特高壓直流輸電控制與保護(hù)技術(shù)分析

高峰

摘要 和高壓直流相比，特高壓直流的特點(diǎn)在于運(yùn)行方式靈活且多樣，在大功率及長距離輸電中表現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢，現(xiàn)已在世界各地得到了廣泛的應(yīng)用。直流輸電控制和保護(hù)技術(shù)是整個(gè)特高壓系統(tǒng)的大腦，在系統(tǒng)的運(yùn)行中有著十分重要的地位，直接決定了直流工程的運(yùn)行狀態(tài)和安全性。近年來，在科技和經(jīng)濟(jì)等多種因素的作用下，直流輸電的控制保護(hù)技術(shù)不斷改進(jìn)和發(fā)展，尤其是在保護(hù)手段和設(shè)備性能上。為此，本文結(jié)合當(dāng)前實(shí)際，分析了特高壓直流輸電的控制保護(hù)技術(shù)，探討了其應(yīng)用效果和價(jià)值，希望能夠?yàn)槲覈娏ο到y(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展提供一些理論上的參考。

關(guān)鍵詞 特高壓；直流輸電；控制保護(hù)技術(shù)；應(yīng)用分析

中圖分類號TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號2095—6363（2017）03—0061—02

如今，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及用電需求量的增加，給直流輸電技術(shù)提出了更高的要求，在這種情況下，直流輸電控制保護(hù)技術(shù)也隨之發(fā)展，表現(xiàn)為控制保護(hù)策略不斷改進(jìn)、換流元件不斷進(jìn)步、設(shè)備及裝置性能提高等。這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展也為特高壓直流輸電系統(tǒng)的進(jìn)步提供了基礎(chǔ)條件。為此，本文結(jié)合上述情況，分析了特高壓直流輸電控制和保護(hù)技術(shù)的基本控制保護(hù)技術(shù)，希望能夠?yàn)樵擁?xiàng)技術(shù)的應(yīng)用提供一些參考和建議，具體內(nèi)容如下。

1直流輸電的基本控制保護(hù)技術(shù)分析

直流輸電主要通過接入三相電壓換流元件，并按照順序完成交流電流，這個(gè)過程成為整流端。觸發(fā)角指的是將換流元件和其相連的交流電壓的過零點(diǎn)看做起點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算和預(yù)測所得的數(shù)據(jù)結(jié)果，當(dāng)交流系統(tǒng)的參數(shù)為固定值時(shí)，觸發(fā)角就成為了控制直流電壓值的主要內(nèi)容，它會導(dǎo)致整個(gè)直流回路電流值的變化，影響電力輸送的過程。由此可以分析出，換流元件的觸發(fā)角是控制直流輸電的最終變量。另外，直流控制技術(shù)中最為重要的是Vd/Id曲線，這兩條曲線描述了直流通電觸發(fā)角和不同直流電壓、電流的影響，是直接決定輸電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)。

當(dāng)前，直流輸電的基本控制技術(shù)可以概括為以下幾點(diǎn)。首先，確定觸發(fā)角，根據(jù)上文提到的，觸發(fā)角是直流電流的控制技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)，在取直流電流、電壓和取逆變側(cè)換流器的電流關(guān)閉和斷開時(shí)刻，不同的控制策略形成了以電流調(diào)節(jié)器、逆變側(cè)熄弧角調(diào)節(jié)器、電壓調(diào)節(jié)器為主的經(jīng)典控制三角。其次，確定觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖如何發(fā)生，需要考慮到交流電壓是否同步，以及是按照間距觸發(fā)還是按相觸發(fā)為主要方法。確定觸發(fā)角主要是控制各個(gè)數(shù)據(jù)的精度，若精度準(zhǔn)確，能夠有效計(jì)算觸發(fā)角輪回的計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)。在早期，直流輸電主要通過硬件鎖相倍頻發(fā)生器來完成這一過程，而現(xiàn)在，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號處理器利用軟件方式就可以完成這一步驟，且觸發(fā)角的進(jìn)度得到了有效提高。采用按相儲控制觸發(fā)角是一種傳統(tǒng)的模式，很容易造成交流電壓不穩(wěn)定，三相電壓不對稱的情況，導(dǎo)致?lián)Q流器的觸發(fā)脈沖不等距，影響整個(gè)直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而從20世紀(jì)60年代起，就已經(jīng)以等間距控制為主要的觸發(fā)角控制方式。

2特高壓直流輸電控制及保護(hù)技術(shù)分析

2.1直流控制技術(shù)

1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)來看，直流控制系統(tǒng)的特點(diǎn)在于任何情況下都能夠從極中修改換流閥，同時(shí)在運(yùn)行過程中，可以直接維護(hù)其中某個(gè)換流閥，當(dāng)換流閥出現(xiàn)故障時(shí)，可以在將其隔離開來，保護(hù)其他系統(tǒng)的正常運(yùn)行。且極層電流的控制設(shè)備可以對每個(gè)換流閥進(jìn)行獨(dú)立設(shè)置，實(shí)現(xiàn)雙極協(xié)調(diào)控制。特高壓直流控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了極層、雙極層和換流器層的分離，避免了某處發(fā)生故障后對其他結(jié)構(gòu)所造成的影響。特高壓針對換流層而提出了極層電流控制、換流層啟動控制和串聯(lián)順序控制等特殊的功能。

2）LAN網(wǎng)安全性。在高壓直流輸電工程中，主要是利用雙重化的LAN網(wǎng)將系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)相連接，而特高壓直流輸電系統(tǒng)中，則是通過串流換流閥進(jìn)行了雙重化的LAN設(shè)置，這種方式能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分區(qū)管理和控制，并通過防火墻和其他保護(hù)設(shè)置來保護(hù)直流輸電系統(tǒng)的安全性，避免了外界的入侵，可有效提高系統(tǒng)的防御能力。另外，分區(qū)域的LAN管理還能夠減少總線的復(fù)雜性，使系統(tǒng)更加安全可靠。

3）主機(jī)穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的MACH2板卡較少發(fā)生故障，但是為了確保運(yùn)行的流暢性，特高壓直流輸電系統(tǒng)中的DCC800還是去掉了有一定概率發(fā)生故障的板卡。從主機(jī)結(jié)構(gòu)來看，特高壓直流的控制系統(tǒng)采用了冗余主機(jī)，不同層和系統(tǒng)之間通過光纖進(jìn)行連接，這樣能夠避免軟件的切換，可通過FPGA編程有效控制系統(tǒng)的快速切換。

4）控制算法。特高壓直流輸電控制算法主要包括功率補(bǔ)償、閥組控制、換流單元的在線投退策略、融冰運(yùn)行模式等部分，這是其與普通高壓直流輸電控制系統(tǒng)的最大區(qū)別，也是進(jìn)行裝置和系統(tǒng)修改的主要區(qū)域。

2.2直流保護(hù)技術(shù)

1）對換流變壓器的保護(hù)。在雙極運(yùn)行不平衡、不對稱或者中性線連接出現(xiàn)故障時(shí)，會產(chǎn)生較大的變壓直流電流，為了進(jìn)一步顯示出換流變壓器的飽和情況，避免直流電流進(jìn)入換流變壓器而導(dǎo)致直流飽和，特高壓直流系統(tǒng)提出了利用安裝直流電流互感器的方式來加強(qiáng)對換流變壓器的保護(hù)，這是因?yàn)?，變化變壓器中性線中有1個(gè)中性點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)能代表著直流電流的周期性峰值，是反應(yīng)換流變壓器直流偏磁情況的一個(gè)關(guān)鍵部分?？偟膩碚f，對于換流變壓器的保護(hù)主要是監(jiān)測變壓器中性線的直流電流和，確定各項(xiàng)參數(shù)在設(shè)置的定值之下，若出現(xiàn)參數(shù)異常的情況，系統(tǒng)會通過自行報(bào)警、切斷電路和跳閘的方式進(jìn)行有效閉鎖。

2）不平衡運(yùn)行保護(hù)。在運(yùn)行中，如果不同站點(diǎn)的換流器數(shù)量不一致，會導(dǎo)致系統(tǒng)不平衡的情況，而直流保護(hù)技術(shù)會通過檢測閥組數(shù)目，來確定是否進(jìn)行保護(hù)動作。一旦檢測出異常，會通過強(qiáng)制停運(yùn)來對保護(hù)換流單元的運(yùn)行。

3）旁通對過載保護(hù)。這一保護(hù)裝置的目的在于避免旁通對過載過程中出現(xiàn)的可控硅過載，其原理為通過檢測投入過程中旁通晶閘管的溫度，確定晶閘管的承受能力，進(jìn)而保護(hù)其他相應(yīng)的閥組，通過動作鎖閉、充足旁通斷路器將該系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦綦x狀態(tài)，以此來避免異常電流和電壓的不良影響。

4）閥連接母線區(qū)保護(hù)。特高壓直流系統(tǒng)和高壓直流系統(tǒng)的不同在于，增加了閥連接母線區(qū)的保護(hù)，這項(xiàng)保護(hù)裝置是用來檢測每級脈沖換流器的接地故障問題，若脈沖換流器大于整定值，系統(tǒng)就會自動延時(shí)跳閘。

3結(jié)論

本文分析了特高壓直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)的具體技術(shù)，分析了其在系統(tǒng)保護(hù)中發(fā)揮的作用，并對比了和常規(guī)高壓直流控制保護(hù)技術(shù)的不同?？偟膩碚f，特高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)有著串聯(lián)閥組的功能，可提高閥組之間的協(xié)調(diào)控制例，使直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行更加流暢和靈活?？梢灶A(yù)見，隨著技術(shù)的發(fā)展，特高壓直流輸電的控制和保護(hù)技術(shù)一定會發(fā)揮出更大的作用。