1、高压直流输电控制技术2010.12高压直流输电控制技术直流输电原理直流输电原理直流输电控制需求直流输电控制需求直流输电控制系统结构介绍直流输电控制系统结构介绍直流输电控制硬件介绍直流输电控制硬件介绍直流输电控制软件功能介绍直流输电控制软件功能介绍直流启停，功率爬升的控制器的工作直流启停，功率爬升的控制器的工作直流输电原理换流器件换流器件采用晶闸管元件（半控器件）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晶闸管关断条件：电流过零零电压或负电压直流输电工作原理功率正送直流输电工作原理功率正送整流侧整流侧逆变侧逆
2、变侧注意：只有很小的电压差注意：只有很小的电压差ddodrIdVVcosddodiIdVVcos直流输电原理直流输电工作原理功率反送直流输电工作原理功率反送整流侧整流侧逆变侧逆变侧注意：电流方向不改变注意：电流方向不改变直流输电原理直流输电和交流输电技术的显著不同在于输电过直流输电和交流输电技术的显著不同在于输电过程对控制保护系统的依赖性。程对控制保护系统的依赖性。直流输电是建立在阀导通和截止控制上的一种电直流输电是建立在阀导通和截止控制上的一种电能传输方式。直流输电的控制系统运行从不间断，能传输方式。直流输电的控制系统运行从不间断，这与交流系统二次部分只在运行状态改变或故障这与交流系统二次部
3、分只在运行状态改变或故障时起作用是不同的。时起作用是不同的。高压控制保护系统是直流输电系统的高压控制保护系统是直流输电系统的“大脑大脑”，直接决定直流输电系统的性能。直接决定直流输电系统的性能。直流输电控制要求直流输电要求控制系统完成以下基本的控制功能：直流输电要求控制系统完成以下基本的控制功能：直流输电系统的起停控制；直流输电系统的起停控制；直流输送功率的大小和方向的控制；直流输送功率的大小和方向的控制；抑制换流器不正常运行及对所联交流系统的干扰；抑制换流器不正常运行及对所联交流系统的干扰；对换流站、直流线路的各种运行参数，如电压及对换流站、直流线路的各种运行参数，如电压及电流等以及控制系统
4、本身的信息进行监视；电流等以及控制系统本身的信息进行监视；全换流站设备所有设备的监控功能。全换流站设备所有设备的监控功能。直流输电控制要求控制位置要求：控制位置要求：远方调度中心、集控中心远方调度中心、集控中心换流站主控室换流站主控室控制系统就地控制系统就地设备就地设备就地控制位置层次关系：控制位置层次关系：分层结构上越低的位置，其控制优先级越高分层结构上越低的位置，其控制优先级越高直流输电控制要求PCS-9500换流站控制保护系统组成换流站控制保护系统组成与远方控制中心（如国调、网省调）的接口子系与远方控制中心（如国调、网省调）的接口子系统统运行人员控制系统运行人员控制系统交直流站控系统交直
5、流站控系统直流极控制系统直流极控制系统直流系统保护直流系统保护直流输电控制系统结构交直流站控系统，负责执行交交直流站控系统，负责执行交/直流设备的投切、直流设备的投切、起停、运行方式转换、状态监视、测量等功能，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、分布式现场总线和主要包括：站控系统的主机、分布式现场总线和分布式分布式I/O等设备。等设备。主要设备：主要设备：交流开关场监控交流开关场监控 ACC交流滤波器场监控交流滤波器场监控 AFC站用电监控站用电监控 SPC辅助系统监控辅助系统监控 ASC直流开关场监控直流开关场监控 DFT（极区域）；（极区域）；BFT（双极（
6、双极区域）区域）换流变监控换流变监控 TMI TSI水冷系统监控水冷系统监控 VCT直流输电控制系统结构站控系统站控系统整个换流站范围内的数据采集及信息处理、上整个换流站范围内的数据采集及信息处理、上送运行人员控制系统；送运行人员控制系统；全站范围内的开关、刀闸和地刀的操作控制；全站范围内的开关、刀闸和地刀的操作控制；顺序控制；顺序控制；联锁；联锁；同期；同期；站控系统内部及辅助系统的事件生成和上传至站控系统内部及辅助系统的事件生成和上传至运行人员控制系统；运行人员控制系统；在线谐波监视；在线谐波监视；对辅助系统的监控（包括站用电系统的控制对辅助系统的监控（包括站用电系统的控制/监监视，以及对
7、其它辅助系统的监视功能）等。视，以及对其它辅助系统的监视功能）等。直流输电控制系统结构直流输电控制系统结构PCS-9500直流控制保护系统控制程序分布直流控制保护系统控制程序分布控制主机：程序负责全部直流控制逻辑控制主机：程序负责全部直流控制逻辑PCP、ACC、AFC、SPC、ASI保护主机：程序负责全部直流保护逻辑保护主机：程序负责全部直流保护逻辑PPR测控测控I/O板卡：程序负责简单信号处理板卡：程序负责简单信号处理开关、刀闸控制接口板卡开关、刀闸控制接口板卡模拟量测量板卡模拟量测量板卡开关量采集板卡开关量采集板卡开关量输出板卡开关量输出板卡直流控制功能软件人机控制界面人机控制界面顺控流程
8、顺控流程人机界面交流场单线图交流场单线图人机界面直流场单线图直流场单线图人机界面极控系统控制主机与极控系统控制主机与I/OI/O连接原理连接原理直流控制硬件I/OI/O单元单元本地本地 I/OI/O分布式分布式 I/OI/O分布式控制子系统分布式控制子系统,如换流变本体控制、水冷如换流变本体控制、水冷控制等控制等直流控制硬件模拟量测量模拟量测量I/OI/O单元单元直流控制硬件开关量开关量I/OI/O单元单元直流控制硬件顺序控制主要内容顺序控制主要内容极顺序控制：极顺序主要处理极一层的顺序操作，极顺序控制：极顺序主要处理极一层的顺序操作，主要包括模式转换，两站间的起停协调等主要包括模式转换，两站
9、间的起停协调等极连接极连接/隔离隔离极起动极起动/停运停运功率功率/电流模式控制电流模式控制正常正常/反向功率方向反向功率方向正常正常/降低直流电压降低直流电压连接连接/隔离直流滤波器隔离直流滤波器空载加压试验空载加压试验极隔离并接地极隔离并接地/极不接地极不接地直流控制软件阀厅钥匙联锁阀厅钥匙联锁阀厅接地刀闸顺序控制阀厅接地刀闸顺序控制准备充电顺序准备充电顺序充电充电/断电断电准备运行顺序准备运行顺序闭锁顺序：处理极闭锁时的顺序操作以及保护性闭锁顺序：处理极闭锁时的顺序操作以及保护性的闭锁。的闭锁。双极顺序：处理双极相关的顺序操作双极顺序：处理双极相关的顺序操作 控制极逻辑控制极逻辑主主/从
10、协调从协调大地大地/金属回线转换金属回线转换直流控制软件极启动极启动/停运控制停运控制启动顺序：启动顺序：闭合阀厅门，把阀厅门钥匙放入锁定位置；闭合阀厅门，把阀厅门钥匙放入锁定位置；打开阀厅地刀；打开阀厅地刀；将极连接到直流线路和极中性线，连接绝对最将极连接到直流线路和极中性线，连接绝对最小直流滤波器；小直流滤波器；确认确认RFE（准备充电）的条件都得到满足；（准备充电）的条件都得到满足；给换流变和极充电；给换流变和极充电；直流控制软件启动顺序（续）：启动顺序（续）：确认确认RFO（准备运行）的条件都得到满足；（准备运行）的条件都得到满足；起动极，根据联合或者独立控制模式的不同，起动极，根据联
11、合或者独立控制模式的不同，起动过程会有所区别；起动过程会有所区别；如果本站解锁（独立控制下）或者两站都解锁如果本站解锁（独立控制下）或者两站都解锁（联合控制下），进入（联合控制下），进入“运行中运行中”状态；状态；如果处于如果处于OLT模式，此时换流器处于模式，此时换流器处于OLT解锁解锁状态。状态。直流控制软件极停：极停：正常停运（正常停运（NOSOF）直流系统退出到直流系统退出到RFO状态：首先移相至状态：首先移相至164度，约度，约60ms后闭锁后闭锁整流侧；逆变侧在接收到整流侧的闭锁指示信整流侧；逆变侧在接收到整流侧的闭锁指示信号后，发号后，发ALPHA_90命令。约命令。约200ms
12、后投旁通后投旁通对，闭锁逆变侧对，闭锁逆变侧。任一侧闭锁时都向对侧发出。任一侧闭锁时都向对侧发出闭锁的指令。闭锁的指令。紧急停运（紧急停运（ESOF）直流系统退出到冷备直流系统退出到冷备用状态：停运时整流侧同时发出三个指令，跳用状态：停运时整流侧同时发出三个指令，跳换流变交流开关，闭锁对站和闭锁本侧；换流变交流开关，闭锁对站和闭锁本侧；直流控制软件紧急停运：紧急停运：整流侧发生整流侧发生ESOF时，两站的保护闭锁时序为：时，两站的保护闭锁时序为：整流侧立即移相，整流侧立即移相，20ms后如果电流低直接闭后如果电流低直接闭锁，否则投旁通对。锁，否则投旁通对。逆变侧在接收到整流侧的闭锁指示信号后，
13、发逆变侧在接收到整流侧的闭锁指示信号后，发ALPHA_90命令，约命令，约200ms后投旁通对。后投旁通对。逆变侧发生逆变侧发生ESOF时，两站的保护闭锁时序为：时，两站的保护闭锁时序为：整流侧收到逆变站发来的闭锁信号后，立即移整流侧收到逆变站发来的闭锁信号后，立即移相，相，60ms后触发本站后触发本站Y_BLOCK，20ms后如后如果电流低直接闭锁，否则投旁通对。果电流低直接闭锁，否则投旁通对。逆变侧立即移相，投旁通对，向对站发闭锁命逆变侧立即移相，投旁通对，向对站发闭锁命令，等待对站闭锁后本站再闭锁。令，等待对站闭锁后本站再闭锁。直流控制软件极控系统包含控制功能模块极控系统包含控制功能模块
14、极功率控制极功率控制/电流控制电流控制 PPCPPC过负荷限制过负荷限制 OLLOLL直流功率调制直流功率调制 MODSMODS换流器触发控制换流器触发控制 CFCCFC控制脉冲发生单元控制脉冲发生单元 CPG CPG 无功功率控制无功功率控制 RPCRPC开关顺序控制开关顺序控制 SSQSSQ直流控制功能模式顺序控制模式顺序控制 MSQMSQ准备顺序控制准备顺序控制 RSQRSQ电压角度参考值计算电压角度参考值计算 VARCVARC换流变压器分接头控制换流变压器分接头控制 TCCTCC线路开路试验控制线路开路试验控制 OLTOLT站间通讯站间通讯 TCOM TCOM 直流控制功能电流电流/功
15、率模式控制：功率模式控制：功率功率/电流模式控制系统的主要目的是在交流和直电流模式控制系统的主要目的是在交流和直流扰动下仍保持本极直流输送功率或直流电流恒流扰动下仍保持本极直流输送功率或直流电流恒定。定。功率控制以运行人员或自动功率曲线整定的功功率控制以运行人员或自动功率曲线整定的功率参考值为目标率参考值为目标电流控制以运行人员整定的电流参考值为目标电流控制以运行人员整定的电流参考值为目标在运行人员命令电流在运行人员命令电流/功率控制转换时，控制系统功率控制转换时，控制系统自动调整控制逻辑。自动调整控制逻辑。换流站运行在以下基本控制模式：换流站运行在以下基本控制模式：双极功率控制模式双极功率控
16、制模式单极功率控制模式单极功率控制模式单极电流控制模式单极电流控制模式直流控制功能极功率极功率/电流控制功能概况图电流控制功能概况图 ：+CURRENT MARGIN REGULATORIO Synch.PO/IO=Pole power order=Current orderPOIOUD CALCTeleComIO to other station+UpdateAffectInhibitSteppingLogicFunction MM IPOWER MODULATIONSIO BSC InverterIOUdIdRECTIFIERUD_FILTIOCURRENT CONTROLIO from
17、other stationTCOM OK(joint)Power/CurrentOrdersType 5Type 1Type 2Type 3Type 4Frequency ControlFast StopDamping Control PFrequency StabilizationIo Limitation1CFC+-1sTIIO MaxOVERLOAD LIMITOVERLOAD LIMITERMINMAXMINLow ambientShort time ovl.Thyristor temp.Pole Individual Power Control直流控制功能功率功率/电流控制电流控制P
18、PC基本控制策略基本控制策略正常工况下，整流侧通过快速调节正常工况下，整流侧通过快速调节alpha角来角来保持直流电流恒定；逆变侧为保持直流电流恒定；逆变侧为gamma角控制。角控制。与快速控制相配合的换流变抽头的慢速控制策与快速控制相配合的换流变抽头的慢速控制策略为，正常工况下，整流侧抽头控制略为，正常工况下，整流侧抽头控制alpha角为角为152.5，逆变侧抽头控制，逆变侧抽头控制Udi0为为1(1.25%)pu。当逆变侧控制电流时，逆变侧的抽头用于维持当逆变侧控制电流时，逆变侧的抽头用于维持熄弧角熄弧角gamma为为17 2.5 参考值。参考值。控制系统中应有过电压限幅环节对过高的直流控
19、制系统中应有过电压限幅环节对过高的直流电压进行限幅，避免直流设备承受过应力而损电压进行限幅，避免直流设备承受过应力而损坏。坏。直流控制功能双极功率控制双极功率控制 ：双极功率控制是双极功率控制是HVDC双极运行时的基本控制双极运行时的基本控制模式，任一极都可以设置为双极功率控制模式。模式，任一极都可以设置为双极功率控制模式。如果两个极都处于双极功率控制模式下，双极如果两个极都处于双极功率控制模式下，双极功率控制功能为每个极分配相同的电流参考值，功率控制功能为每个极分配相同的电流参考值，以使接地极电流最小。以使接地极电流最小。如果两个极的运行电压相等，则每个极的传输如果两个极的运行电压相等，则每
20、个极的传输功率是相等的。功率是相等的。如果一极处于降压运行状态而另外一极是全压如果一极处于降压运行状态而另外一极是全压运行，则两个极的传输功率比和两个极的电压运行，则两个极的传输功率比和两个极的电压比一致。比一致。直流控制功能双极功率控制：双极功率控制：双极功率控制有手动模式和自动模式两种双极功率控制有手动模式和自动模式两种手动模式，由运行人员输入双极功率参考值手动模式，由运行人员输入双极功率参考值自动模式，按指定的自动功率曲线运行自动模式，按指定的自动功率曲线运行直流控制功能低压限流低压限流(VDCL)(VDCL)：低压限流低压限流(V Voltage oltage D Dependent
21、ependent C Current urrent L Limit)imit)环节的任务是在直流电压降低时对直流电流指环节的任务是在直流电压降低时对直流电流指令进行限制，它的主要作用在于：令进行限制，它的主要作用在于：交流网扰动后，提高交流系统电压稳定性交流网扰动后，提高交流系统电压稳定性 帮助直流系统在交直流故障后快速可控的恢帮助直流系统在交直流故障后快速可控的恢复复 避免连续的换相失败引起的阀应力。避免连续的换相失败引起的阀应力。直流控制功能低压限流静态特性低压限流静态特性 ：直流控制功能低压限流的功能概况图低压限流的功能概况图 ：RECT TUPINV TUPTDOWN直流控制功能无功控
22、制无功控制 ：无功功率控制是整个直流极控系统中一个必不无功功率控制是整个直流极控系统中一个必不可少的重要功能，目的是控制与换流站相连的可少的重要功能，目的是控制与换流站相连的交流系统性能（无功、谐波），其包括以下功交流系统性能（无功、谐波），其包括以下功能：能：根据换流站与交流系统的无功交换量决定投根据换流站与交流系统的无功交换量决定投/切滤波器组。切滤波器组。根据滤波器组的状态，对可投根据滤波器组的状态，对可投/切的滤波器切的滤波器组进行优先级排序，决定投组进行优先级排序，决定投/切哪一类型的切哪一类型的滤波器组，以及该类型中的哪一组滤波器。滤波器组，以及该类型中的哪一组滤波器。直流控制功能
23、无功控制模式无功控制模式无功控制投入无功控制投入手动无功控制模式手动无功控制模式自动无功控制模式自动无功控制模式无功控制退出无功控制退出直流控制功能无功控制滤波器投切优先级（从高到低）无功控制滤波器投切优先级（从高到低）绝对最小滤波器：为了防止滤波设备过负荷所需绝对最小滤波器：为了防止滤波设备过负荷所需要投入的最小滤波器组数。在任何情况下必须满要投入的最小滤波器组数。在任何情况下必须满足。足。最高最高/最低电压限制：监视交流母线的稳态电压，最低电压限制：监视交流母线的稳态电压，避免稳态过电压引起的保护动作。避免稳态过电压引起的保护动作。最大无功交换限制：根据当前运行状况，限制投最大无功交换限制
24、：根据当前运行状况，限制投入滤波器组的数量，限制稳态过电压。入滤波器组的数量，限制稳态过电压。最小滤波器容量要求：为满足滤除谐波的需要需最小滤波器容量要求：为满足滤除谐波的需要需投入的最小滤波器组。投入的最小滤波器组。无功交换控制无功交换控制/电压控制：控制换流站与交流系统电压控制：控制换流站与交流系统交换的无功量为设定参考值交换的无功量为设定参考值/控制换流站交流母线控制换流站交流母线电压为设定参考值电压为设定参考值直流控制功能无功控制辅助功能（可选择是否投入）无功控制辅助功能（可选择是否投入）QPC功能：通过增大点火角功能：通过增大点火角/熄弧角来增大换流站熄弧角来增大换流站对无功的消耗，
25、避免换流站与交流系统的无功交对无功的消耗，避免换流站与交流系统的无功交换量超越限值。换量超越限值。Gamma kick功能：通过在投功能：通过在投/切滤波器组的瞬时切滤波器组的瞬时增大增大/减小减小alpha/gamma角，使得电压瞬时变化率角，使得电压瞬时变化率减小。减小。直流控制功能 正常正常/反向功率方向控制反向功率方向控制主站运行人员可以起动功率输送方向的转换。在主站运行人员可以起动功率输送方向的转换。在联合和独立控制下都可以改变功率方向。联合和独立控制下都可以改变功率方向。联合控制方式下，顺序操作过程如下：联合控制方式下，顺序操作过程如下：主站发出新的功率方向的请求主站发出新的功率方
26、向的请求主站运行人员输入新的功率定值和升降速率主站运行人员输入新的功率定值和升降速率顺序控制程序自动降低功率顺序控制程序自动降低功率/电流到零。电电流到零。电流降低到零后，确保两站的安全闭锁，等待流降低到零后，确保两站的安全闭锁，等待一定的放电时间，然后改变功率方向，再解一定的放电时间，然后改变功率方向，再解锁两站，提升功率锁两站，提升功率/电流到指定值。电流到指定值。直流控制功能独立控制下，功率反向命令只会影响本站。因此，独立控制下，功率反向命令只会影响本站。因此，两站都必须发出功率反向命令，且必须由运行人员两站都必须发出功率反向命令，且必须由运行人员来完成两站间的协调。来完成两站间的协调。
27、直流控制功能功率反向控制自动曲线功率反向控制自动曲线直流控制功能 正常正常/降低直流电压控制降低直流电压控制高压直流输电系统既可以在正常直流电压模式下高压直流输电系统既可以在正常直流电压模式下运行，也可以在降低直流电压模式下运行。直流运行，也可以在降低直流电压模式下运行。直流电压最低可以运行在额定值的电压最低可以运行在额定值的70一般当直流输电设备无法承受正常的电压时，采一般当直流输电设备无法承受正常的电压时，采用降低直流电压的运行模式。用降低直流电压的运行模式。降压运行既可以由运行人员起动，也可以由保护降压运行既可以由运行人员起动，也可以由保护起动。起动。全压运行只能由运行人员起动。全压运行
28、只能由运行人员起动。联合控制下的全压联合控制下的全压/降压的手动切换在主控站发出，降压的手动切换在主控站发出，由相应的顺序程序自动完成两站间的协调。由相应的顺序程序自动完成两站间的协调。独立控制下，电压模式切换命令只会影响本站，独立控制下，电压模式切换命令只会影响本站，必须由运行人员人为协调两站。必须由运行人员人为协调两站。直流控制功能 空载加压试验控制空载加压试验控制作用：测试直流极在较长一段时间的停运后或检作用：测试直流极在较长一段时间的停运后或检修后的绝缘水平修后的绝缘水平 试验条件：试验条件：整流模式进行整流模式进行当前直流电压低于当前直流电压低于0.1p.u.平波电抗器和极母线间解开
29、平波电抗器和极母线间解开另一侧阀闭锁，未充电，未投入空载加压试验另一侧阀闭锁，未充电，未投入空载加压试验直流控制功能控制模式控制模式手动控制手动控制手动解锁手动解锁设定电压参考值设定电压参考值1.05p.u.，电压上升，电压上升设定电压参考值到零，电压下降设定电压参考值到零，电压下降手动闭锁手动闭锁自动控制自动控制自动解锁，电压上升到自动解锁，电压上升到1.05p.u.保持一段时间，电压自动下降到最小值保持一段时间，电压自动下降到最小值手动闭锁手动闭锁直流控制功能过负荷限制过负荷限制OLL长期过负荷长期过负荷短时过负荷短时过负荷高晶闸管结温限幅高晶闸管结温限幅 功率回降功率回降直流控制功能长期
30、过负荷长期过负荷长期过负荷即系统固有过负荷能力长期过负荷即系统固有过负荷能力与环境温度，阀厅温度，阀和换流变冗余冷却是与环境温度，阀厅温度，阀和换流变冗余冷却是否可用有关否可用有关一般小于一般小于1.1p.u.直流控制功能短期过负荷短期过负荷设计环温（设计环温（40c）内，冗余冷却可用的情况下，具）内，冗余冷却可用的情况下，具有有3秒秒1.5倍过负荷能力，以及倍过负荷能力，以及2小时小时1.1倍过负荷能倍过负荷能力力不同的环境温度下，具有不同的短时过负荷能力不同的环境温度下，具有不同的短时过负荷能力 阀冷却与换流变冷却的冗余系统可用阀冷却与换流变冷却的冗余系统可用/不可用的情不可用的情况下，具
31、有不同的短时过负荷能力况下，具有不同的短时过负荷能力 根据当前过负荷电流值的不同，具有不同的过负根据当前过负荷电流值的不同，具有不同的过负荷运行允许时间荷运行允许时间 根据当前已经过负荷运行的时间的不同，具有不根据当前已经过负荷运行的时间的不同，具有不同的短时过负荷能力同的短时过负荷能力 直流控制功能高晶闸管结温限幅高晶闸管结温限幅过负荷限制实时计算晶闸管结温，在晶闸管结温过负荷限制实时计算晶闸管结温，在晶闸管结温过高时限制电流过高时限制电流 冷却水温过高，限制电流冷却水温过高，限制电流每次限制直流电流指令下降每次限制直流电流指令下降5%一定时间内，温度仍然过高，直流电流指令继续一定时间内，温度仍然过高，直流电流指令继续下降下降5%；直到晶闸管温度下降到小于参考值，或；直到晶闸管温度下降到小于参考值，或电流限幅器达到最小值电流限幅器达到最小值 直流控制功能功率回降功率回降保护功率回降保护功率回降冷却系统温度超标功率回降冷却系统温度超标功率回降双极功率平衡功率回降双极功率平衡功率回降其它其它直流控制功能谢谢大家谢谢大家
