摘要：目前，国内直流控制系统主要包括：ABB公司的MACH2系统、DCC800系统；Siemens公司Win-TDC平台的控制保护系统；南瑞公司的PCS-9550系统；的HCM3000系统、HCM200系统。为了保证控制系统的稳定运行，这几个系统均采用双重化配置原则，设计为“一主一备”。由于测量误差等因素影响，从系统的输出触发角会与主系统出现偏差，各个系统都采用了一定的控制策略来消除偏差。例如，南瑞公司的PCS-9550系统采用从系统直接跟从主系统的方式，当主、从系统存在测量误差时，切换系统时存在电压短时波动的不良现象；HCM3000直流控制系统的从系统采用一种基于PI（比例积分）控制原理的补偿控制策略，但补偿效果不理想。
关键词：直流控制系统；触发角；补偿控制
引言
随着电力系统自动化水平提高及相关技术发展，运用于大型发电厂与变电站中的直流电源系统，正逐渐向着全自动、免维护的方向发展，部分较早投入运行的直流电源系统不断出现问题，对换流站运行产生不利影响。
1事故分析
某直流输电系统极1线路故障后行波保护动作、突变量保护动作，触发线路重启动逻辑，经两次全压、一次降压重启不成功，极闭锁。双极运行且站间通讯正常时，某直流输电系统直流线路重启逻辑及定值如图1所示。结合故障录波及事件分析，本次线路故障后直流线路经两次全压、切换控制系统及一次降压后不成功，极闭锁，线路重启逻辑执行正确。
图1线路重启动逻辑框图
2改进型换流站直流控制从系统触发角补偿控制策略
2.1从系统补偿控制策略
2.1.1原补偿策略
从系统的补偿值是通过一个偏差补偿PI控制器得到的，将极控从系统PI控制器输出的触发角控制命令与极控主系统PI控制器输出的触发角控制命令作差，作为偏差补偿PI控制器的输入。当从系统的触发角控制命令与主系统的触发角控制命令差小于0.002时，不进行补偿；且偏差补偿PI控制器的输出受限，最大输出值为0.05，最小输出值为-0.05。
当系统处于电压控制时，从系统在PI控制器的输入侧实现了补偿，输入侧W（k）=ΔU-ΔcosA（k），因此从系统不仅要消除电压偏差值ΔU，还要消除主、从系统输出的触发角偏差ΔcosA（k），实现从系统的跟踪控制。则PI控制器的输出变为：
Y（k）=Y（k-1）+Kp[ΔU（k）-ΔcosA（k）]/TN+Kp[ΔU（k）-ΔcosA（k）]-[ΔU（k-1）-ΔcosA（k-1）]（1）
当系统处于触发角控制时，从系统在计算最大触发角时实现了补偿，在计算熄弧角参考值γref时进行了补偿，对于从系统γref=γref-ΔcosA。
2.1.2补偿控制效果
根据统计分析，当系统进行降压操作时，较多次出现触发角差值较大告警，即极控主、从系统PI控制器输出触发角的差值大于设定值，意味着从系统的补偿策略没有发挥很好的作用。
以某换流站某次降压操作为例，该站2018-01-06由全压运行转为降压运行时，极1、极2控制系统均报出触发角偏差大告警，2018-01-06T05:08:28:995开始降压运行，2018-01-06T05:23:26:915两极报出触发角差值较大告警。
图2极控主、从系统输出触发角对比
图2中，PCP1A为主系统，PCP1B为从系统，从录波图上看，t1时刻，降压运行，电压偏差值ΔU>0，主、从系统均处于电压控制；t2时刻，分接开关开始动作，主、从系统先后由电压控制转变为熄弧角控制；t3时刻，主系统的ΔU＜0，主系统由熄弧角控制变为电压控制，但由于测量误差的存在，主系统的电压实际值Ud比从系统的电压实际值Ud大，从系统的ΔU＞0，从系统仍处于熄弧角控制，主系统输出的触发角逐渐下降，从系统与主系统的PI控制器输出触发角余弦值变大，进而控制系统电压减小，而从系统仍处在熄弧角控制中，输出触发角不变。在系统电压减小的过程中，电压参考值也在以缓慢的速度减小，因为测量误差的存在，会存在某个刷新时刻主系统的ΔU＜0而恰巧从系统均为ΔU＞0的情况，使得从系统保持熄弧角控制，与主系统PI控制器输出的偏差越来越大。若主系统处于电压控制，从系统处于熄弧角控制，当电压控制输出与熄弧角控制输出相差较大时，从系统的偏差补偿力度不够，此时偏差补偿未能起到很好的作用。
2.2改进型从系统补偿控制策略
在降压操作过程中，并不是每一次都会发生触发角偏大告警事件。在每次刷新时刻，主、从系统均为ΔU＜0时或从系统ΔU＜0时，从系统进入电压控制，就不会产生触发角偏大告警事件，因为PI控制器的比例和积分环节可以将从系统的补偿能力发挥出来，不存在补偿力度不够的情况。针对该问题，本文提出改进型从系统补偿控制策略（如图3所示），在原控制策略基础上作了改进，取消原补偿PI控制器的限幅策略，将偏差补偿器的输出分别送至电压控制器和熄弧角控制器，其中送至电压控制器前做限幅处理，送至熄弧角控制器不作任何处理。由于电压控制是采用PI控制原理实现的，若偏差补偿值ΔcosA不作限幅处理，会产生较大的超调量σ，不利于电压的稳定控制；而熄弧角控制是通过计算公式而得，因此，当系统处于熄弧角控制时，偏差补偿PI控制器能够很好地实现补偿跟踪控制。
图3改进型补偿控制策略
3控制效果验证
本文基于直流工程搭建了RTDS仿真模型，并在其上进行仿真验证，设置了从系统电压测量值大于主系统和从系统电压测量值小于主系统2种工况，在降压运行时（电全压1.0p.u.降压至0.7p.u.），分别对从系统电压测量值大于主系统和小于主系统2种情况进行仿真，极控PCP1A为主系统，极控PCP1B为从系统系统。
（1）从系统电压测量值大于主系统如图4所示，在降压运行时，当从系统电压测量值大于主系统时，运用本文提出的改进型从系统跟踪控制策略后，从系统能够达到比较好的跟踪效果。
（2）从系统电压测量值小于主系统如图5所示，在降压运行时，当从系统电压测量值小于主系统时，运用本文提出的改进型从系统跟踪控制策略后，从系统亦能够达到比较好的跟踪效果。
图4极控主、从系统输出触发角对比
图5极控主、从系统输出触发角对比
综上所述，本文提出的改进型换流站从系统跟踪控制策略解决了之前降压运行时会产生从系统与主系统触发角偏差大的告警现象。
结语
本文针对HCM3000直流控制系统从系统补偿控制策略，发现当系统升、降压操作时会出现“主、从系统触发角偏大”告警，通过分析发现主要是由于补偿控制策略出现补偿力度不够造成的。本文基于原补偿控制策略提出了一种改进型从系统触发角补偿控制策略，在以原型搭建的RTDS仿真模型上进行仿真验证，分别在从系统测量电压大于主系统测量电压、从系统测量电压小于主系统测量电压2种工况下，模拟降压运行和升压运行，仿真结果表明本文提出的补偿控制策略能够达到很好的从系统跟从主系统效果。
参考文献
[1]宋国兵，高淑萍，蔡新雷，等.高压直流输电线路继电保护技术综述[J].电力系统自动化，2012，36（22）:123-129.
[2]李俊霞，严冰，张爱玲，等.特高压直流双极去直流保护系统可靠性研究[J].电力系统保护控制，2016，44（12）:130-136.
[3]田杰，曹冬明，李海英，等.提高特高压直流输电控制保护系统可靠性研究[J].中国电机工程学报，2007，27（Z1）:12-16.
论文作者:王力新
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/16
标签：系统论文; 电压论文; 偏差论文; 控制器论文; 策略论文; 测量论文; 控制系统论文; 《基层建设》2019年第26期论文;