換流器及直流控制保護(hù)設(shè)備

序

前言

第一部分 換流器

第一章 換流器的結(jié)構(gòu)

第一節(jié) 換流器概述

第二節(jié) 換流器的設(shè)計(jì)要求

第三節(jié) 換流器元件參數(shù)

第四節(jié) 換流器結(jié)構(gòu)

第五節(jié) 晶閘管級(jí)的工作原理

第六節(jié) 陽極電抗器

第七節(jié) 冷卻器

第二章 閥控系統(tǒng)

第一節(jié) 硬件系統(tǒng)

第二節(jié) 軟件系統(tǒng)

第三章 試驗(yàn)與檢修

第一節(jié) 型式試驗(yàn)

第二節(jié) 常規(guī)試驗(yàn)

第三節(jié) 預(yù)防性試驗(yàn)

第四節(jié) 日常維護(hù)

第五節(jié) 特殊性檢修項(xiàng)目

附錄運(yùn)行公司使用換流器清單

第二部分 直流控制保護(hù)

第四章 控制保護(hù)基本原理

第一節(jié) 概述

第二節(jié) 直流輸電的原理及其控制系統(tǒng)

第五章 HVDC控制保護(hù)功能要求

第一節(jié) 控制系統(tǒng)分層

第二節(jié) 基本控制策略

第三節(jié) 基本保護(hù)配置

第四節(jié) 附加控制功能

第五節(jié) 控制保護(hù)系統(tǒng)冗余

第六節(jié) 直流工程控制系統(tǒng)配置方案

第七節(jié) 直流工程直流保護(hù)配置方案

第六章 南瑞（ABB）控制保護(hù)系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)

第一節(jié) 控制保護(hù)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

第二節(jié) 控制保護(hù)系統(tǒng)冗余實(shí)現(xiàn)

第三節(jié) 控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

第四節(jié) 保護(hù)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

第五節(jié) 控制保護(hù)系統(tǒng)自檢功能

第七章 許繼（SIEMENS）控制保護(hù)系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)

第一節(jié) 控制保護(hù)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

第二節(jié) 控制保護(hù)系統(tǒng)冗余實(shí)現(xiàn)

第三節(jié) 控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

第四節(jié) 保護(hù)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

第八章 自動(dòng)化系統(tǒng)

第一節(jié) 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

第二節(jié) 系統(tǒng)冗余實(shí)現(xiàn)

第三節(jié) 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

第四節(jié) 服務(wù)器數(shù)據(jù)庫軟件

第五節(jié) 自動(dòng)化工作子站2100433B

《換流器及直流控制保護(hù)設(shè)備》為高壓直流輸電崗位培訓(xùn)教材叢書之一，主要內(nèi)容包括：換流器的結(jié)構(gòu)、閥控系統(tǒng)，換流器的試驗(yàn)與檢修，直流控制保護(hù)基本原理，HVDC控制保護(hù)功能要求，南瑞、許繼控制保護(hù)系統(tǒng)，以及控制保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)。《換流器及直流控制保護(hù)設(shè)備》可供高壓直流輸電崗位運(yùn)行、檢修技術(shù)人員及管理人員參考，也可作為相關(guān)專業(yè)院校師生的參考書。

《直流換流站運(yùn)維技能培訓(xùn)教材:直流控制保護(hù)》由國(guó)家電網(wǎng)公司運(yùn)維檢修部編著，教材涵蓋了直流換流站運(yùn)行、直流控制保護(hù)、換流閥及閥控系統(tǒng)、閥冷卻系統(tǒng)的運(yùn)維技術(shù)，特別對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)技能進(jìn)行了詳細(xì)的描述，編寫力求準(zhǔn)確、清晰，面向生產(chǎn)一線，突出現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用性。

控制保護(hù)系統(tǒng)定義及現(xiàn)狀

直流控制保護(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。其關(guān)鍵技術(shù)主要包括軟硬件平臺(tái)技術(shù)、直流控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、閥觸發(fā)控制、直流保護(hù)。ABB，SIEMENS，ALSTOM等作為國(guó)際上少數(shù)幾家能夠完整進(jìn)行直流輸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造的公司。把直流控制保護(hù)系統(tǒng)作為直流輸電的核心。投入了大量的資金和人力。不斷進(jìn)行開發(fā)和產(chǎn)品升級(jí)換代。ABB公司現(xiàn)在提供的MACH2直流控制保護(hù)系統(tǒng)是在20世紀(jì)90年代初開始開發(fā)。

1995年左右開發(fā)完成的、我國(guó)剛投入運(yùn)行的龍政直流和三廣直流采用的就是這套系統(tǒng)：SIEMENS公司提供的直流控制保護(hù)系統(tǒng)被我國(guó)南方電網(wǎng)的天廣直流和在建的貴廣直流中所采用。據(jù)悉。ABB已著手開發(fā)更新一代的直流控制保護(hù)系統(tǒng)。SIEMENS已經(jīng)推出新的直流控制保護(hù)系統(tǒng)Win.TDC。

控制保護(hù)系統(tǒng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

直流控制保護(hù)系統(tǒng)基本按面向物理或邏輯對(duì)象的原則進(jìn)行功能配置。不同對(duì)象的功能之間盡可能少的交換信息。某一對(duì)象異常不影響其他對(duì)象功能的正確運(yùn)行。系統(tǒng)分為站層和設(shè)備層兩大層次。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖《直流控制保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖》所示。站層主要包括SCADA和遠(yuǎn)動(dòng)通信系統(tǒng)及站級(jí)CAN網(wǎng)。設(shè)備層設(shè)備按照功能可分為交直流站控系統(tǒng)、直流極控系統(tǒng)、直流保護(hù)系統(tǒng)。

控制保護(hù)系統(tǒng)SCADA

高壓直流控制保護(hù)系統(tǒng)中SCADA系統(tǒng)的軟硬件。包括對(duì)換流站交流開關(guān)場(chǎng)(含換流變及備用間隔)、直流開關(guān)場(chǎng)、換流站控制樓、閥廳、通信系統(tǒng)、直流線路、換流站輔助系統(tǒng)等的監(jiān)視控制以及與遠(yuǎn)方調(diào)度中心和其他監(jiān)視場(chǎng)所的通信接口等。換流站SCADA系統(tǒng)的作用是用于監(jiān)視控制高壓直流傳輸系統(tǒng)以及換流站交流系統(tǒng)的運(yùn)行控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。

SCADA系統(tǒng)是一個(gè)模塊化、分布化的全面的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。層次結(jié)構(gòu)清晰。它由過程監(jiān)視單元、過程控制單元、圖形操作工作站和主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。所有過程監(jiān)視與運(yùn)行的工作站、主計(jì)算機(jī)通過局域網(wǎng)(LAN)連接，具有信息共享、資源優(yōu)化使用和功能分布的網(wǎng)絡(luò)性能。SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用開放化設(shè)計(jì)。將來如有需要便于系統(tǒng)升級(jí)和增加新的功能。SCADA系統(tǒng)必須要保證其高可靠性。重要的子系統(tǒng)、設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)、通道都采用冗余體系結(jié)構(gòu)，保證在單通道或單硬件故障下不引起系統(tǒng)故障。

控制保護(hù)系統(tǒng)交流站控系統(tǒng)

站控系統(tǒng)分為交流站控和直流站控。交流站控系統(tǒng)主要完成交流場(chǎng)、交流濾波器和電容器的監(jiān)視與控制。其主要功能歸納如下：

• 整個(gè)換流站范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)采集及信息處理、上送運(yùn)行人員控制系統(tǒng)：

• 全站范圍內(nèi)的開關(guān)、刀閘和地刀的操作控制；

• 聯(lián)鎖：

• 同期：

• 交流站控系統(tǒng)內(nèi)部及輔助系統(tǒng)的事件生成和上傳至運(yùn)行人員控制系統(tǒng)：

• 在線諧波監(jiān)視：

• 對(duì)輔助系統(tǒng)的監(jiān)控接口(包括站用電系統(tǒng)的控制、監(jiān)視，以及對(duì)其他輔助系統(tǒng)的監(jiān)視功能)；

• 對(duì)一次測(cè)量裝置的接口功能。

以下是交流站控系統(tǒng)的配置原則。

1、采用分散式結(jié)構(gòu)。按面向物理對(duì)象的原則進(jìn)行各站控子系統(tǒng)的配置。不同子系統(tǒng)之間盡可能少的交換信息。某一對(duì)象異常不影響其他對(duì)象功能的正確運(yùn)行。配置子系統(tǒng)時(shí)充分考慮各子系統(tǒng)的負(fù)載均衡。避免某一子系統(tǒng)任務(wù)過重。造成運(yùn)行異常。

2、采用分布式I/O系統(tǒng)。I/O采用按對(duì)象設(shè)計(jì)的原則。即關(guān)閉某一對(duì)象相關(guān)I/O的電源不影響系統(tǒng)及其他對(duì)象的運(yùn)行。

3、采用標(biāo)準(zhǔn)總線CAN和TDM。通信介質(zhì)采用光纖。提高系統(tǒng)抗干擾能力。CAN總線用于信號(hào)量及控制命令的傳輸。TDM總線用于電壓和電流信號(hào)的傳輸。

為了保證系統(tǒng)的高可用性。即不因單一故障影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。交流站控系統(tǒng)的主要系統(tǒng)設(shè)計(jì)為冗余的。冗余的主要方法是雙重化，冗余的范圍從輸入/輸出回路到SCADA，LAN。

控制保護(hù)系統(tǒng)直流極控系統(tǒng)

極控系統(tǒng)是整個(gè)換流站控制系統(tǒng)的核心。極控系統(tǒng)的控制性能直接決定直流系統(tǒng)的各種響應(yīng)特性以及功率/電流穩(wěn)定性。

極控系統(tǒng)功能概要如圖《高壓直流控制系統(tǒng)功能框圖》所示。

控制功能模塊包括：極功率控制/電流控制(PPC)；過負(fù)荷限制(OLL)；直流功率調(diào)制(MODS)；換流器觸發(fā)控制(CFC)；控制脈沖發(fā)生單元(CPG)；無功功率控制(RPC)；開關(guān)順序控制(SSQ)；模式順序控制(MSQ)；準(zhǔn)備順序控制(RSQ)；電壓角度參考值計(jì)算(VARC)；換流變壓器分接頭控制(TCC)；線路開路試驗(yàn)控制(OLT)；站問通信(TCOM)。

運(yùn)行人員設(shè)定功率定值和各種直流功率調(diào)制后。功率定值經(jīng)PPC單元計(jì)算得到電流定值，電流定值再送到CFC單元計(jì)算得到相應(yīng)的觸發(fā)角。CPG單元產(chǎn)生觸發(fā)脈沖送到閥控制(VC)，CFC還確保觸發(fā)脈沖在允許限制范圍內(nèi)。

控制保護(hù)系統(tǒng)直流保護(hù)系統(tǒng)

直流系統(tǒng)保護(hù)有以下特點(diǎn)。

a、保護(hù)完全雙重化配置：1套直流保護(hù)可完成所有的保護(hù)功能。2套直流保護(hù)完成完全雙重化保護(hù)配置。每套保護(hù)自身采取措施保證單一元件損壞本套保護(hù)不誤動(dòng)。保證安全性：2套保護(hù)同時(shí)運(yùn)行，任意1套動(dòng)作可出口。保證可靠性。

b、每套保護(hù)的防誤不依賴于其他套保護(hù)，使設(shè)備之間關(guān)系簡(jiǎn)單。易維護(hù)。

c、每套保護(hù)采取的單一元件損壞防誤動(dòng)的措施。

d、每套保護(hù)為雙輸入、雙采樣、雙總線傳輸、雙處理器進(jìn)行保護(hù)運(yùn)算。

直流保護(hù)裝置原理如圖《直流保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)圖》所示。

直流系統(tǒng)保護(hù)所保護(hù)的設(shè)備和范圍與換流站的特點(diǎn)密切相關(guān)。與一般的交流變電站不同，所要保護(hù)的設(shè)備和范圍有交流母線、交流濾波器；換流變壓器：直流系統(tǒng)。

由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等方面的優(yōu)勢(shì),直流換流器已得到了廣泛的應(yīng)用,并且還將進(jìn)一步發(fā)展 。Boost升壓電路自身沒有限流能力。Buck降壓電路輸出側(cè)有電感存在,因此具備一定的限流能力。本文提出一種具有輸出短路保護(hù)能力的DC-DC換流器控制方法,將Boost-Buck背靠背結(jié)構(gòu)的換流器通過合理的控制,使其具有很好的負(fù)載短路特性。通過電壓電流雙閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)正常工作狀態(tài)下的恒壓源輸出,當(dāng)負(fù)載短路時(shí),通過采樣輸出電感電流做閉環(huán)控制,使換流器工作于恒流源狀態(tài),使其具備短路保護(hù)能力 。系統(tǒng)的仿真分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明Boost-Buck換流器利用提出的控制方法具備了良好的負(fù)載短路特性。2100433B