三峽—常州±500kV直流輸電工程控制保護(hù)系統(tǒng)改造

李 林 王永平 黃志嶺 盧亞軍

三峽—常州±500kV直流輸電工程控制保護(hù)系統(tǒng)改造

李 林1王永平1黃志嶺1盧亞軍2

（1. 南京南瑞繼保電氣有限公司，南京 211102； 2. 國(guó)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司，北京 102209）

針對(duì)三峽—常州±500kV直流輸電工程控制保護(hù)主機(jī)掏屏改造、原位替換的局部改造需求，開(kāi)發(fā)新一代控制保護(hù)平臺(tái)，具有體積小、性能強(qiáng)大、接口豐富等優(yōu)點(diǎn)。為了兼容與已有外部設(shè)備的接口，開(kāi)展主機(jī)外部接口設(shè)計(jì)，減少了中間轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)節(jié)，提升了接口的性能；針對(duì)雙套控制主機(jī)均故障時(shí)的功率轉(zhuǎn)帶、線(xiàn)路故障降壓重啟時(shí)的過(guò)電壓、逆變側(cè)請(qǐng)求功率回降時(shí)不能準(zhǔn)確執(zhí)行等問(wèn)題，優(yōu)化了控制保護(hù)策略，提升了可靠性，同時(shí)大大縮短了程序執(zhí)行周期，降低了換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)。廠(chǎng)內(nèi)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況表明，上述設(shè)計(jì)方案行之有效，該方案的成功實(shí)施可為后續(xù)其他工程的改造提供參考。

高壓直流輸電；控制保護(hù)；改造方案；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；主機(jī)替換

0 引言

三峽—常州±500kV直流工程（簡(jiǎn)稱(chēng)龍政直流）額定功率3 000MW，輸電距離860km，是三峽電力外送的第一條重要通道[1]，自投運(yùn)以來(lái)已累計(jì)向華東地區(qū)送電2 064億kW?h，在優(yōu)化東中部能源電力結(jié)構(gòu)和保障電力供應(yīng)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展等方面，發(fā)揮了重要作用，綜合效益顯著[2]。

三峽—常州直流工程原有控制保護(hù)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)控保系統(tǒng)）由ABB公司于2000年設(shè)計(jì)制造，2003年6月投運(yùn)，運(yùn)行時(shí)間已超18年。目前主機(jī)處理器板及并行擴(kuò)展（peripheral component interconnect, PCI）板卡部分芯片已停產(chǎn)，存在備品采購(gòu)困難、主機(jī)板卡故障率升高、功能擴(kuò)展困難等問(wèn)題，影響龍政直流安全穩(wěn)定運(yùn)行。

改造方案有整體和局部?jī)煞N方案，受工期、資金等條件的限制，確定了主機(jī)替換、分階段的改造方案，改造范圍包括：直流控制保護(hù)、交流站控、交流濾波器控制保護(hù)、站用電控制、輔助系統(tǒng)控制等主機(jī)及監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)部分測(cè)量設(shè)備進(jìn)行改造。

以往直流工程控保系統(tǒng)的改造均為整體改造，比如天生橋—廣州直流控保系統(tǒng)改造、菲律賓Ormoc- Naga直流控保系統(tǒng)改造[3-5]。采用掏屏改造、主機(jī)原位替換的方案改造直流控保系統(tǒng)尚屬首次。主機(jī)原位替換后如何接入原有外部接口設(shè)備、如何確保控保功能的正確性，是需要解決的難題。

針對(duì)上述問(wèn)題，首先分析原有控保系統(tǒng)的構(gòu)成、原理、存在的問(wèn)題等，進(jìn)行控制保護(hù)平臺(tái)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)主機(jī)小型化和高性能；其次開(kāi)展主機(jī)外部接口設(shè)計(jì)，兼容與已有外部設(shè)備的接口；然后在控保主機(jī)功能方面，針對(duì)雙套控制主機(jī)均故障時(shí)的功率轉(zhuǎn)帶、線(xiàn)路故障降壓重啟時(shí)的過(guò)電壓、逆變側(cè)請(qǐng)求功率回降時(shí)不能準(zhǔn)確執(zhí)行等問(wèn)題，開(kāi)展分析研究，提出控制保護(hù)策略，以大大縮短觸發(fā)控制程序執(zhí)行周期，降低換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)；最后通過(guò)廠(chǎng)內(nèi)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行證明所設(shè)計(jì)方案的有效性。

1 新一代控制保護(hù)平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.1 原有控制保護(hù)平臺(tái)

原有直流控制保護(hù)系統(tǒng)采用Mach2平臺(tái)，是20世紀(jì)90年代開(kāi)發(fā)的，其控制保護(hù)的硬件系統(tǒng)以工控機(jī)作為主計(jì)算機(jī)[6]。通過(guò)PCI總線(xiàn)擴(kuò)展卡與外部分布式輸入輸出（input output, IO）設(shè)備通信；通過(guò)控制器域網(wǎng)（controller area network, CAN）總線(xiàn)獲取開(kāi)關(guān)量信號(hào)；通過(guò)時(shí)分多路復(fù)用（time division multiplexing, TDM）總線(xiàn)獲取模擬量信號(hào)。

1.2 原有平臺(tái)存在的主要問(wèn)題

1）采用工控機(jī)作為控制保護(hù)主機(jī)，可靠性低，運(yùn)行維護(hù)不方便，PCI總線(xiàn)已成為提升控保主機(jī)功能和性能的制約因素[7-9]。

2）信號(hào)采集、傳輸中間環(huán)節(jié)多，可靠性低。

3）兩套極保護(hù)采用一套值班另一套備用的運(yùn)行方式，且沒(méi)有采用“啟動(dòng)+動(dòng)作”的動(dòng)作邏輯，可靠性低，運(yùn)行過(guò)程中多次出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)問(wèn)題[10-12]。

4）極控和極保護(hù)功能在硬件實(shí)現(xiàn)上沒(méi)有完全分開(kāi)，極控主機(jī)中包含部分保護(hù)功能，不符合保護(hù)規(guī)范要求[13-14]。

1.3 新一代控制保護(hù)平臺(tái)

嵌入式芯片和通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，為直流控制保護(hù)系統(tǒng)向更快、更強(qiáng)、更小型化的方向發(fā)展提供了技術(shù)支撐[15-16]。新一代直流控制保護(hù)平臺(tái)使用當(dāng)今市場(chǎng)最先進(jìn)的嵌入式多核處理器進(jìn)行計(jì)算處理，采用大規(guī)模邏輯編程器件現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（field programmable gate array, FPGA）實(shí)現(xiàn)硬件接口擴(kuò)展和通信處理。

控保主機(jī)核心單元示意圖如圖1所示，直流控保主機(jī)的核心單元由一片多核異構(gòu)處理器（system on chip, SOC）和FPGA組成，單個(gè)中央處理器（central processing unit, CPU）包含4個(gè)ARM處理器和8個(gè)浮點(diǎn)處理器（digital signal processing, DSP），ARM處理器負(fù)責(zé)裝置管理和人機(jī)通信，DSP處理器負(fù)責(zé)控制保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)任務(wù)，F(xiàn)PGA負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)通信、閥控接口等外設(shè)接口擴(kuò)展，CPU與FPGA之間通過(guò)高速總線(xiàn)通信。

圖1 控保主機(jī)核心單元示意圖

DSP核直接運(yùn)行控制保護(hù)程序，無(wú)操作系統(tǒng)。ARM核運(yùn)行嵌入式Linux實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在Linux內(nèi)核的精準(zhǔn)調(diào)度指揮下，可完成實(shí)時(shí)事件記錄、故障錄波、電力系統(tǒng)IEC 61850規(guī)約通信功能。

12核異構(gòu)處理器為高性能并行分布式計(jì)算奠定基礎(chǔ)，單SOC處理器即可完成控制保護(hù)主機(jī)的全部功能，實(shí)現(xiàn)超高性能、超高密度的實(shí)時(shí)計(jì)算，計(jì)算耗時(shí)顯著降低，控制周期進(jìn)一步縮短。

在外部接口方面，支持以太網(wǎng)、IEC 60044—8通信、CAN通信、高速鏈路（high-level data link control, HDLC）通信，具備良好兼容性。最多支持50個(gè)光口，含8個(gè)千兆高速口。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，新一代直流控制保護(hù)平臺(tái)充分利用基于結(jié)構(gòu)、熱、電磁多物理場(chǎng)仿真技術(shù)，對(duì)主機(jī)內(nèi)部器件進(jìn)行建模和仿真，合理布置光纖接口，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)小型化。采用無(wú)風(fēng)扇導(dǎo)冷方式實(shí)現(xiàn)最優(yōu)散熱設(shè)計(jì)，控制主機(jī)內(nèi)部熱量分布、溫升在合理范圍內(nèi)，提高了主機(jī)壽命和長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性。

新一代主機(jī)為嵌入式控制保護(hù)裝置，采用2U（1U=44.4mm）高度、19in（1in=25.4mm，19in= 482.6mm）標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，相比原有的4U工控機(jī)，體積縮小一半，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)安裝空間的要求。

基于新一代控制保護(hù)平臺(tái)開(kāi)發(fā)了極控主機(jī)、極保護(hù)主機(jī)、交流站控主機(jī)、交流濾波器控制主機(jī)、站用電控制主機(jī)、輔助系統(tǒng)控制主機(jī)等，交流站控主機(jī)、交流濾波器控制主機(jī)、站用電控制主機(jī)、輔助系統(tǒng)控制主機(jī)主要實(shí)現(xiàn)測(cè)控功能[17-18]，控制邏輯較為簡(jiǎn)單。受篇幅限制，本文重點(diǎn)介紹極控主機(jī)、極保護(hù)主機(jī)的接口與功能設(shè)計(jì)。

2 主機(jī)外部接口設(shè)計(jì)與改進(jìn)

2.1 與閥控裝置的接口設(shè)計(jì)

極控主機(jī)與閥控裝置閥基電子設(shè)備（valve base electronics, VBE）系統(tǒng)之間交互的信號(hào)包括12路觸發(fā)/回報(bào)（control pulse/firing pulse, CP/FP）信號(hào)、值班信號(hào)[19-20]。

改造前后極控主機(jī)與閥控裝置之間的連接如圖2所示，改造前，極控主機(jī)與VBE系統(tǒng)之間連接的中間環(huán)節(jié)多，主機(jī)通過(guò)百芯線(xiàn)連接至轉(zhuǎn)接板卡，轉(zhuǎn)接板卡接至光電轉(zhuǎn)換板卡，再接至VBE。改造后，極控主機(jī)直接與VBE通過(guò)光纖連接，減少了中間環(huán)節(jié)，提升了可靠性。

圖2 改造前后極控主機(jī)與閥控裝置之間的連接

2.2 與直流場(chǎng)開(kāi)關(guān)量采集設(shè)備的接口設(shè)計(jì)

直流場(chǎng)接口設(shè)備包括三套非電量信號(hào)接口、換流變信號(hào)接口、平抗信號(hào)接口、極區(qū)直流側(cè)開(kāi)關(guān)接口、雙極區(qū)直流側(cè)開(kāi)關(guān)接口。

改造前后極控主機(jī)與直流場(chǎng)開(kāi)關(guān)量采集設(shè)備之間的連接如圖3所示，改造前，轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多，先在接口屏柜將CAN轉(zhuǎn)換為HDLC，在極控屏柜將HDLC轉(zhuǎn)換為CAN后，再連接至轉(zhuǎn)接板，通過(guò)百芯線(xiàn)連接到主機(jī)；改造后，在接口屏柜將CAN轉(zhuǎn)換為HDLC，之后HDLC直接連接到主機(jī)，減少了中間環(huán)節(jié)。

圖3 改造前后極控主機(jī)與直流場(chǎng)開(kāi)關(guān)量采集設(shè)備之間的連接

2.3 與直流場(chǎng)模擬量采集設(shè)備的接口設(shè)計(jì)

本工程常規(guī)電磁式CT、PT不改造，原采用PS860板卡對(duì)模擬量進(jìn)行采樣并轉(zhuǎn)換成TDM協(xié)議，而新的控制主機(jī)使用IEC 60044—8協(xié)議，將PS860板卡原位替換為RS8601板卡，實(shí)現(xiàn)模擬量采樣并轉(zhuǎn)換成IEC 60044—8協(xié)議送出。

改造前，信號(hào)傳輸中間環(huán)節(jié)多，在極控屏柜先將光纖TDM轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)十芯線(xiàn)連接至轉(zhuǎn)接板，之后經(jīng)百芯線(xiàn)連接至主機(jī)；改造后，IEC 60044—8總線(xiàn)直接連至主機(jī)，無(wú)中間環(huán)節(jié)。

2.4 極間站間通信設(shè)計(jì)

通過(guò)極間、站間通信分別實(shí)現(xiàn)兩極、兩站的協(xié)調(diào)控制。改造前，極間、站間通信均采用HDLC協(xié)議實(shí)現(xiàn)，極控主機(jī)將值班信號(hào)以硬接點(diǎn)信號(hào)送至極間通信切換裝置，通信速率慢，可靠性低。

改造后，極間通信采用百兆光纖以太網(wǎng)通信，采用新開(kāi)發(fā)的通信切換裝置，值班信號(hào)以軟報(bào)文形式送至切換裝置，切換速率快、抗干擾性強(qiáng)；站間通信方面，主機(jī)至通信切換裝置之間采用百兆光纖以太網(wǎng)通信，值班信號(hào)以軟報(bào)文形式送至切換 裝置。

3 控保主機(jī)功能設(shè)計(jì)與改進(jìn)

3.1 完全雙重化設(shè)計(jì)

改造前，極控和極保護(hù)一體化設(shè)計(jì)，極控和極保護(hù)主機(jī)均采用一套值班另一套備用的運(yùn)行方式，且保護(hù)功能沒(méi)有采用“啟動(dòng)+動(dòng)作”的防誤邏輯，某套保護(hù)裝置動(dòng)作，首先切系統(tǒng)然后再出口，比如A套保護(hù)動(dòng)作后（假設(shè)當(dāng)前A系統(tǒng)值班），保護(hù)切換到B系統(tǒng)，若B系統(tǒng)仍檢測(cè)到故障，保護(hù)出口，由此避免因?yàn)锳系統(tǒng)單一元件故障導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。由于切換邏輯對(duì)保護(hù)冗余考慮不夠充分，曾多次出現(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)問(wèn)題。

改造后極控和極保護(hù)各自獨(dú)立，兩套極控主機(jī)采用一套值班另一套備用的運(yùn)行方式，兩套極保護(hù)主機(jī)均為值班，每套保護(hù)均采用“啟動(dòng)+動(dòng)作”防誤邏輯，并各自單獨(dú)出口，實(shí)現(xiàn)完全雙重化。

3.2 增加雙套極控主機(jī)均故障時(shí)的功率轉(zhuǎn)帶功能

極控主機(jī)冗余設(shè)計(jì)，正常運(yùn)行時(shí)，一套值班，另一套備用。如一套主機(jī)在檢修時(shí)，值班主機(jī)發(fā)生死機(jī)或掉電等故障，極保護(hù)主機(jī)檢測(cè)到該極控主機(jī)故障后跳進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)。本極主機(jī)故障后，本極的閉鎖等信號(hào)無(wú)法送至對(duì)極，對(duì)極無(wú)法進(jìn)行功率轉(zhuǎn)帶。改造前的控制保護(hù)系統(tǒng)沒(méi)有考慮該故障情況，改造后增加了針對(duì)該故障情況的功率轉(zhuǎn)帶功能，從而提升功率輸送的可靠性。

健全極收不到故障極兩套極控主機(jī)的心跳信號(hào)，同時(shí)檢測(cè)到故障極直流電壓小于100kV，直流電流小于150A，則判斷為故障極發(fā)生雙套極控主機(jī)死機(jī)，健全極啟動(dòng)功率轉(zhuǎn)帶。

3.3 增強(qiáng)交流系統(tǒng)故障時(shí)抵御換相失敗的能力

改造前的最小程序執(zhí)行周期為75ms，換流閥觸發(fā)控制、換相失敗預(yù)測(cè)控制、最小換相裕度觸發(fā)控制等程序均在最小周期執(zhí)行；改造后的最小程序執(zhí)行周期為20ms，在逆變側(cè)交流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，更小的執(zhí)行周期有利于更快檢測(cè)到故障，提前觸發(fā)，進(jìn)而增強(qiáng)系統(tǒng)抵御換相失敗的能力，降低換相失敗發(fā)生的概率。

3.4 優(yōu)化降壓再啟動(dòng)策略

直流線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)，一般先進(jìn)行原壓重啟，若不成功，再進(jìn)行降壓重啟。通過(guò)廠(chǎng)內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，直流線(xiàn)路故障降壓再啟動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)直流電壓過(guò)高的情況，主要原因是此時(shí)的檔位未處于最低檔，并且整流側(cè)定電流控制器起作用導(dǎo)致觸發(fā)角指令下降過(guò)快。為解決此問(wèn)題，提出優(yōu)化策略如下：

1）檢測(cè)到降壓重啟時(shí)，取消整流側(cè)直流電壓參考值的補(bǔ)償量，待直流電壓穩(wěn)定后再恢復(fù)補(bǔ)償量。

2）由于在直流電流為0時(shí)，直流電壓滿(mǎn)足

式中：d為直流電壓；di0為理想空載電壓；為觸發(fā)延遲角。

所以在直流降壓重啟過(guò)程中，直流電流未建立時(shí)，將直流電壓參考值和di0計(jì)算值代入式（1），計(jì)算出，作為整流側(cè)指令下限，從而避免整流側(cè)由于定電流控制器的作用不斷減小而導(dǎo)致直流電壓過(guò)高的問(wèn)題。

3.5 優(yōu)化逆變側(cè)絕對(duì)最小濾波器不滿(mǎn)足功率回降策略

逆變側(cè)絕對(duì)最小濾波器不滿(mǎn)足啟動(dòng)功率回降時(shí)，首先將逆變側(cè)絕對(duì)最小濾波器所能支撐的功率折算為整流側(cè)的功率值，再送至整流側(cè)執(zhí)行，從而確保整流側(cè)執(zhí)行功率回降后，直流功率經(jīng)過(guò)直流線(xiàn)路，最終送到逆變側(cè)的功率與預(yù)期值一致。

之前采用的功率損耗是當(dāng)前功率的損耗，可能會(huì)出現(xiàn)整流側(cè)已經(jīng)降至目標(biāo)功率而逆變側(cè)仍不滿(mǎn)足絕對(duì)最小濾波器需求的情況，因此需要重新計(jì)算功率損耗。

回降后逆變側(cè)的功率滿(mǎn)足

式中：2為回降后逆變側(cè)的功率；R為整流側(cè)電壓；2為直流電流；為線(xiàn)路電阻。

進(jìn)而計(jì)算出回降后的直流電流為

線(xiàn)路損耗為

整流側(cè)所能支撐的最大功率為

以下舉例說(shuō)明，當(dāng)前直流雙極全壓額定功率3 000MW（對(duì)應(yīng)直流電壓500kV，直流電流3 000A）運(yùn)行，直流線(xiàn)路電阻9.71W，逆變側(cè)交流濾波器母線(xiàn)保護(hù)動(dòng)作跳閘，導(dǎo)致濾波器不滿(mǎn)足，最大可支撐的直流功率為1 600MW。按原有做法，采用當(dāng)前電流計(jì)算出線(xiàn)路損耗，根據(jù)式（4）和式（5），折算至整流側(cè)的最大支撐功率為(1 600+3.0×3.0×9.71×2)MW= 1 774.78MW，若整流側(cè)功率回降至1 774.87MW，對(duì)應(yīng)的逆變側(cè)功率為1 713.69MW，遠(yuǎn)大于1 600MW，超出逆變側(cè)最大可支撐功率。采用優(yōu)化后的計(jì)算方法，首先根據(jù)式（3）計(jì)算出回降后的電流為1 650A，折算至整流側(cè)的最大支撐功率為(1 600+1.65×1.65×9.71×2)MW=1 652.87MW，整流側(cè)按此功率回降，回降后逆變側(cè)的功率滿(mǎn)足最大可支撐功率。

3.6 其他控制功能的改進(jìn)

1）優(yōu)化安穩(wěn)調(diào)制量分配策略

改造前，原有的安穩(wěn)調(diào)制量分配策略較為簡(jiǎn)單，僅將調(diào)制量平分到兩極，改造后考慮兩極控制模式、運(yùn)行電壓等因素，分配策略更為合理，具體如下。

當(dāng)一極為雙極功率控制、一極為非雙極功率控制時(shí)，優(yōu)先提升/回降雙極功率控制極功率；兩極控制模式一致，或一極單極電流控制、一極單極功率控制時(shí)，優(yōu)先按照電壓測(cè)量值分配功率調(diào)制量。若某極無(wú)法承擔(dān)全部功率提升/回降量時(shí)，則剩余提升/回降量由另一極承擔(dān)。

2）優(yōu)化絕對(duì)最小濾波器不滿(mǎn)足直流功率回降量分配策略

絕對(duì)最小濾波器不滿(mǎn)足導(dǎo)致直流功率回降時(shí)，按回降前的功率比例分配兩極回降功率量，使回降后的接地極運(yùn)行電流最小。計(jì)算公式為

式中：1_RB2_RB分別為極1、極2的功率回降量；1_POW2_POW分別為極1、極2的回降前功率；RB為總的回降量。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 模擬兩套極控主機(jī)同時(shí)故障

在實(shí)時(shí)數(shù)字仿真（real time digital simulation, RTDS）系統(tǒng)中啟雙極至最小功率，模擬整流側(cè)極1雙套極控主機(jī)均故障，仿真波形如圖4所示，極1控制主機(jī)故障后，由極1保護(hù)主機(jī)跳開(kāi)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)，極1的電壓電流降至0，約100ms后，極2檢測(cè)到極1故障，轉(zhuǎn)帶了極1的功率。

4.2 模擬逆變側(cè)交流系統(tǒng)故障

在RTDS系統(tǒng)中啟極，模擬逆變側(cè)交流系統(tǒng)故障，仿真波形如圖5所示。交流系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致交流電壓畸變，進(jìn)而導(dǎo)致逆變側(cè)交流電壓跌落和逆變側(cè)直流電壓降低、直流電流上升，從而導(dǎo)致?lián)Q相過(guò)程增加，此外，交流電壓畸變導(dǎo)致?lián)Q相電壓過(guò)零點(diǎn)提前，最終導(dǎo)致?lián)Q流閥的關(guān)斷角小于最小值，沒(méi)有恢復(fù)阻斷能力，仍在導(dǎo)通，最終造成換相失敗。改造后換相失敗預(yù)測(cè)控制功能及時(shí)動(dòng)作，增加關(guān)斷角參考值，減小逆變側(cè)觸發(fā)角指令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提前觸發(fā)，避免換相失敗。

圖5 改造前后逆變側(cè)交流系統(tǒng)故障的仿真波形

4.3 模擬直流線(xiàn)路故障

在RTDS系統(tǒng)中啟極，模擬極1直流線(xiàn)路故障，故障時(shí)間700ms，保護(hù)系統(tǒng)檢測(cè)線(xiàn)路故障后，進(jìn)線(xiàn)兩次全壓重啟和一次降壓重啟。極1線(xiàn)路故障后降壓重啟仿真波形如圖6所示，通過(guò)波形可以看出，降壓重啟后，沒(méi)有過(guò)電壓出現(xiàn)，相比改造前的控制效果有明顯改善。

圖6 極1線(xiàn)路故障后降壓重啟仿真波形

5 結(jié)論

本文針對(duì)在運(yùn)直流工程控保主機(jī)掏屏改造的需求，分析了原有控保系統(tǒng)的組成、原理及存在的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了小型化、高性能的控制保護(hù)平臺(tái)，開(kāi)展了控制保護(hù)主機(jī)接口設(shè)計(jì)，改進(jìn)了控制保護(hù)功能，首次實(shí)現(xiàn)了主機(jī)原位替換、兼容外部設(shè)備接口的改造方案，提升了工程改造的效率，縮短了改造工期，具有推廣意義。改造后的控制保護(hù)系統(tǒng)在功能、性能、可靠性等方面均得到顯著提升，三峽—常州直流改造工程自再投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定。

在國(guó)內(nèi)采用同樣控保平臺(tái)的直流工程還有葛南直流、三峽—上海、三峽—惠州、呼倫貝爾—遼寧、德陽(yáng)—寶雞、黑河背靠背、靈寶背靠背等直流工程，隨著運(yùn)行年限的增加，這些直流工程的控保系統(tǒng)陸續(xù)進(jìn)入改造階段，三峽—常州直流控保改造工程的成功實(shí)施可為今后類(lèi)似改造提供參考。

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Refurbishment of control and protection system for Three Gorges-Changzhou HVDC project

LI Lin1WANG Yongping1HUANG Zhiling1LU Yajun2

(1. NR Electric Co., Ltd, Nanjing 210002;2. State Grid Economic and Technological Research Institute Co., Ltd, Beijing 102209)

A new generation of control and protection platform has been developed to meet the refurbishment needs of the Three Gorges Changzhou ±500kV HVDC project, such as screen removal transformation and in-situ replacement of the control and protection host. It has the advantages of small size, strong performance and rich interfaces. In order to be compatible with the interface with existing external devices, the host external interface is designed to reduce the intermediate forwarding link and improve the performance of the interface. Aiming at the problems such as power generation when both sets of control hosts fail, overvoltage when line fails to step down and restart, and failure to execute accurately when the inverter side requests power back down, the control and protection strategy is optimized to improve reliability, greatly shorten the program execution cycle, and reduce the risk of commutation failure. The joint commissioning test in the plant and the field operation show that the above design scheme is effective, and the successful implementation of this scheme can provide a reference for the subsequent transformation of other projects.

high voltage direct current (HVDC); control and protection; refurbishing scheme; system design; host replacement

國(guó)家電網(wǎng)公司總部科技項(xiàng)目（SGSXDK00SPJS2100509）

2022-08-10

2022-08-22

李 林（1980—），男，安徽太和人，高級(jí)工程師，主要從事特高壓直流輸電控制保護(hù)技術(shù)研發(fā)工作。