朱云峰，陳 越，黃 維

（中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司廣州局，廣東 廣州 510405）

0 引 言

柔性直流輸電技術(shù)相比于傳統(tǒng)直流輸電技術(shù)，主要優(yōu)勢在于沒有無功補(bǔ)償問題、沒有換相失敗問題、可以為無源系統(tǒng)供電、可同時獨(dú)立調(diào)節(jié)有功功率和無功功率、諧波水平低、適合構(gòu)成多端直流系統(tǒng)以及占地面積小。

柔性直流輸電技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括遠(yuǎn)距離大容量輸電、異步聯(lián)網(wǎng)、海上風(fēng)電場接入電網(wǎng)、分布式電源接入電網(wǎng)、向海上或偏遠(yuǎn)地區(qū)供電、構(gòu)筑城市直流配電網(wǎng)以及提高電能質(zhì)量向重要負(fù)荷供電[1]。

昆柳龍直流工程采用±800 kV特高壓三端混合直流系統(tǒng)，輸送容量8×106kW，送端為云南昆明昆北換流站，受端為柳州柳北換流站和廣東惠州龍門換流站，直流線路全長1 452 km，途經(jīng)云南、貴州、廣西以及廣東4個地區(qū)。它將世界第七大水電站——烏東德水電站的水電送抵粵港澳大灣區(qū)電力負(fù)荷中心，輸送容量占烏東德水電站的80%。

昆柳龍直流工程采用LCC作為功率集中輸送端、多個MMC作為多落點(diǎn)受端構(gòu)建混合多端直流輸電系統(tǒng)，輸電容量大，運(yùn)行方式復(fù)雜，可靠性要求高。直流輸電的控制保護(hù)系統(tǒng)是直流輸電的“大腦”，是直流輸電系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的保障。它負(fù)責(zé)控制交、直流功率轉(zhuǎn)換與直流功率輸送的全部過程，并保護(hù)換流站所有電氣設(shè)備以及直流輸電線路免受電氣故障的損害，是系統(tǒng)正常、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。

1 龍門換流站直流控制保護(hù)系統(tǒng)的組成

龍門換流站直流控制保護(hù)系統(tǒng)從功能上可分為閥組控制層、極控制層、雙極控制層和多端協(xié)調(diào)控制層。直流控制保護(hù)系統(tǒng)均采用完全雙重化設(shè)計(jì)，包括I/O單元、控制主機(jī)及現(xiàn)場控制LAN網(wǎng)等?？刂票Ｗo(hù)系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)可確保直流系統(tǒng)不會因?yàn)槿我豢刂葡到y(tǒng)的單重故障（N-1）而發(fā)生停運(yùn)，也不會因?yàn)閱沃毓收隙Q流站的監(jiān)視。另外，雙極控制功能可以集成在極層控制設(shè)備中，也可在直流站控設(shè)備中實(shí)現(xiàn)。龍門換流站控制保護(hù)系統(tǒng)采用南瑞繼保自主研發(fā)的新一代PCS-9550系列直流控制保護(hù)系統(tǒng)，總體上分為以下幾個子系統(tǒng)。

1.1 直流站控系統(tǒng)

龍門換流站直流站控系統(tǒng)的主要功能是完成數(shù)據(jù)采集與處理、模式選擇、直流場順控與聯(lián)鎖、第三站在線投退以及線路重啟協(xié)調(diào)控制等，其中多端協(xié)調(diào)控制功能由站控裝置實(shí)現(xiàn)，在3個站均配置，協(xié)調(diào)各端的有功/電流。

1.2 極控制系統(tǒng)

龍門換流站極控制系統(tǒng)主要控制交直流功率轉(zhuǎn)換與直流功率輸送的全過程，主要功能包含直流電壓、電流、頻率的測量及直流功率的計(jì)算，以及極順序控制、極功率/極電流控制、雙閥組分接開關(guān)同步、站間通信、在極控中實(shí)現(xiàn)的線路再啟動邏輯、直流零電流檢測、空載加壓試驗(yàn)保護(hù)以及不平衡運(yùn)行保護(hù)等保護(hù)性監(jiān)控功能。

1.3 閥組控制系統(tǒng)

龍門換流站閥組控制系統(tǒng)的主要功能包含完成換流器控制系統(tǒng)的內(nèi)外環(huán)控制、順序控制、分接頭控制以及保護(hù)性監(jiān)視功能，完成與SCADA-LAN、站層控制LAN（STN-LAN）的接口，完成與運(yùn)行人員工作站、遠(yuǎn)動工作站的通信，完成冗余系統(tǒng)間及高、低端換流器間通信，完成與極控系統(tǒng)、換流器保護(hù)系統(tǒng)、主時鐘系統(tǒng)以及現(xiàn)場總線的接口。

1.4 直流系統(tǒng)保護(hù)

直流系統(tǒng)保護(hù)主要包括交流連接母線保護(hù)區(qū)、換流器保護(hù)區(qū)、直流極保護(hù)區(qū)和直流雙極保護(hù)區(qū)。對柔性直流保護(hù)而言，烏東德工程中一次主回路與以往工程存在較大差異：龍門站閥區(qū)出口配置HSS高速并聯(lián)開關(guān)，橋臂電抗器布置于直流側(cè)，橋臂電流測點(diǎn)位置布置于閥與橋臂電抗器之間，新增了柔直變壓器網(wǎng)測電壓測點(diǎn)和啟動電阻支路電流測點(diǎn)[2]。雙閥組結(jié)構(gòu)的柔性直流VSC站保護(hù)分區(qū)示意圖如圖1所示，龍門站測點(diǎn)布置示意圖如圖2所示。

圖1 雙閥組結(jié)構(gòu)的柔性直流VSC站保護(hù)分區(qū)示意圖

2 龍門換流站直流控制保護(hù)系統(tǒng)的硬件配置

2.1 保護(hù)主機(jī)裝置

保護(hù)主機(jī)裝置主要是完成保護(hù)系統(tǒng)的各項(xiàng)保護(hù)運(yùn)算邏輯，將保護(hù)動作信息傳送到極控系統(tǒng)和三取二裝置，完成與運(yùn)行人員工作站和遠(yuǎn)動工作站的通信，完成與極控系統(tǒng)、后臺錄波、主時鐘和現(xiàn)場I/O的連接。

2.2 I/O采集單元

I/O采集單元主要是完成對現(xiàn)場直流開關(guān)和刀閘位置狀態(tài)的采集監(jiān)視，并通過CAN總線將狀態(tài)信息傳送到保護(hù)主機(jī)裝置。

2.3 三取二裝置

三取二裝置主要接收各套保護(hù)裝置和非電量跳閘的分類動作信息，進(jìn)行三取二邏輯判斷，出口實(shí)現(xiàn)跳雙閥組換流變開關(guān)和部分保護(hù)分合直流開關(guān)動作的功能。三套保護(hù)與三取二邏輯構(gòu)成一個整體，三套保護(hù)主機(jī)中有兩套相同類型保護(hù)動作被判定為正確的動作行為，才允許出口閉鎖或跳閘，以保證可靠性和安全性[3]。

3 龍門換流站與其他直流在控制保護(hù)系統(tǒng)上的對比

3.1 硬件平臺

天廣直流、高肇直流和興安直流工程采用西門子的SIMADYN D系統(tǒng)，楚穗直流和糯扎渡直流工程采用SIMATIC TDC系統(tǒng)，而龍門換流站控制保護(hù)硬件系統(tǒng)采用南瑞生產(chǎn)的PCS-9550系統(tǒng)，硬件處理能力更強(qiáng)，可為后期應(yīng)用功能擴(kuò)展留有較大裕度。

3.2 多端協(xié)調(diào)控制功能

烏東德直流輸電的控制除了實(shí)現(xiàn)各自運(yùn)行方式的基本控制模式外，新增了多端協(xié)調(diào)控制功能。該功能由站控裝置實(shí)現(xiàn)，在3個站點(diǎn)均配置。在任意時刻只有一個作為主站，其余兩個為從站。多端功率/電流指令協(xié)調(diào)示意圖，如圖3所示。協(xié)調(diào)控制功能主要包括：當(dāng)受端其中一端由于故障而退出時，調(diào)整剩余端的有功功率/電流指令，維持系統(tǒng)的有功平衡和直流電壓穩(wěn)定；穩(wěn)態(tài)下對各端的有功功率/電流進(jìn)行分配，保證各端的功率都在設(shè)計(jì)容量內(nèi)[4,5]。

圖3 多端功率/電流指令協(xié)調(diào)示意圖

3.3 分接頭控制模式

常規(guī)直流分接開關(guān)用來維持點(diǎn)火角或閥側(cè)電壓在合適范圍內(nèi)，還用于對應(yīng)閥側(cè)的交流空載電壓的恒定。龍門站分接開關(guān)用于補(bǔ)償逆變側(cè)交流系統(tǒng)的電壓變化，從而維持換流器調(diào)制比或閥側(cè)電壓在合適范圍內(nèi)，還用于在換流器預(yù)充電時減小充電電流。

3.4 閥組控制層

換流器層的控制功能由閥組控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，是整個換流器層和連接極層的控制系統(tǒng)。柔性直流換流器的控制由外環(huán)控制和內(nèi)環(huán)控制組成，與常規(guī)直流存在明顯差異。其中，外環(huán)控制產(chǎn)生參考電流指令，內(nèi)環(huán)控制根據(jù)矢量控制原理經(jīng)一系列處理后產(chǎn)生換流器的三相參考電壓，生成調(diào)制波發(fā)送閥控系統(tǒng)用于柔直閥工作。

4 結(jié) 論

本文以烏東德電站送電廣東廣西輸電工程為背景，描述了烏東德直流龍門換流站的直流控制保護(hù)系統(tǒng)的配置原則、主要功能和關(guān)鍵控制保護(hù)技術(shù)，并與其他南方電網(wǎng)超高壓所轄換流站進(jìn)行對比，主要結(jié)論如下。

（1）基本控制策略。通過電壓、電流裕度控制器，能可靠實(shí)現(xiàn)啟動、停運(yùn)、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、第三端在線投退、閥組在線投退及多運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)化。

（2）測量系統(tǒng)。對于并聯(lián)型多端直流輸電系統(tǒng)測量點(diǎn)布置來說，在每站每極高低閥組之間增加了一個直流電流測量點(diǎn)，在匯流母線區(qū)的換流站直流線路增加了直流電壓和電流測量點(diǎn)。

（3）控制保護(hù)系統(tǒng)配置。特高壓多端直流輸電系統(tǒng)的控制保護(hù)系統(tǒng)，配置原則與以往特高壓直流輸電工程類似，主要區(qū)別在于需增加多端協(xié)調(diào)控制層。三端協(xié)調(diào)控制層可以獨(dú)立配置物理設(shè)備，也可在直流站控設(shè)備或者極控設(shè)備中實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。