直流输电技术(工程中心技术交流)

高压直流输电技术

PCS-9500直流控制保护系统提纲直流输电与交流输电的比较直流输电与交流输电的比较线路比较直流：两根导线；交流：三根导线。线路所需材料：直流<交流直流比交流少一根导线。同等输送功率前提下用电缆少。线路走廊宽窄：直流<交流采用架空线时，由于直流线路的杆塔载荷小，线路所需的走廊也较窄。线路损耗：直流<交流直流电缆线路的损耗主要是电阻损耗，而交流电缆除电阻损耗外还有绝缘中的介质损耗和铅皮及铠装中的磁感应损耗。直流输电与交流输电的比较线路故障概率：直流<交流直流线路的导线少，其架空线路绝缘子的数量也比交流线路少，从概率角度讲，同等条件下发生线路故障的概率也相应减少。线路故障后：直流单极运行vs交流线路停运当直流线路一个极发生故障时，可以利用另一个健全极和大地回路来输送一半的额定功率。而交流线路因故障断开一相时，不能长时间非全相运行，或者需要采用架设双回线路的方式来避免。直流输电与交流输电的比较交流输电线路杆塔直流输电与交流输电的比较天广直流输电线路杆塔直流输电与交流输电的比较三常直流输电线路杆塔直流输电与交流输电的比较两端设备比较直流换流站比交流变电站设备复杂、造价高。换流站主要特有设备：换流阀：晶闸管换流设备滤波器：滤除换流过程中产生的谐波无功补偿设备：提供换流器所消耗的无功直流输电与交流输电的比较潮流调节的比较交流：调节有功功率通过改变功角δ的大小。调节过程比较缓慢。直流：电流和功率由两端直流电压决定，通过调节触发角来调节，调节速度非常快。调节过程与两端交流系统的频率和电压相位无关，而直流电压变化也不会直接影响交流系统的运行电压。交流：调节对象有限，多数情况需要运用辅助设备。直流：调节对象包括电流、有功、电压、两端交流系统频率和电压等，且仅需运行控制方式自动调整。直流输电与交流输电的比较运行稳定性的比较交流输电：距离与容量受稳定性因素制约。直流输电：距离与容量不受同步运行的稳定性的限制。交流输电提高稳定性措施：发电机自动调节、励磁；快速切除线路故障；自动重合闸；增设开关站；串联线路电容补偿等等。

直流输电提高稳定性措施：可以利用直流系统自身特性通过控制策略来提高整个交直流混合系统的稳定性，包括功率紧急支援；网络次同步振荡抑制；配合网络安稳系统调节快速调节功率等等。直流输电与交流输电的比较联络线方式的比较交流联络线方式：前提为两侧频率相同；网络联系紧密；互联后系统短路容量增大。直流联络线方式：两侧频率可以不同两侧相对“隔离”互联后短路容量不会明显增大一端网络故障时不但可以有效限制故障范围，还可以通过控制来提供紧急支援。提纲直流输电原理直流输电原理换流器件采用晶闸管元件（半控器件）晶闸管导通条件：正向电压＋触发脉冲晶闸管关断条件：电流过零＋零电压或负电压定义：触发角α叠弧角μ熄弧角γ超前角β直流输电原理6脉动可控整流桥直流输电原理整流桥波形直流输电原理直流电压Vd＝Vdiocos

－d

Id其中：

Vdio＝1.35E理想空载直流电压

E换流变阀侧线电压有效值

d＝3L/等值换相电阻

L从电源到阀桥之间的每相等值电抗

Id直流电流直流输电原理整流电压与触发角的关系直流输电原理逆变桥波形直流输电原理逆变直流电压

Vd＝Vdiocos

＋d

Id

Vd＝Vdiocos

－d

Id

Vdio＝1.35E

理想空载直流电压

E

换流变阀侧线电压有效值

d

＝3L

/

等值换相电阻

Id

直流电流直流输电原理直流输电工作原理－功率正送整流侧逆变侧注意：只有很小的电压差直流输电原理直流输电工作原理－功率反送整流侧逆变侧注意：电流方向不改变提纲换流站主要设备简介高压直流输电工程技术换流站主要设备介绍换流器：将交流电力变换成直流电力，或者将直流电力逆变为交流电力。高压直流输电工程技术晶闸管高压直流输电工程技术半层阀高压直流输电工程技术换流器设备目前技术主流为晶闸管直流输电采用三相桥式结线，称为换流桥，每桥有六个桥臂，也称为6脉动换流器。高压直流输电工程应用中，最常用的是12脉动换流器，即两个6脉动换流器串联。在特高压直流输电工程中，目前采用两组12脉动换流器串联结构。可控硅在运行时会产生大量热量，故换流器需要配置冷却系统，工程中以水冷（内冷）为主流，外冷也有部分风冷应用。高压直流输电工程技术6脉动换流器12脉动换流器双12脉动换流器串联高压直流输电工程技术阀冷系统晶闸管及其阻尼回路在运行中发热量相当大，为使晶闸管阀能在额定工况下，甚至是过负荷状态下运行，必须对其进行冷却。整个阀冷却系统分为外冷水和内冷水两部分。内冷水系统是一个封闭的循环系统，由主循环泵建立水压，迫使冷却水在管道中循环并和晶闸管阀交换热量使其冷却。外冷水在使用前必须先经过软化（除钙），和反渗透（除盐）。通过冷却塔，喷淋泵，和内冷水交换热量，使内冷水温度降低。同时通过风扇使外冷水温度不致过高。高压直流输电工程技术换流站主要设备介绍（续）换流变压器：向换流器供给交流功率或从换流器接收交流功率。高压直流输电工程技术单台换流变外观高压直流输电工程技术换流变压器布置高压直流输电工程技术换流变压器与阀组的连接高压直流输电工程技术12脉动阀组与换流变的连接高压直流输电工程技术换流站主要设备介绍（续）平波电抗器作用避免轻载时直流电流发生间断配合控制作用，限制直流回路短路电流峰值。与直流滤波器配合，减小Ud和Id中的谐波分量，减少直流线路对沿线通信线路及无线电干扰。抑制di/dt，减小因交流电压下降引起的换相失败几率。衰减沿直流线路入侵的雷电波和陡波前冲击波高压直流输电工程技术贵广直流油浸式平波电抗器外观高压直流输电工程技术换流站主要设备介绍（续）直流滤波器：滤除直流侧谐波。直流侧特征谐波为偶次谐波。

n=k*Pn为谐波次数

P为换流器脉动数每极配置12/24和12/36双调谐直流滤波器各一个。高压直流输电工程技术换流站主要设备介绍（续）接地极：包括接地极引线和接地电极。连接大地，固定换流站直流侧的对地电位。直流电流互感器直流电压互感器高压直流输电工程技术换流站主要设备介绍（续）直流断路器NBS：极中性母线开关NBGS：中性母线接地开关GRTS：大地回线转换开关MRTB：金属回线转换开关高压直流输电工程技术高压直流输电工程技术换流站主要设备介绍（续）交流滤波器及无功补偿设备交流侧特征谐波为奇次谐波。

n=k*P±1n为谐波次数

P为换流器脉动数交流滤波器及无功补偿设备常见类型：双调谐滤波器：HP11/13；HP24/36高通滤波器：HP3并联电容器：SC高压直流输电工程技术直流控制保护系统高压直流输电工程技术交流场设备站用电和站用辅助设备常规交流保护设备高压直流输电工程技术典型的双极直流输电工程主设备单线图站1站2高压直流输电工程技术换流站设备布置俯瞰图滤波器场交流开关场极1换流变极1阀厅极1水冷主控楼极2阀厅极2水冷极2换流变直流场滤波器场就地控制设备小室高压直流输电工程技术直流系统运行方式运行接线方式单极大地回线方式单极金属回线方式双极大地回线方式双极并联运行方式高压直流输电工程技术单极大地回线方式示意图直流功率直流功率高压直流输电工程技术单极金属回线方式示意图直流功率直流功率高压直流输电工程技术双极大地回线方式示意图直流功率直流功率直流功率直流功率高压直流输电工程技术双极并联运行方式示意图直流功率直流功率高压直流输电工程技术直流系统运行方式全压与降压运行方式全压运行－直流运行在额定直流电压降压运行－运行在70％－100％额定直流电压之间的某个定值。情形一：由于绝缘需要情形二：由于无功控制需要。当直流作为无功调节手段时，根据控制需要降低电压运行。此时电压随控制要求变化而变化。原则：尽量选择全压运行方式高压直流输电工程技术直流系统运行方式功率正送与反送方式如果将功率从换流站1送往换流站2定义为正方向，则站1作为整流站、站2作为逆变站，功率从站1送往站2，为功率正送运行方式；站2作为整流站、站1作为逆变站，功率从站2送往站1，为功率反送运行方式。运行过程中进行的方向转换称为潮流反转。控制人员发出潮流反转控制指令后，控制系统能自动执行整个潮流反转操作，直至潮流反向。高压直流输电工程技术直流系统运行方式双极对称与不对称运行方式双极对称运行方式：双极全压对称运行、双极降压对称运行。双极不对称运行方式：双极电压不对称运行方式、双极电流不对称方式、双极电压和电流不对称方式原则：尽量选择双极对称运行方式。提纲直流控制保护系统PCS-9500直流控制保护系统PCS-9500南瑞继保直流控制保护系统开发产品线直流控制保护系统PCS-9500PCS-9500主要技术特点（比较公司其它产品）基于PC的技术方案，其硬件系统以多处理器的工业PC作为主计算机，通过PCI总线扩展高性能外围设备控制模板构成。控制保护系统与就地I/O设备的通讯采用光纤介质的CAN、TDM现场总线。软件采用图形化编程和调试工具。系统采用完全冗余配置并具有完备的自检功能。直流控制保护系统PCS-9500PCS-9500换流站控制保护系统典型配置直流控制保护系统PCS-9500PCS-9500换流站控制保护系统层次结构直流控制保护系统PCS-9500PCS-9500换流站控制保护系统组成与远方控制中心（如国调、网省调）的接口子系统，包括：远动工作站、故障录波信息子站等。运行人员控制系统，是换流站正常运行时运行人员的主人机界面和监控数据存储系统。主要包括站LAN网、运行人员工作站、工程师工作站、站长工作站、服务器、网络打印机、规约转换工作站或规约转换器（实现与辅助系统的接口）等。交直流站控系统，负责执行交/直流设备的投切、起停、运行方式转换、状态监视、测量等功能，主要包括：站控系统的主机、分布式现场总线和分布式I/O等设备。直流控制保护系统PCS-9500直流极控制系统，是换流站控制系统的核心，主要功能是通过对整流侧和逆变侧触发角的调节，实现系统要求的输送功率或输送电流。该部分主要包括每个极的极控系统的主机。直流系统保护，主要包括极保护（含换流器保护、直流场保护、直流线路保护、接地极引线保护）、换流变保护、直流滤波器保护、交流滤波器保护等。直流控制保护系统PCS-9500交流保护，主要包括断路器保护、交流线路保护和母线保护。站间通信设备。直流控制保护系统PCS-9500子系统：与远方调度中心的接口子系统直流控制保护系统PCS-9500与远方调度中心的接口子系统构成冗余UNIX操作系统远动工作站。1套终端服务器，多路MODEM。每路MODEM配置一个远动通道防雷器。远动接口设备：远动LAN、路由器等一般由国调统一配置通信方式：网络、专线。通信协议：IEC60870-6TASE2、IEC870-5-104、IEC870-5-101等。直流控制保护系统PCS-9500子系统：运行人员控制系统直流控制保护系统PCS-9500运行人员控制系统构成网络系统服务器和文件服务器人机界面MMI工作站培训模拟系统主时钟系统打印系统与MIS系统接口规约转换工作站（葛南、灵宝、三沪、黑河）规约转换器（德宝、呼辽及以后工程）远动通讯系统报表工作站直流控制保护系统PCS-9500LAN网络完全冗余双以太网，星型拓扑结构。分为站LAN网、培训LAN网。控制保护主机、运行人员工作站、服务器、远动工作站、规约转换工作站或规约转换器等都接于站LAN网。培训工作站、培训模拟器、MIS接口工作站接于培训LAN网。站LAN网与培训LAN网之间采用硬件防火墙（葛南、灵宝、三沪）或路由器（三常、三广）隔离。通过网络隔离装置与站MIS系统隔离（葛南、三沪）。直流控制保护系统PCS-9500服务器以前采用Windows操作系统，配置双服务器共享磁盘阵列，使用群集技术（Cluster），保证系统的高可靠性。向上工程以后采用两台UNIX操作系统+1套Windows文件服务器。负责报警/顺序事件记录的收集、处理及存储。存储报表数据。存储重要运行参数的趋势记录数据。存储控制保护系统记录的故障录波数据。直流控制保护系统PCS-9500人机界面分类：按工作性质划分为运行人员工作站/SER终端-OWS、工程师工作站-EWS、站长工作站-DWS、培训工作站-TWS。实现整个换流站交直流系统的监视和控制功能。提供运行人员登录/退出、控制权限划分、控制位置转移等功能。单线图、流程图：完成交直流运行参数及状态监视、设备控制、顺序控制、设点控制、自动功率控制等。事件、报警列表：完成事件/报警显示、检索、打印及音响告警、报警确认等功能。站LAN网监视：完成站控/极控主机、服务器、运行人员工作站、远动工作站、规约转换工作站等各主机的运行状态监视及主/备系统切换等功能。直流控制保护系统PCS-9500人机界面（续）趋势曲线：显示实时趋势和历史趋势，并实现历史趋势数据存储。在线谐波监视：用棒图显示谐波监视点的各次谐波及统计数据。暂态故障录波分析。自动功率曲线整定：实现自动功率曲线的查询、显示和修改，用于编制功率曲线。功率曲线分日、周、月3种。保护装置保护信息查询：通过网络监视交直流保护装置的状态信息，并通过网络或硬接点实现保护装置的复归操作（三常、三广除外）。极保护的监视和管理：保护矩阵和压板投入状态的显示和修改，保护定值的显示和整定，保护模拟量量测值的显示等。电量计量数据监视：显示计量系统采集的电量数据（三常、三广除外）。辅助系统的监视和控制直流控制保护系统PCS-9500事件列表界面直流控制保护系统PCS-9500报警列表界面直流控制保护系统PCS-9500直流场单线图界面直流控制保护系统PCS-9500交流场单线图界面直流控制保护系统PCS-9500顺控流程图界面直流控制保护系统PCS-9500规约转换工作站以前：配置冗余规约转换工作站，所有保护装置均可接入该工作站，一方面与“保护信息管理子站”通信，并通过“保护信息管理子站”实现直流保护信息远传；另一方面与运行人员控制系统通信，实现对保护装置信息的监视和管理。保护规约转换工作站也可以通过串口或网络收集电量计量终端、直流电源系统等其它辅助系统的信息，从而在运行人员控制系统中得到监视。今后：配置3套规约转换器，1套负责从“保护信息管理子站”接收保护装置信息，1套负责向“保护信息管理子站”转发极保护信息，1套负责与电量计量终端、直流电源系统等其它辅助系统接口。直流控制保护系统PCS-9500规约转换工作站以前：配置冗余规约转换工作站，所有保护装置均可接入该工作站，一方面与“保护信息管理子站”通信，并通过“保护信息管理子站”实现直流保护信息远传；另一方面与运行人员控制系统通信，实现对保护装置信息的监视和管理。保护规约转换工作站也可以通过串口或网络收集电量计量终端、直流电源系统等其它辅助系统的信息，从而在运行人员控制系统中得到监视。德宝、呼辽工程及以后：配置3套规约转换器，1负责从“保护信息管理子站”接收保护装置信息，1套负责向“保护信息管理子站”转发极保护信息，1套负责与电量计量终端、直流电源系统等其它辅助系统接口。直流控制保护系统PCS-9500子系统：直流极控制系统直流极控主机PCP，按极配置，是直流系统的控制核心。直流控制保护系统PCS-9500主要功能是通过对整流侧和逆变侧触发角的调节，实现系统要求的输送功率或输送电流，极控系统的控制性能将直接决定直流系统的各种响应特性以及功率/电流稳定性。极控制系统主要包括每个极的极控系统主机、分布式现场总线和分布式I/O等设备。直流控制保护系统PCS-9500主要功能：极控制功能，如触发角控制、功率控制、分接头控制、顺序操作和联锁阀控制单元接口SCADA接口与另一极的通信与对端的通信直流场开关、刀闸接口，联锁和控制直流场电压、电流的测量接口换流变电压的测量接口分接头、换流变状态接口水冷系统接口故障录波器、故障定位仪、保护、安控以及阀厅辅助设备等接口直流控制保护系统PCS-9500极控核心控制功能模块框图直流控制保护系统PCS-9500极控核心控制功能模块直流控制保护系统PCS-9500子系统：直流保护系统极保护（含换流器保护、直流场保护、直流线路保护、接地极引线保护），由控制主机PPR实现，双重化配置。换流变保护CTP（装置PCS-977）直流滤波器保护DFP（装置PCS-976D）交流滤波器保护AFP（装置PCS-976A）直流控制保护系统PCS-9500保护范围划分直流控制保护系统PCS-9500直流极保护区域划分直流控制保护系统PCS-9500PCS-9500直流保护主要功能包括（不限于）阀短路保护换流变阀过流保护直流过压保护换相失败保护换流器差动保护极母线差动保护中性母线差动保护金属回线连接线差动保护（用于金属回线运行）直流欠压保护直流控制保护系统PCS-9500PCS-9500直流保护主要功能包括（不限于）续交流过压保护交流欠压保护接地极引线开路保护接地极引线横差保护50Hz保护线路低电压保护线路纵差保护双极中性线差动保护MRTB转换开关保护MRTS转换开关保护直流控制保护系统PCS-9500PCS-9500直流保护主要功能包括（不限于）续开路试验保护直流场差动保护接地极线过流保护阀侧交流连线接地保护直流控制保护系统PCS-9500子系统：交直流站控系统交流开关场监控ACC交流滤波器场监控AFC站用电监控SPC辅助系统监控ASC直流开关场监控DFT（极区域）；BFT（双极区域）换流变监控