政平换流站--最后断路器
HVDC超高压直流输电系统控制保护软件的研究
上海交通大学研究生论文HVDC超高压直流输电系 统控制保护软件的研究院系：电气工程系学号：1030312065姓名：李锋锋导师：邰能灵日期：2006年09月28日HVDC超高压直流输电系统控制保护软件的研究摘 要我国东部和南部地区经济相对发达，因此国家为了支持发达地区经济建设，实施了西电东送工程。
这使得跨区域电网输电得以迅速发展。
而目前，直流输电已经成为了跨区输电的新的模式。
我国跨区直流输送工程已经有葛南、天广、三常、三广等多条直流输电工程，随着三峡工程的推进，我国已经是世界上直流输送容量最大的国家。
本文以三常直流工程为重点研究对象，阐述三常直流工程的相关特点。
三常直流工程采用了ABB公司的MACH2技术，这也是目前世界上应用MACH2技术输送功率最大的工程之一。
三常直流调试经过了10个月，共经过了500多个项目的试验，目前安全运行已经有3年。
运行期间，曾经发生过OLT试验不成功、换流变分接头频繁动作等故障。
这些故障对直流输电的可靠性和安全性带来了极大的隐患。
本文对这些故障的原因进行详尽的分析，并通过软件分析的方法找出故障的根源是由于软件逻辑的不合理。
出现软件逻辑不合理的原因主要是该工程软件系统庞大，接口复杂以及工程进度紧张所致。
然后充分考虑软件的各种工况，完善软件，再利用电科院的动模装置进行了仿真试验，通过了仿真试验后，利用年度检修期间，修正了软件，并重新在相应的控制保护主机上，在实际应用中起到了良好的效果，解决了OLT试验不成功的问题，也使得换流变分接头的动作次数趋于正常化。
通过三常直流输电工程的这两个典型故障的剖析，阐述了解决在三常工程运行维护中出现故障时的一些常用方法。
关键词：MACH2，双重化，分层结构，软件逻辑，OLT，接地故障，分接头，动作死区Analysis of Control and Protection Software of High Voltage DC Transmission SystemABSTRACTTo meet the needs of load growth in East China and South China, the Chinese government has speeded up the “West to East electricity transmission” project. After Ge－nan, Tian－guang, San－chang and San－guang HVDC transmission projects went into production, China’s HVDC transmission technology has gone up to a new stage.This paper reviews the field of Control and Protection Software in Three Gorges-Changzhou HVDC transmission project, which is one of the largest power transmission projects in the world using ABB’s “MACH2” power technology. After 10 months debugging, 500 items testing, we found several critical defects such as “OLT testing unsuccessful”, “converter transformer tap action frequently” etc，which may cause potential troubles in HVDC transmission’s reliability and safety.In this work we examine those defects and give an analysis in detail. By comparing and excluding the potential possibilityof defects, we found several faults exist in software logic which caused by immensity of system、 complexity of interface 、tight schedule and etc. After rectification of software logic, we did simulation test and it show that we solved “OLT testing unsuccessful” and “converter transformer tap action frequently” successfully. And it performed well in reality.KEY WORDS：MACH2，Software Logic，OLT，TAP Changer目 录第一章 绪论 (1)1.1 课题的背景和意义 (1)1.2 国内外直流输电发展概况 (3)1.2.1 国外直流输电发展概况 (4)1.2.2 国内直流输电发展概况 (5)1.3 三常直流工程概况 (6)1.4 本文主要工作 (6)第二章 MACH2系统 (8)2.1 MACH2系统简介 (8)2.2三常直流工程控制保护系统分层结构 (16)2.3 三常直流工程控制保护双重化 (17)第三章 OLT试验故障分析 (25)3.1 OLT试验简介 (25)3.2 OLT试验故障情况 (29)3.3 OLT试验故障分析 (30)3.4 OLT试验逻辑完善 (37)第四章 换流变分接头频繁动作分析 (39)4.1 换流变介绍 (39)4.2 换流变分接头频繁动作情况 (39)4.3 换流变分接头频繁动作分析 (41)4.4 换流变分接头频繁动作逻辑完善 (44)第五章 总结和展望 (46)5.1 全文总结 (46)5.2 工作展望 (47)参 考 文 献 (48)致 谢 (51)攻读硕士学位期间发表论文 (52)第一章 绪论1.1 课题的背景和意义我国西部地区资源丰富，水电资源理论蕴藏量约为55749万千瓦，占全国的82％，可开发水电资源约为27434万千瓦，占全国的72％，目前开发程度还不到8％，比全国水电平均开发程度低11个百分点。
特高压直流与常规直流工程最后断路器保护浅析
特高压直流与常规直流工程最后断路器保护浅析许卫刚;张志宏;单哲;査申森;汪道勇【摘要】为防止逆变站交流系统甩负荷后引起的严重过电压,通常会在逆变站安装最后断路器保护.在±800kV向家坝-上海直流工程中,ABB公司采用了不同于常规直流的最后断路器保护设计理念.从保护信号采集、保护逻辑、存在隐患等方面,阐述了特高压直流和常规直流中的最后断路器保护,并进行了对比分析.指出了常规直流最后断路器保护在设计上的局限性以及特高压直流最后断路器保护在运行中可能存在的问题,并提出了改进意见.该研究有助于提高现有直流工程的运行可靠性,并对将要投产的特高压直流工程的运行维护工作有一定指导意义.【期刊名称】《江苏电机工程》【年(卷),期】2010(029)005【总页数】5页(P6-10)【关键词】特高压直流;常规直流;最后断路器保护;过电压【作者】许卫刚;张志宏;单哲;査申森;汪道勇【作者单位】常州供电公司,江苏,常州,213003;常州供电公司,江苏,常州,213003;常州供电公司,江苏,常州,213003;江苏省电力设计院,江苏,南京,211102;国网运行分公司,上海,201708【正文语种】中文【中图分类】TM86最后断路器保护是直流工程逆变站的重要保护。
当逆变侧失去交流电源后，由于换流母线上连接的大量无功补偿设备不能立即切除，如果直流系统未能及时闭锁，直流系统将会继续向其充电，从而引起严重的暂时过电压，对阀、避雷器、换流母线等造成影响[1-3]。
为了防止这种情况的发生，在高压直流输电系统的逆变站中通常都安装了最后断路器保护，以确保在发生上述情况时可以迅速将阀闭锁[4]。
但是在常规直流的实际应用中，该保护暴露出一些问题，存在安全隐患。
因此在±800 kV向家坝-上海直流工程中，ABB公司采取了不同的保护设计思路。
文中对特高压直流和常规直流最后断路器保护进行了对比分析，指出了可能存在的隐患，并提出相应的整改建议。
鹅城换流站换流变分接头调节原理及异常情况处理措施-郑映斌讲解
鹅城换流站换流变分接头调节原理及异常情况处理措施郑映斌（国网运行分公司惠州超高压管理处，广东惠州516144）0 概述9月23日上午政平站换流变零序保护动作导致单极闭锁，具体情况为一台换流变分接头在上升至26档时分接头马达开关跳开，运行人员手动合上后其档位上升至27～28档时开关再次跳开，运行人员将该换流变分接头控制方式打至“手动”位置，现场再次手动合上分接头马达开关后其档位上升至29档，而其他换流变仍保持在26档位置，导致换流变零序保护动作导致单极闭锁；鉴于换流变分接头不同步相差2档后产生的严重后果，本文再次分析并讨论换流变分接头操作控制原理、二次回路排查、现场实际模拟试验操作和TWS工作站模拟试验，总结鹅城站换流变分接头发生不同步异常处理措施。
1 换流变分接头控制调节和操作简述1.1 换流变分接头控制调节1.1.1 换流变分接头调节目的分接头控制（TCC）的目的是把触发角α，熄弧角γ和直流电压Ud保持在确定好的基准值。
正常运行时，整流站分接头控制是为了把触发角α保持在额定值，而逆变站分接头控制是为了把直流电压Ud保持在额定值。
维持Ud是本站换流变分接头调节的依据，在软件中分析可以得出，分接头调与不调由Ud决定。
1.1.2换流变分接头调节原理从下图1 （TCC Overview）可知道换流变分接头在自动位置时有三种调节方式：⎪⎭⎫ ⎝⎛+=d r I X UDIO N UD 223cos *35.1*πβ图1 TCC Overview 调节原理图1） 无载控制TCCNOLOAD ，根据UDIO 大小来判断，决定如何调分接头a 、 在系统没有负荷的情况下（包括做OLT 试验），当换流变正常充电后会自动升分接头，具体逻辑为：换流变理想空载直流电压UDIO_NL_INV 为262KV ，当实际运行时所计算的UDIO 减去262KV ，大于4.5KV 时，就会降分接头，直到其差值小于4.5KV 才停止降；反之，当实际运行时所计算的UDIO 减去262KV ，小于-4.5KV 时，就会升分接头，直到其差值大于-4.5KV 才停止升；b 、 在系统没有负荷的情况下（包括做OLT 试验），当换流变停止充电后会自动降分接头，具体逻辑为：换流变停止充电后，若分接头的档位不在最小档（即1档），则一直会有DEC_UDIO 指令存在，从而使分接头降至1档。
特高压奉贤换流站最后断路器保护调试异常原因及改进建议
来自高端换流变进线区域的电流互感器 Ｔ４，该电
流互感器 用 于 测 量 流 过 避 雷 器 Ｆ１ 的 三 相 电 流
值。现场采 集 的 数 据 通 过 ｅＴＤＭ 总 线 到 达 保 护
１ 奉 贤 换 流 站 概 况 及 其 最 后 断 路 器 保护基本原理
１．１ 奉 贤 换 流 站 概 况 向家坝—上海特高压直流输电工程双极直流
额定 输 送 功 率 ６ ４００ ＭＷ，直 流 额 定 电 压 ±８００ ｋＶ，直流 额 定 电 流 ４ ０００ Ａ，每 极 采 用 两 组 １２ 脉 动阀组串联，奉贤站５００ｋＶ 交流场采用３／２接线 方式，共７个 间 隔 及 三 条 交 流 出 线，即 奉 远 ５１８１ 线、奉东５１８２线及 贤 远 ５１８３ 线，其 ５００ｋＶ路器保护未正确动作的原因是由于系统输送功率过小所致，
并 提 出 了 相 应 的 改 进 建 议 ，使 得 在 低 功 率 系 统 调 试 时 能 起 到 测 试 最 后 断 路 器 保 护 的 作 用 ，同 时 避 免 了 设 备 损 坏 。
关 键 词 ：特 高 压 ；换 流 站 ；最 后 断 路 器 保 护 ；调 试 ；改 进 建 议
场 主 接 线 图 见 图 １。
图１ 奉贤换流站５００ｋＶ 交流场主接线图 Ｆｉｇ．１ Ｍａｉｎ ｗｉｒｉｎｇ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ５００ｋＶ ＡＣ ｙａｒｄ
ｉｎ Ｆｅｎｇｘｉａｎ Ｓｔａｔｉｏｎ
１．２ 最 后 断 路 器 保 护 基 本 原 理 高压直流输电系统逆变站最后断路器保护是
专门针对逆变站突然切除全部交流线路的情况而 设计的，其目的在 于 防 止 运 行 中 的 逆 变 站 在 交 流 出线同时断开时，因 逆 变 站 交 流 侧 及 其 他 部 分 的 电压异常 升 高 危 及 一 次 设 备 安 全 。 ［８～１０］ 特 高 压 奉贤换流站最后断路器保护原理是通过采集换流 变进线电压 Ｔ３ 和 换 流 变 进 线 避 雷 器 Ｆ１ 的 泄 漏 电流 Ｔ４，由此计算避雷器承受的能量。当换流 变 进线电压和避雷 器 的 泄 漏 电 流 达 到 启 动 定 值，同 时避雷器承受的 能 量 超 过 限 值 时，可 判 断 系 统 出 现 交 流 系 统 甩 负 荷 情 况 ，最 后 断 路 器 保 护 将 动 作 ， 闭锁换流器 。 ［１１～１３］ 图 ２ 为 奉 贤 站 高 端 换 流 变 进 线区域接线图。 １．３ 最 后 断 路 器 保 护 信 号
特高压直流输电系统最后断路器保护及关键技术分析
特高压直流输电系统最后断路器保护及关键技术分析曹丹中国能源建设集团湖南火电建设有限公司Technology analysis of Last Circuit Breaker in Ultra High Voltage Direct Current SystemCao Dan(China Energy Engineering Group Hunan Power Construction Company Limited)摘要：特高压直流输电系统以其输电容量大、送电距离远等优点，目前已成为我国主要的电能传输方式。
当直流逆变站突然切除全部交流线路时，可能导致交流侧的电压急剧升高，破坏系统稳定性。
为此，逆变站配置的最后断路器保护用于快速识别交流侧突然甩负荷的场景，并迅速切断线路与阀组之间联系，从而保障整体系统的稳定运行。
本文对最后断路器保护进行介绍，分析了最后断路器保护运行过程中的相关技术，为相关工作者提供参考借鉴。
关键词：特高压直流输电系统，最后断路器保护1 引言我国幅员辽阔，东西部能源分配极度不平衡，风、光、煤炭等自然能源储备集中分布在西部地区，而高负荷、高密度的用电需求则集中在东部平原地区。
特/超高压直流输电线路以其造价相对较低，具备大容量、远距离的送电能力，且避免了交流输电系统的功角稳定问题，是我国目前交直流混联电网的主要输电网架[1]。
实际上，目前的特/超高压直流输电线路仍然存在一些问题。
在其正常稳定运行的过程中，交流侧线路与换流阀之间的断路器维持闭合状态。
当逆变站设备发生某些故障，导致逆变站交流侧负荷突然全部丢失，即最后一条交流线路发生跳闸。
此时，由于换流母线上通常配有大量无功补偿设备，逆变器仍然继续运行，直流系统持续向逆变测输入电流，大量功率将流向无功补偿设备，从而导致交流电压急剧升高，危及一次设备的安全[2]。
随着我国特高压输电网架的迅速发展，当前的交直流混联系统结构愈加复杂。
逆变站作为特高压直流输电系统的关键核心，其交流侧的甩负荷问题不容忽视。
龙政直流闭锁事件分析及降压再启动直流电压偏高抑制
D O I :10.7500/AE P S 201208050龙政直流闭锁事件分析及降压再启动直流电压偏高抑制雷 霄,王明新,王华伟,杨 鹏,李新年(中国电力科学研究院,北京市100192)摘要:在对2011年7月30日龙政直流输电系统双极闭锁事件原因进行分析的基础上,对极Ⅰ直流线路故障后降压再启动不成功导致闭锁的过程进行了详细研究㊂根据实际控制保护系统的逻辑,分析发现此问题的根本原因是理想空载直流电压无法快速变化㊂提出了根据实测数据实时计算整流站和逆变站触发角限值的方法,对电压和电流调节器的输出进行相应优化,以抑制降压再启动过程中的电压偏高问题㊂对与实际工程一次系统及控制保护程序相一致的仿真模型进行测试,证明了优化逻辑的可行性和有效性㊂关键词:直流输电;双极闭锁;降压再启动;控制保护系统收稿日期:2012-08-06;修回日期:2012-09-18㊂国家电网公司大电网重大专项资助项目(S G C C -M P L G 001-2012)㊂0 引言龙政直流输电系统是三峡输电主通道及华中㊁华东直流联网线路,在跨区输电中发挥着极为重要的作用㊂2003年6月双极投产,额定容量为3000MW ,输电线路西起湖北省宜昌市龙泉换流站,东至江苏省常州市政平换流站,途经湖北㊁安徽㊁江苏3个省,全长860k m [1-5]㊂控制保护采用MA C H 2系统,由瑞典A B B 公司设计制造,为分层分布式控制系统,分为站级和设备级2层㊂根据控制区域的不同,MA C H 2系统由极控(P C P )㊁交流滤波器控制(A F P )等几套相对独立又相互关联的双重化系统组成[6-8]㊂龙政直流输电系统于2011-07-30T 15:37:44发生极Ⅱ和极Ⅰ相继非正常闭锁事件㊂本文在整理现场运行人员和A B B 公司技术人员分析资料的基础上,通过研究故障录波文件和A B B 控制保护软件极控层的逻辑,详细分析极Ⅱ非正常闭锁及极Ⅰ降压再启动不成功的原因,并提出针对控制保护系统相关控制逻辑环节的优化措施,以抑制降压再启动过程中的直流电压偏高现象㊂1 事件过程分析1.1 过程描述事件发生在2011-07-30T 15:37:44㊂事件发生前,龙政直流输电系统运行在双极功率控制模式下,输送功率为2700MW ,方向为龙泉→政平,双极平衡运行㊂图1为极Ⅰ和极Ⅱ闭锁过程的现场录波图㊂图中:U d 1为整流站极Ⅰ直流电压;I d 为直流电流;U d 2为逆变站极Ⅱ直流电压;I d 2a 和I d 2b 分别为极Ⅱ阀厅低压母线电流和中性母线电流㊂+#/A U d 2/k V U d 1/k VI d /A0.20.40.60.81.01.2t /sI d2aI d2b 0.35 s图1 极Ⅰ和极Ⅱ闭锁过程的现场录波图F i g .1 A c t u a l w a v e r e c o r d i n gs o f p o l eⅠa n d po l eⅡb l o c k 图1中,0.2s 时,极Ⅰ检测到线路故障,行波保护㊁突变量保护动作,执行第1次全压再启动㊂0.35s 左右,极Ⅱ中性母线差动保护动作,极Ⅱ闭锁;极Ⅰ一次全压再启动不成功,再次执行紧急移相㊂正常情况下,双极运行时,线路保护执行2次全压和1次降压再启动;单极运行时,线路保护执行1次全压和1次降压再启动㊂而本次故障中,在极Ⅰ执行第1次全压再启动时,极Ⅱ闭锁,因此控制逻辑转而执行1次全压和1次降压再启动㊂极Ⅰ执行降压再启动仍不成功,极Ⅰ闭锁㊂安全稳定控制系统切除三峡3台机组,极Ⅰ故障测距显示故障距离龙泉站795.6k m ㊂1.2 极Ⅱ闭锁原因直流工程的中性母线冲击电容器有2个功能:921 第37卷 第8期2013年4月25日V o l .37 N o .8A pr .25,2013①用于滤除换流器产生的谐波;②用于接地极线路遭受雷击时释放雷电冲击电流㊂由于极Ⅰ发生线路故障,直流输电系统由双极平衡运行变为单极运行,接地极线路电流上升,中性母线电压U D N =L d i /d t(L 为等效电感)突升,导致极Ⅱ中性母线上的冲击电容器(事件前已老化)发生击穿并损毁㊂冲击电容器损毁后,部分直流电流经由电容器入地(空间位置在I d 2a 与I d 2b 之间)㊂如图1所示,I d 2a 和I d 2b 出现差流,由于中性线差动保护的计算中,电容器电流也在保护区内,故在故障初始阶段并未出现保护计算的差流㊂随后,直流电流流过电容器造成发热,现场发生绝缘油膨胀引起爆炸起火事件,对支架和地形成短路通道,由此产生保护差流,达到中性母线差流保护动作定值后保护正确动作,极Ⅱ闭锁㊂1.3 极Ⅰ闭锁原因现场事件列表显示极Ⅰ检测到线路故障,行波㊁突变量保护动作㊂对相关线路进行巡视,发现1857号极Ⅰ导线侧均压环及导线上有放电痕迹,导线㊁绝缘子极横担上有新鲜鸟粪,判断故障原因为悬垂绝缘子附近的鸟粪导致放电间隙不足,构成放电通道,造成闪络,导致极Ⅰ一次全压和一次降压再启动不成功,极Ⅰ闭锁㊂分析图1可知,极Ⅰ由于闪络导致控制保护系统检测到线路故障,执行紧急移相,经过150m s 去游离时间,执行全压再启动㊂在直流电压升至400k V 以上之后缓慢上升的过程中,再次发生放电,直流系统执行第2次紧急移相,200m s 去游离后,执行降压再启动㊂但录波显示,此时直流电压仍然上升至500k V ,而不是降压启动的电压指令值350k V ,由于直流电压升得太高,导致再次发生放电,降压再启动失败㊂如果按照控制保护系统设计的初衷,降低直流电压有利于闪络点绝缘恢复,直流电压升至350k V 即停住,这样很可能会避免再启动失败,不会发生极Ⅰ闭锁,极Ⅱ闭锁后损失的功率也会部分转移至极Ⅰ,这能大大降低这次事件的影响㊂运行相关资料显示,三陕(江陵) 广东(鹅城)直流输电工程在2009年也曾出现过类似情况,当时极Ⅱ降压再启动失败导致闭锁㊂根据以上分析,需要对直流控制保护系统中降压再启动的控制逻辑进行研究,以便找出再启动过程中发生电压偏高的原因并提出改进措施㊂2 控制逻辑分析与优化2.1 事件再现为了重现现场故障并对控制保护系统的逻辑进行分析,基于P S C A D /E MT D C 平台建立了与龙政直流实际控制保护系统中P C P 逻辑基本一致的电磁暂态仿真模型,一次系统的模型参数也与实际工程保持一致,包括换流器㊁换流变压器㊁平波电抗器㊁直流线路㊁接地极线路㊁交直流滤波器等关键设备,两侧交流系统为无穷大电源带一定的等值阻抗[9-11]㊂双极运行输送总功率3000MW 工况下,在极Ⅰ直流线路距整流站795k m 处进行0.65s 金属性接地故障试验,仿真结果如图2所示㊂图2 极Ⅰ直流线路故障仿真波形F i g.2 S i m u l a t i o nw a v e f o r m s o fD C l i n e f a u l t o n p o l eⅠ图2中:α_O R D 和V C A _α_O R D 分别为电流调节器和电压调节器输出的触发角指令;U d r e f 1和U d r e f 2分别为整流站和逆变站的直流电压指令值(标幺值)㊂本仿真的故障设定为金属性接地故障并持续0.65s,故第1次和第2次全压再启动过程会与现场存在差异,但降压再启动时故障已清除,可以等效为与实际现场降压再启动的情况一致㊂由仿真可见:直流系统降压再启动后直流电压上升过程中,电压会升高至500k V 左右,该现象与现场录波一致,之后开始下降,最后稳定在350k V ,即0.7(标幺值)上;但电压调节器的电压指令值在执行第3次紧急移相后就下降了,整流站的电压指令值下降至0.86,逆变站的电压指令值下降至0.664,可见在电031 2013,37(8)压上升过程中,2个站的电压都没有由电压调节器控制在指令值,导致电压升到500k V左右㊂综上所述,需要对直流控制保护系统的特性和调节器配合策略进行相应分析㊂2.2 调节器配合分析直流控制系统中电压和电流调节器配合控制逻辑如图3所示㊂图3 控制器配合逻辑F i g.3 C o o r d i n a t i o n l o g i c o f c o n t r o l l e r s整流站电流调节器输出触发角指令α_O R D的下限为电压调节器的输出角度指令V C A_α_O R D,而逆变站α_O R D的上限为V C A_α_O R D,由逆变站状态信号I N V E R T E R控制选择器的选择通道㊂电压调节器的上限在正常状态下为最大触发角调节器(AMA X调节器)的输出角度,但在直流电流持续较低即满足I D_L OW条件时,电压调节器的上限变为由电压控制指令U D_R E F通过一系列计算得到的角度值[12-13]㊂依照图2和图3以及原程序中的相关逻辑,对降压再启动后电压偏高的根本原因进行分析㊂全压运行时,分接开关处于额定挡位附近,而降压70%运行时,分接开关应处于1挡㊂故障前,直流系统处于全压运行状态,分接开关挡位高,阀侧空载线电压U d i0高;出现故障进入降压再启动过程时,由于分接开关调节较慢,在数秒之后才会开始台阶式缓慢下调,故在再启动过程中U d i0仍维持全压时的值不变㊂U d1和U d2可表示为:U d1=U d i01c o sα-d r1I d(1)U d2=U d i02c o sγ-d r2I d(2)式中:U d i01和U d i02分别为整流站和逆变站的换流变压器阀侧空载线电压的有效值;d r1和d r2分别为整流站和逆变站的等值换相电抗;α为整流站触发角;γ为逆变站关断角㊂由式(1)和式(2)可知,整流站相同触发角下, U d i0越高,对应的直流电压越高,而逆变站关断角与电压的关系也是如此㊂由图2可见,紧急移相指令消失后,整流站触发角由164°下降至80°,而逆变站触发角由于下限的存在,始终维持在110°不变,关断角将近70°㊂随着电流调节器的不断作用,整流站触发角下降,提升直流电压以建立电流,而逆变站随着电流的上升,换相角增大,关断角不断减小㊂由于U d i0较大,直流电压快速升高,又导致整流站为了升高电流而不断降低触发角,造成直流电压持续上升,在2个站调节器的互相作用下,直流电压上升至500k V左右㊂因此,U d i0值相对过高,无法瞬时改变,这是引起直流电压偏高的根本原因㊂再对整个过程中调节器的相互制约情况进行分析㊂根据实际直流系统的控制逻辑,逆变站在降压再启动过程中,由于满足直流电流低(I D_L OW)条件,电压调节器最大值为U D_R E F计算得出的角度(原程序的计算过程未考虑式(2)中d r2I d这一项,故计算得到的角度限值偏大)㊂电流调节器的输出角度指令α_O R D在实际电流超过电流定值之后才开始由110°往上升,直到等于V C A_α_O R D后才进入电压控制,时间比较长㊂而整流站在降压再启动过程中,电流调节器的触发角在紧急移相指令消失后进入再启动过程,降至80°左右后一直下降以建立电流㊂由于电压定值高于实际电压,电压调节器的期望输出角度为下降趋势,无法为电流调节器触发角的下降提供限制作用,整流侧的直流电压会随着电流调节器输出角度的下降一直处于上升状态,达到接近500k V的水平,这是造成直流电压偏高的直接原因㊂2.3 逻辑优化策略根据以上分析可知,造成电压偏高的根本原因是U d i0相对过高㊂但分接开关调节比较缓慢,在降压再启动这个暂态过程中无法改变,故考虑从调节器的计算环节和控制参数上对整流站和逆变站的逻辑分别进行优化㊂1)整流侧逻辑优化由于整流站触发角过调导致直流电压上升过高,考虑通过限制触发角的方式限制直流电压,而触发角优化限值应根据实际的U d i01,I d,d r1,U d r e f1来实时计算,即αl i m=a r c c o s U d r e f1+d r1I dU d i01(3)式中:αl i m为直流系统恢复过程中整流站触发角的下限值;U d r e f1=350k V;U d i01由网侧电压及分接开关挡位决定的变比计算得出㊂根据式(3)得出整流侧修改逻辑,如图4所示㊂图中:虚线框内为增加的计算环节;U1为整流侧换流变压器网侧线电压的有效值;T C为整流侧分接开关挡位对应的变比;I d i f f为电流调节器输入的电流偏差值;αm i n1和αm i n分别为电流调节器触发角原下限值及最终输出触发角下限值;P为比例系数;T为时间131㊃工程应用㊃ 雷 霄,等 龙政直流闭锁事件分析及降压再启动直流电压偏高抑制常数;D I V 表示除运算;MA X 表示取最大值运算㊂图4 优化后的整流侧电流调节器逻辑图F i g .4 O p t i m i z a t i o n l o gi c o f c u r r e n t c o n t r o l l e r a t r e c t i f i e r O R D _D OWN 为线路故障紧急移相指令,U _R E D U C E 为降压运行指令,两者相 与”得到R E D U C E 指令,并进行一定的延时和展宽处理,使紧急移相过程中不会过早触发新逻辑,且在O R D _D OWN 消失后,本控制功能还能在一段时间内有效㊂经过与逻辑,此新增逻辑只有在线路故障紧急移相后且再启动为降压再启时才生效,触发角的下限为计算得出的αl i m ,否则仍为原程序逻辑得出的αm i n 1和αm i n ㊂2)逆变侧逻辑优化直流电流是靠整流侧和逆变侧直流电压的差值建立的,为了保证直流电流在整流站直流电压较低的情况下也能快速升至定值,需要控制逆变站触发角的上限以限制直流电压上升,并使之尽早进入电压调节器控制㊂逆变侧电流调节器的上限为电压调节器,考虑通过限制电压调节器的上限来限制电流调节器的输出,以限制触发角的大小㊂逆变站超前触发角优化限值βl i m 由式(4)实时计算得出:βl i m =a r c c o s U d r e f 2-d r 2I dUd i 02(4) 逆变侧电压调节器修改后的逻辑如图5所示㊂图5 优化后的逆变侧电压调节器逻辑图F i g .5 O p t i m i z a t i o n l o g i c o f v o l t a ge c o n t r o l l e r a t i n v e r t e r 图中:虚线框内为增加的计算环节;U 2为逆变侧换流变压器网侧线电压的有效值;T C 2为逆变侧分接开关挡位对应的变比;R 为直流线路等效电阻;αm a x 为电压调节器触发角原上限值;U d i f f 为电压调节器输入的电压偏差值㊂计算得出βl i m 为β的下限值,再通过α+β=180°的关系得到逆变侧触发角的上限值αl i m ,在指令R E D U C E (同样进行一定的延时和展宽处理)有效的状态下,作为电压调节器的上限值来限制直流系统恢复过程中的直流电压,并使逆变侧尽早由电压调节器控制㊂3 仿真验证根据前文提出的措施对控制逻辑进行相应修改,然后同样在双极输送功率3000MW 工况下进行极Ⅰ直流线路0.65s 金属性接地故障仿真,仿真结果如图6所示㊂图6 优化逻辑后的极Ⅰ直流线路故障仿真波形F i g.6 S i m u l a t i o nw a v e f o r m s o fD C l i n e f a u l t o n p o l eⅠa f t e r o pt i m i z a t i o n 将图6与图2进行对比,整流侧由于αl i m 的限制,触发角下降至与降压指令值350k V 对应的触发角42°左右之后即被限制住,在整流站和逆变站调节器的配合控制下,抑制了再启动过程中的电压过高问题,直流电压稳定在350k V ㊂为了进一步验证本优化逻辑的正确性,分别在直流系统双极运行和单极运行模式的不同输送功率水平下进行了大量测试工作,仿真波形在本文中不再一一列出㊂仿真结果说明,这些逻辑的优化,不仅解决了降压再启动直流电压过高的问题,而且对其他控制保护功能没有不良影响,验证了本优化逻辑的可行性㊁有效性和安全性㊂但考虑到实际系统可能出现不可预测的故障形式,在实际工程应用前可进行更全面的出厂试验㊂231 2013,37(8)4 结语本文分析了龙政直流输电系统极Ⅰ和极Ⅱ非正常闭锁的不同原因㊂通过实测数据实时计算触发角限值以调整整流站触发角下限和逆变站触发角上限,能够抑制直流电压偏高并使逆变侧更早由电压调节器控制㊂通多种工况下的验证,证明此优化逻辑有效㊁可行,能够大大提高直流系统在直流线路故障时降压再启动的成功率,降低故障扰动对交直流系统的影响,此优化逻辑可应用于实际直流输电系统㊂参考文献[1]赵畹君.高压直流输电工程技术[M ].北京:中国电力出版社,2004.[2]李兴源.高压直流输电运行及控制[M ].北京:科学出版社,1998.[3]K U N D U RP .电力系统稳定与控制[M ].北京:中国电力出版社,2002.[4]汪道勇,沈志刚,黄胜.2003~2006年政平站控制保护系统运行分析[J ].高电压技术,2007,33(12):164-167.WA N GD a o y o n g ,S H E NZ h i g a n g ,HU A N GS h e n g .A n a l ys i s o f o p e r a t i o n o f c o n t r o l a n d p r o t e c t i o n s y s t e m i n Z h e n g p i n gc o n v e r t e rs t a t i o n f r o m 2003t o 2006[J ].H i g h V o l t a ge E n g i n e e r i n g,2007,33(12):164-167.[5]曾南超.高压直流输电在我国电网发展中的作用[J ].高电压技术,2004,30(11):11-12.Z E N G N a n c h a o .R o l e o f HV D C t r a n s m i s s i o ni n t h e p o w e rs y s t e md e v e l o p m e n t i n C h i n a [J ].H i g h V o l t a g eE n g i n e e r i n g ,2004,30(11):11-12.[6]陶瑜,龙英,韩伟.高压直流输电控制保护技术的发展与现状[J ].高电压技术,2004,30(11):8-11.T A O Y u ,L O N G Y i n g ,H A N W e i .S t a t u s a n dd e v e l o pm e n t o f HV D Cc o n t r o l a n d p r o t e c t i o n [J ].H i g h V o l t a g eE n g i n e e r i n g ,2004,30(11):8-11.[7]田杰.高压直流控制保护系统的设计与实现[J ].电力自动化设备,2005,25(9):10-14.T I A N J i e .D e s i gn a n d r e a l i z a t i o n o f H V D C c o n t r o l a n d p r o t e c t i o ns y s t e m [J ].E l e c t r i cP o w e rA u t o m a t i o nE q u i pm e n t ,2005,25(9):10-14.[8]杨光亮,邰能灵,郑晓冬,等.高压直流输电控制保护多重化分析[J ].电力系统自动化,2010,34(15):85-90.Y A N G G u a n g l i a n g ,T A IN e n g l i n g ,Z H E N G X i a o d o n g ,e ta l .M o d u l a r r e d u n d a n c y a n a l ys i so f H V D Cc o n t r o la n d p r o t e c t i o n [J ].A u t o m a t i o n o f E l e c t r i c P o w e r S ys t e m s ,2010,34(15):85-90.[9]潘丽珠,韩明晓,文俊,等.基于E M T D C 的H V D C 极控制的建模与仿真[J ].高电压技术,2006,32(9):22-28.P A N L i z h u ,H A N M i n g x i a o ,W E NJ u n ,e ta l .M o d e l i n g an d s i m u l a t i o no fH V D C c o n t r o l s y s t e mb a s e d o nE MT D C [J ].H i gh V o l t a g eE n g i n e e r i n g,2006,32(9):22-28.[10]庄侃沁,武寒,黄志龙,等.龙政直流双极闭锁事故华东电网频率特性分析[J ].电力系统自动化,2006,30(22):101-104.[11]李建胜,宋志国,汪道勇.政平换流站的无功功率控制[J ].高电压技术,2006,32(9):25-28.L IJ i a n s h e n g ,S O N G Z h i g u o ,WA N G D a o y o n g.R e a c t i v e p o w e r c o n t r o l i nZ h e n g p i n g c o n v e r t e r s t a t i o n [J ].H i g hV o l t a ge E n g i n e e r i n g,2006,32(9):25-28.[12]朱韬析,王超.天广直流输电系统的基本控制策略[J ].电网技术,2007,31(21):22-26.Z HU T a o x i ,WA N G C h a o .B a s i c c o n t r o l s t r a t e g y fo rH V D C t r a n s m i s s i o ns y s t e m f r o m T i a n s h e n g q i a ot o G u a n gz h o u [J ].P o w e r S y s t e m T e c h n o l o g y,2007,31(21):22-26.[13]毛晓明,吴小辰.南方交直流并联电网运行问题分析[J ].电网技术,2004,28(2):6-9.MA O X i a o m i n g ,WU X i a o c h e n .A n a l y s i s o n o pe r a t i o n a l p r o b l e m s i n s o u t hC h i n aA C -D Ch yb r i d p o w e r g r i d [J ].P o w e r S y s t e m T ec h n o l o g y,2004,28(2):6-9.雷 霄(1985 ),男,通信作者,硕士,工程师,主要研究方向:直流输电工程控制保护系统分析与仿真㊂E -m a i l:l e i x i a o @e p r i .s gc c .c o m.c n ㊂王明新(1954 ),男,教授级高级工程师,主要研究方向:直流输电技术㊂王华伟(1971 ),男,硕士,高级工程师,主要研究方向:直流输电系统仿真和电磁暂态分析㊂编辑 ()蔡静雯B i p o l a rB l o c kA n a l y s i s a n d I n h i b i t i o no fH i g h e rV o l t a g e a tR e s t a r t i n g i nR e d u c e dV o l t a geM o d e f o r L o n g q u a n -Z h e n g p i n g D CT r a n s m i s s i o nS ys t e m L E IX i a o 敩WA N G M i n g x i n 敩WA N G H u a w e i 敩Y A N GP e n g 敩L IX i n n i a n 敤C h i n aE l e c t r i cP o w e rR e s e a r c h I n s t i t u t e 敩B e i j i n g 100192敩C h i n a 敥A b s t r a c t 敽T h r o u g h t h e a n a l y s i so fb i p o l a rb l o c ko fL o n g q u a n -Z h e n g p i n g d i r e c t c u r r e n t 敤D C 敥t r a n s m i s s i o ns y s t e ma t J u l y 30敩2011敩t h eb l o c k r e s u l t i n g f r o mt h e r e s t a r t f a i l u r eo f p o l e Ⅰi nr e d u c e dv o l t a g em o d ea f t e r f a u l t s i ss t u d i e d 敭A c c o r d i n g tot h e l o g i c o f t h e a c t u a l c o n t r o l p r o t e c t i o n s y s t e m敩t h e r o o t c a u s e o f t h i s p r o b l e mi s t h a t t h e i d e a l n o -l o a dD Cv o l t a g e c a nn o t c h a n g e r a p i d l y 敭A m o d i f i c a t i o nm e t h o db a s e do nt h e r e a l -t i m e c a l c u l a t i n g o f t h e f i r i n g a n g l e l i m i t a t t h e r e c t i f i e r a n d i n v e r t e r s t a t i o n w i t hm e a s u r e dd a t a i s p r o p o s e dt oo p t i m i z et h eo u t p u to fv o l t a g ea n dc u r r e n tr e g u l a t o r 敩a n dt os o l v et h e m a t t e ro fh i gh e r v o l t a g e a t r e s t a r t i n g i n r e d u c e dv o l t a g em o d e 敭S e r i e s t e s t s o f t h i sn e w m e t h o dh a v eb e e n m a d eb a s e do n t h e s i m u l a t i o n m o d e l w h i c h i s t h e s a m e a s t h e a c t u a lD Cs y s t e ma n d p r o v e i t s f e a s i b i l i t y an de f f e c t i v e n e s s 敭T h i sw o r k i s s u p p o r t e db y S t a t eG r i dC o r p o r a t i o no fC h i n a 敩M a j o rP r o j e c t so nP l a n n i n g a n dO p e r a t i o nC o n t r o l o fL a r ge S c a l eG r i d 敤N o 敭S G C C -M P L G 001-2012敥敭K e y wo r d s 敽d i r e c t c u r r e n t 敤D C 敥t r a n s m i s s i o n 敾b i p o l a r b l o c k 敾r e d u c e dv o l t a g e r e s t a r t 敾c o n t r o l a n d p r o t e c t i o n s y s t e m331 ㊃工程应用㊃ 雷 霄,等 龙政直流闭锁事件分析及降压再启动直流电压偏高抑制。
政平换流站无功功率补偿及控制分析
电容 器 的容 量 比例 ， 根 据 受端 系 统 短路 容 量 要
１ 换流站的无功功率补偿
在 高压 直流 输 电系 统 中 ， 无论 换 流 装置 以 整流 器 方式 或逆 变 器方 式运 行 时 ， 都将 从 交 流 网侧 取用 无 功 功率 。换 流装置 所需 无功 功率 国网运行有限公司上海超高压管理 处 ， 上海 ２ ０ ０ ） ００２
摘要： 直流输电 系统在运行过程 中要消耗大量的无功功率 ， 无功功率的补偿是直流输 电系统 中非常重要 的组成部 分。文 中 对三峡一 州± ０ Ｖ超高压直流输 电工程政平换流站无功功率控制软件的功 能和控制原理进行 了介 绍和 分析 ，希望参考 常 ５０ｋ 政平换流站的运行 经验 ， 能够使无功功率控 制更广泛的使 用到 交流输 电系统 中。
维普资讯
第２ ４卷 第 １期 ２ｗ （ｌ ７年 １月
Ａ ＨＵ Ｌ Ｃ ＲＣＰ ＷＥ Ｎ Ｉ Ｅ Ｔ Ｉ Ｏ Ｒ Ｅ
发 瓠电＝ ｂ
３１
政平换流站无 功功率补偿及控制 分析
Ｒｅ ｃ ｉ ｅｐ ｗｅ ｏ ｐ ｎｓ ｔｏ ｎｄ ｃ ｎｔ ｏ ｎ ｌ ｓｓｉ ａ ｔｖ ｏ ｒｃ ｍ ｅ ａ ｉ ｎ ａ ｏ ｒ ｌ ａ ｙ ｉ ｎ Ｚｈｅ ｉ ｎｖ ｒ ｉ ｎ ｓ ａ ｉ ｎ ａ ｎｐ ｎｇ Ｃｏ ｅ ｓｏ ｔ ｔｏ
（ 关断角 及换相角 有关。 在正常情况下 ， 整流装置
所 需 的 无 功功 率 约 为 直 流输 送 功率 的 ３ ％～ ０ ， ０ ５ ％ 逆
变装置 约为 ４ ％～ ０ 。所 以 ， ０ ６％ 在直 流输 电系统 中 ， 无
（ ） ５ ｆ ａ－ ， ２ 当 ＞Ｑ Ｐ＞３时 电容 器 只能 占总 补 ｌ 偿容量的 ４ ％～ ０ 其余应安装同步调相机； ０ ７ ％， （ ） Ｑ／ａ ３ 当 ｓ ＜３时 ， 偿 容量 的 ７ ％～ ０ Ｐ 补 ０ ８ ％
龙政直流系统换相失败分析
龙政直流系统换相失败分析卢 力,刘 虎,姜建国(湖北省超高压输变电公司,湖北宜昌 443000) [摘 要] 通过龙泉、政平换流站的两次换相失败的故障实例,分析换相失败各参数的变化及其过程,揭示换相失败发生的故障原因。
[关键词] 换相;换相失败;故障录波 [中图分类号]T M726 [文献标识码]A [文章编号]100623986(2010)0520015202Ana lysis of DC System C o mm u t a tio n Fa ilur e i n Con ver ter S ta t i o nLU L i,L IU Hu,J IANG J ian2guo(Hubei EHV Trans m ission&Substa ti on Co mpa ny,Yichang H ubei443000,China)[A bstra ct]By t wo fault exa mp les of comm utation failur e of Longquan and Zhengp ing conve rter stati ons,this paper analyzes the change sof para m eters and pr ocess in comm utati on failure,and reveals the cause of the co m2 muta tion failure.[Key wor ds]comm utati on;c ommutation failur e;fault recor de r1 换相失败的原因分析 由于整流阀在电流关断后的较长时间内处于反向电压,所以整流侧发生的换相失败大多只有整流器不触发、交流电压畸变的原因引起。
换相失败的原因有:逆变器的换相电压下降;逆变侧交流系统不对称故障;直流线路电流Id增大;触发越前角β过小、整定的关断角y过小或者由于触发脉冲异常(不触发或误触发)导致阀不能按正常次序进行换相。