人员可在工作站上操作合上其他的断路器，使得换流变支路合环运行（同时连接到母线1和2）。在“闭锁”状态到“解锁”状态的转换过程中，需要直流站控的配合，在解锁前，直流场的运行配置状态应该准备好，如极已连接，接地极已连接等，同时最小滤波器应该可用。直流站控把有关的状态送到极控系统，已允许极解锁。在极取得“解锁”状态的500 ms内由直流站控投入与功率水平匹配的交流滤波器小组，以补偿换流器消耗的无功功率。控制位置的选择在直流站控中判断。如果在站控层，可选择如上所有的运行状态，但是闭锁解锁的顺序需要两个换流站通过电话保持协调一致。在系统控制层，只有主站才有资格启动如上的顺序控制，从站通过站间通信接收主站的信息来配合完成有关的顺序控制。1.3顺序控制模式极的起/停顺序有自动和手动2种控制模式，可在运行人员工作站上切换。除了“解锁“外，其他的4种状态均可在自动/手动模式下执行。在解锁前，控制模式必须切换到自动模式。1.4换流器层的顺序控制800 kV的直流输电工程一个极具有两个12脉动的串联阀组：高压阀组和低压阀组，每个阀组可以被旁路开关Q93旁路并退出运行，因此具有双阀组运行、单阀组运行、交叉运行3种运行方式，这些运行方式提高了直流系统的可用性。阀组的典型结构如图1所示。图1 阀组的开关配置 Fig.1 Switching Configuration of Valve Groups1.4.1 解锁顺序在解锁前，运行人员可选择每个极的哪个阀组被解锁，如图2所示。图2 阀组解锁的选择Fig.2 Selection of deblocked Valve Groups如果每个极只有1个阀组被选择解锁。则另外一个阀组的旁路开关和旁路隔刀必须首先合上。如果每个极有2个阀组同时被选择解锁，则两个阀组的旁路开关和旁路隔刀必须首先分开。如果某个极操作在I模式且只有1个阀组投入，则另外1个阀组不允许被解锁，因为两倍的传送功率将严重影响交流系统和滤波器的安全运行。1.4.2 闭锁顺序运行人员同样可选择哪个投入的阀组被闭锁。在某个阀组发生故障的时候，直流保护闭锁该阀组，并通过站间通讯闭锁对站相应的阀组。2极层的顺序控制极层的顺序包括极的解锁和开路试验。极的解锁需要极控系统与阀组控制系统的配合。2.1开路试验顺序（OLT）开路试验顺序用于直流极线的电压测试，在极层的极控系统中实现，主要用于该极长时间停运后再次解锁投入时检查直流极线的对地绝缘是否满足要求。在运行人员工作站上启动OLT后，直流极线与对站隔离，在极线上按斜率增加直流电压至运行人员设置值（最大1.01 p.u.）。另外触发角限制被用在电压控制器上，因此不会超过最大电压值。开路试验顺序有自动和手动2种方式。(1) 自动开路试验。在确认本站和对站的直流极线运行方式配置好之后，换流器被解锁。在解锁换流器之前，极控确认本站换流器是否为整流器，对站换流器是否闭锁，以便安全地启动OLT。解锁后，Uref慢慢地从0到预先设置地参考值增加。当Uref到达设定值后保持一段预设的时间之后又慢慢降回到0。在OLT顺序期间，操作员能够停止和释放Uref的斜率过程。另外，在Uref的斜率过程中他能够在任何时间在操作控制系统中止该顺序。如果选择降电压模式，Uref的最大值为0.7 p.u. 或 0.8 p.u.。(2) 手动开路试验。在手动OLT时，触发角能够直接调节，也不顾及上面提到的有关限制，因此通常不被推荐。3双极层的顺序控制双极层的顺序包括功率翻转顺序和直流滤波器的投/退顺序，由于双极层的控制控制功能已放在直流站控中实现，因而如上的顺序也在直流站控中完成。3.1功率反转顺序功率反转和相应的功率方向控制是一种在线功率方向改变和功率按计划而变化的功能。当然，离线的功率方向的改变也是有可能的。在任何一个单极或双极运行方式下，以及在双极功率控制的任何组合或极电流控制模式下，都可以进行功率反转。降电压模式下也能够在某一单极或双极完成功率反转。功率和功率方向命令在运行人员工作站上设置。在站控层，如果站间通信OK则逆变站的功率方向设置被闭锁，其值被对站来的状态所同步更新；如果站间通信故障，则两个站都可以设置新的功率方向。在系统控制层，从站不允许功率方向的设置命令。功率反转有联锁逻辑，只有在极未解锁或未处于OLT状态下时才允许功率反转顺序的启动。依赖功率反转，在站间的控制模式会转移。新的整流器按电流控制器特性运行，其电压控制器的整流电压比正常值高（例如3%）。新的逆变器按电压控制器控制特性运行，其电流控制器作为后备（比Iref小0.1p.u.），Gamma控制器有效并且作为后备模式以限制Gamma最小值。在斜率上升和下降的过程中的任何一点，操作员可以停止该功率反转顺序。在顺序停止时刻继续进行功率的输送。直流站控的无功控制不需要切换，按照新的功率方向下的无功配置表，继续控制与系统交换的无功在正常的死区内。3.2 直流滤波器顺序2个极的每个直流滤波器均由直流站控来控制，包括：回校信号的监视功能块；直流滤波器的投入/退出顺序功能块；直流滤波器的投入顺序。保护直流滤器投入顺序按照下述顺序实现：断开高压接地刀；断开低压接地刀；闭合低压隔离刀；闭合高压隔离刀；直流滤器退出顺序。保护直流滤器退出顺序按照下述顺序实现：断开高压隔离刀；断开低压隔离刀；闭合低压接地刀；闭合高压接地刀直流滤波器ESOF顺序。在直流滤波器保护动作时（如差动保护跳闸），直流滤波器的退出顺序被自动启动。4站层的顺序控制按照Siemens的设计理念，直流场的顺序控制由直流站控系统完成。4.1运行方式特高压直流输电定义的基本运行方式与常规的500kV直流输电相同，有以下9种：双极运行方式；极1单极大地返回；极2单极大地返回；极1单极金属返回；极2单极金属返回；极1空载加压试验，极2大地返回；极1空载加压试验，极2停运；极2空载加压试验，极1大地返回；极2空载加压试验，极1停运。需要说明的是，正常情况下，双极运行是带接地极运行的。如果此时接地极过压，则直流接地极过电压保护（59EL）动作，合上站内高速接地开关HSGS。此时直流系统有站内接地网和接地极两个接地点，可保持双极短时继续运行。基本运行方式之间的改变由运行人员启动，这些运行方式由以下的状态定义：极1/极2连接，隔离；接地极线路连接，隔离；极1/极2金属返回配置。4.2控制模式直流场的操作有2种控制模式：自动控制模式；手动控制模式。在自动控制模式下，所有的顺序控制都自动地完成，一旦在运行人员工作站上选择了一个新的运行方式，这个顺序将自动按软件设定的顺序依次执行。在手动控制模式下，如果控制位置是有效的，那么直流场的设备可以通过运行人员工作站或者调度中心进行操作。为了确保安全运行，设备操作命令必须遵循直流场的联锁条件。可能完成的直流配置转换如图3所示。在站控级中，任一直流运行方式的改变都应该在两个换流站同时启动。在系统控制级中，两个换流站中的主站可以启动金属和大地返回顺序之间的转换，而从站则不能启动转换。4.3MRTB/MRS操作的监视金属返回/大地返回顺序的转换是通过操作金属返回转换断路器/金属返回开关来实现的。根据规范书的要求，流过这两个开关的直流电流不能超过1.25p.u.,如果超过该值，金属/大地返回的顺序转换将被禁止。在金属/大地返回的顺序转换过程中，如果直流保护检测到MRTB/MRS保护跳闸，则有关的顺序将终止并返回到顺序执行前的状态（由直流站控与直流保护系统配合完成）。4.4没有站间通信的直流场操作某些直流场的顺序控制（如极连接），在操作设备时需要用到对站的连锁回校信息，正常情况下是通过两站的直流站控系统通过站间通信来传递的。在自动控制模式下，如果站间通信故障，则顺序将停止在某个连锁条件不满足无法操作的设备处，此时可以通过运行人员工作站下发“顺序继续”命令来旁路相应的条件从而继续完成该顺序的控制。图3 直流运行方式的可能转换Fig.3 Possible Transfer between different DC Configurations在手动控制模式下，如果站间通信故障，同样可以完成有关的顺序控制，不过某些设备的来自对站的连锁信息被“站间通信故障”信号旁路，从而能顺利地操作设备。在站间通信故障时，如果改变直流场的运行方式，本站的直流站控无法识别对站运行方式状态的改变。为此，运行人员不得不手动地设置“对站的极1/2在功率传输或OLT模式”；如果当前为金属返回，则对站的两个极都需要配置为“功率传输模式”4.5直流运行方式的顺序连锁直流运行方式的转换都是通过操作直流场的设备实现的，为保证设备的安全，设备的操作需要满足一定的连锁条件，这由就地的测控单元与直流站控配合实现。另外，在运行人员工作站上启动任何顺序的自动控制时，还必须满足如下的前提条件：直流站控选择自动控制模式；当前没有顺序正在执行；以前的顺序故障已排除和被确认；与对端换流站的LAN通信正常；直流站控柜的信号电源已投入。5总 结本文对特高压直流输电换流站的顺序控制的原理、功能及实现方法进行了深入的分析，针对各