摘要：近年来，中国能源结构大步迈向清洁能源，而特高压直流（UHVDC）输电技术便是能源转型中极其重要的一环。文章以±800kV祁韶特高压直流工程为例，分析特高压直流控制保护系统的配置特点，详述直流控制系统的分层分布式配置，其阀组在线投退、阀组控制、融冰运行模式等方面优于常规直流。同时，阐述特高压直流保护的优化改正，保护“三取二”出口逻辑方案提高了特高压直流输电的运行可靠性。
关键词：特高压；UHVDC；控制系统；三取二；在线投退；分层分布式
0 引言
特高压直流输电技术凭借其在远距离、大容量的独特优势，近年来得到了飞速发展，一大批特高压直流输电工程相继投运。但特高压直流输电蕴含了较强的输电风险性，因而，特高压直流控制保护对“大电网”安全稳定运行起到至关重要的作用[1]。
为深入分析特高压直流（UHVDC）控制保护策略及相关特点，本文以±800kV祁韶特高压输电工程为例，介绍特高压直流控制保护系统以及特高压直流控制保护的配置特点，同时从控制系统结构、局域网、安全性、以及特高压直流在功率补偿、阀组控制、换流单元的在线投退策略、融冰模式等方面 的变化，最后阐述特高压直流特有的保护策略及“三取二”保护逻辑。
1特高压直流控制保护配置
祁韶特高压直流控制保护系统采用分层分布式配置原则，两个极和每一极的每个换流单元的控制设备配置完全独立， 并从I/O 采样单元、传送数据总线、主设备到控制出口按完全双重化原则配置。直流控制系统的控制层根据特高压直流系统阀组串联的特点，分为双极控制层、极控制层、换流器控制层[2]。特高压直流保护每一个设备或保护区都至少配置3 套以上的独立保护，每套独立的保护均为性能完善的保护，使用独立的数据采集单元、通道和电源，分别组屏安装。
特高压直流控制保护系统的分层结构根据控制级别从高到低的顺序依次为：远方监控通信层、运行人员控制层、控制保护设备层、现场I/O设备层等4 层设备。分层结构的各层设备之间以及同一层的不同设备之间通过电缆或光缆接口及网络或总线相连，形成完整的控制保护系统(如下图1所示)。
图1控制保护系统整体构架图
2 特高压直流控制策略
特高压直流换流站每个极采用了双12脉动阀串联的结构，并增加了旁通开关等阀连接母线区，由于每个极采用完整极或1/2极的方式运行，
大大增加了运行方式的灵活性和多样性。因而特高压直流系统控制层根据特高压直流系统阀组串联的特点，分为双极控制层、极控制层、换流器控制层、并在双极和极控制层之间、极控制层和换流器控制层之间配置专用控制网络交换数据（如图2所示）。
图2 特高压控制系统结构图
两个极的控制层设备和每极的高、低端阀组的控制设备物理上均完全独立。实现了换流器层、极层、双极层控制的分离，这样设备故障导致单个换流阀退出时，能实现该退出阀与运行阀组的最大可能的隔离，由控制系统的相关顺序控制来操作两侧的直流旁路开关，完成故障换流单元的隔离，实现阀组在线投退。同时，当直流线路已经有了大量覆冰，且周围环境温度相对较低，仅依靠正常运行的额定电流无法融化线路覆冰时，需要在直流线路上产生非常大的电流，利用已有换流器并联运行来提供大电流对直流线路进行融冰是特高压直流特有的功能。针对串联结构控制系统还提供了串联顺序控制、极层电流控制、换流器层的启动控制功能、双极控制、功率补偿等特殊功能。
3 特高压直流保护策略
为提高特高压直流保护系统的安全性和可靠性，每个设备或保护区都应配置三套独立的保护[3]。祁韶直流采用三重化冗余的主机和传感器保护。直流保护采用完全“三取二”逻辑方案。三重化保护配置中各测点有3个独立输出，同时一次设备上所有的本体保护出口继电器均提供3副硬接点、直流分压器有3个次级输出等，特高压直流保护三重化配置很好避免保护因测量元件故障等情况造成的保护误动发生。
特高压直流保护与直流控制主机配置彼此独立，保护配置以12脉动换流器阀组为基本单元来配置保护，每极2个单12脉动换流器的保护相互独立，单桥故障时退出故障桥，避免单极停运；两极保护完全独立，单极故障退出故障极，避免双极停运，单一元件故障不能导致任何12脉动单元/极/双极退出运行；每一设备/区域尽可能的配置不同原理保护。下面重点介绍几种在常规直流基础上优化的特高压直流保护策略。
3.1 极保护
特高压直流极保护主要配置有：极母线差动保护、极中性线差动保护、阀组连接线差动保护、极差保护、直流谐波保护、中性线开关保护、直流过压保护、直流欠保护、阀组不平衡运行保护、直流线路保护、行波保护等（如图4所示）。
图3 “三取二” 保护逻辑
图4 极保护配置表
3.2 阀短路保护
保护测量换流变压器阀侧电流（IVY、IVD）和直流电流（IDC1/2N、IDC1/2P），换流变压器
阀侧电流幅值高于直流电流是阀短路或其他相间短路的判据。在交流侧电流过大时，换流器被立即跳闸[4]。
ID = max(IDC1P，IDC1N)
IVYH – ID > max(Isc_set，k_set* IVYH)
IVDH – ID > max(Isc_set，k_set* IVDH)
3.3 旁通开关保护
测量的中性母线极直流电流（IDNC）和测量的换流器低压侧直流电流（IDC1/2N）进行比较，如果检测到电流差值并且断路器辅助触点指示断路器在断开位置时，启动保护。
IPBH = |IDNC – IDC1N|，
IPBL = |IDNC – IDC2N|， IPBH/L > IPB_set
4 结语
特高压直流电网运行的可靠性和稳定性与其控制保护策略关系密切；控制保护相当于特高压直流的中枢神经系统。文章以±800kV祁韶特高压直流，详细讨论了特高压直流的控制策略及保护策略。同时与常规直流因有独特的运行灵活性和多样性，特高压直流控制保护更有其复杂性与独特性。采用“三取二”逻辑使得特高压直流输电更加稳定、可靠。
参考文献
[1] 杨光亮,邰能灵,郑晓冬等.±800kV特高压直流输电控制保护系统分析[J].高电压技术,2012,38(12):3277-3283.
[2] 石岩，韩伟，张民等.特高压直流输电工程控制保护系统的初步方案[J].电网技术，2017(02):11-21
[3] 陈小军，何露芽，孙杨等.±800kV特高压直流与±500kV常规直流控制保护系统比较分析[J].华东电力，2012，40(03):462-466.
[4] 雷霄，许自强，王华伟等.±800kV特高压直流输电工程实际控制保护系统仿真建模方法与应用[J].电网技术，2013，37(05):1359-1364.
作者简介：王应坤，男，汉族，湖南衡阳人，工程师，硕士，2013年7月参加工作，从事特高压直流输电系统运行维护工作。
论文作者:王应坤
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/17
标签：特高压论文; 电流论文; 系统论文; 独立论文; 策略论文; 设备论文; 在线论文; 《电力设备》2018年第19期论文;