摘要：随着特高压技术的发展，直流输电凭借其优越性而被广泛应用。特高压直流系统整流测移相速度与低压限流环节等因素，给内过电压，会造成不同程度的影响。基于此，为了能够确保直流输电系统运行的安全性，加强此课题研究，有着必要性。文章分析了特高压直流控制保护的技术要求。较详细地分析了该类系统结构特点、控制方法、控制手段的设计和保护整定。此外，具有针对性的对特高压直流控制保护系统做出了一个较为科学的设计。
关键词：特高压；直流输电；保护系统；可靠性
1导言
通过分析特高压直流输电控制保护系统基本策略及控制逻辑，明确电压波动异常的原因，并针对不同情况下直流线路电压测量异常对控制保护系统的影响进行了研究，指出了直流线路电压测量异常波动的特征，同时提出一种针对特高压直流输电系统线路电压波动时灵敏、快速、全面的监视方法，可及时预警，以便采取防范措施，防止电压波动异常导致故障范围扩大。
2直流输电基本原理
2.1基本要求
通常800kV直流输电主回路，如图1所示。每个12脉动换流器之间是独立开来的。若有单个12脉动换流器发生异常现象，系统控制程序便会断开两侧的直流旁路开关，保证故障不影响系统的整体运行。并在故障处理完成后，控制程序必须在另一个12脉动换流器正常工作时，将去除故障的12脉动换流器并回主回路中。整个工程中，控制系统必须严格按照设定程序进行，最大程度的减小对交直流系统的干扰。这就是特高压直流工程控制的主要难点。稳态情况运行的时候，控制系统需要保持两个串联的换流器能够稳定对称运行。在技术限制的情况下，难免会有测量精度不高以及控制误差，所以需要更高要求的控制逻辑来避免同极的一个换流器以最小触发角运行，而另外一个换流器却处于额定电流控制下的稳态的不正常情况。经过试验仿真研究表明，这种状况下两个换流器端电压差很高，可能达到50kV以上，这是很危险的状况。所以，必须极力防止出现由于系统的设备故障引起的直流线路单极脱离运行的状况。
图1特高压主回路接线
2.2系统控制策略
直流系统的电流是由整流环节中的闭环控制系统来确定的，换流变抽头控制则是保证换流器运行触发角的角度正确性。逆变侧则相反，闭环控制确定熄弧角的值，而换流变抽头是为了控制调整直流电压。但受硬件条件限制，抽头控制的连续性差，逆变侧时直流电压的控制误差不仅包括测量误差，还加上抽头的步长造成的偏差。所以，为了减小抽头误差可使用非同步抽头控制来保证不同电压端的换流。
特高压直流输电控制保护特性对内过电压的影响分析
3.1直流功率控制方式
不同功率控制形式下，直流系统给过电压造成的影响。定义极Ⅰ代表故障极，定义极Ⅱ代表非故障极，以1100kV特高压直流输电系统为例，当故障后直流系统动作方式包括闭锁与移相重启，现对以下故障进行分析：①逆变站阀短路。当逆变站阀短路故障出现后，会产生闭锁阀组动作，若闭锁动作后，本极功率将会下降，对极为双极功率控制模式，要提升功率。若对极非此模式，而是单极功率模式，则故障极的直流功率将会全部损失，采用功率控制方式差异，对换流站过电压的具体影响。②直流线路接地故障。当直流系统自动检测到线路故障后，则故障极将会移相至160°以上，当经过系统预设的去游离时间后，将会重新启动。在此过程中，若非故障极为双极功率控制模式，则会补偿直流功率，若为单极功率模式或是单极电流模式，故障极的直流功率将会完全损失。
3.2直流VDCL特性
当直流电压降低时，VDCL环节能够限制直流电流。当交流网扰动后，可以提升交流系统电压的稳定性，同时能够使得直流系统快速恢复，除此之外还能够避免因为连续换相失败产生阀应力。此环节的电流整定值以及电压值，均可以进行调整。当系统发生单向瞬时故障，具有VDCL功能，对整流站极线区与逆变站交流母线等，有着极大的影响。若不具备VDCL功能，整流侧高端换流变二次测将会发生过电压减少的情况，减少195kV左右，阀顶也会出现发生电压减小的情况，减少150kV左右，除此之外逆变侧交流系统也会出现电压减少的情况，减少在110kV左右，阀过电压减少85kV左右。
4 提高特高压直流输电控制保护系统可靠性措施
4.1特高压直流输电保护动作策略
特高压直流控制保护系统会根据不同的保护动作产生不同的动作后果，这些动作主要包括:换流阀移相(包括setα=90°和强制移相)、换流阀闭锁、功率回降、投旁通对、合旁通开关、交流断路器跳闸、启动断路器失灵保护、闭锁交流断路器、极隔离、重合转换开关、合上中性母线接地刀闸等。闭锁就是指移除换流阀的触发脉冲，触发脉冲移除后，电流一旦为0，阀组就会自动关断。为了不对系统造成冲击，实现快速平滑的闭锁，除了移除触发脉冲外，针对不同的故障类型，在移除触发脉冲前还需要进行投旁通对(同一6脉冲阀组内连接到同一交流相的两个相对的阀，可以为直流侧电流提供一个电流通路，泄除能量)、移相等操作，不同的动作组合就形成了不同的闭锁类型，如XYZS闭锁等(某些厂家还具有U闭锁)。XYZS闭锁大致可以用如下特点来进行区分:X闭锁为不投旁通对闭锁，是较为严重故障时的闭锁;Y闭锁为有条件执行的闭锁，如过流等故障、交流侧故障及手动闭锁;Z闭锁为投旁通对闭锁，是大部分直流侧故障时的闭锁;S闭锁为特殊类型的闭锁，如逆变侧阀短路、极差或单一桥换相失败等。与超高压直流输电工程不同，在特高压工程中，所有的闭锁都是针对阀组的，不是针对极的。如果要闭锁一个极，极控主机会同时发闭锁命令至阀组层，同时闭锁两个阀组。需要注意保护动作后，整流站和逆变站执行的闭锁逻辑可能各不相同。例如逆变站执行了Z闭锁，整流站并不一定执行Z闭锁。所以在调试时，需要针对整流站及逆变站分别分析，研究两站动作策略各自的优异性及相互之间的配合关系。
4.2逆变侧定电压控制策略
特高压直流系统正常运行时，整流侧采用定电流控制策略，逆变侧采用定电压控制策略。在逆变侧，直流电压控制器是以维持整流侧直流电压在设定值为正常控制方式。为避免站间通信故障影响整流侧实际直流电压量站间的传输，造成逆变侧定电压功能失效，在极控程序中逆变侧是依据本站电流电压量实时计算出整流侧实际直流电压，进而计算出逆变侧电压参考值，并将其传递至高、低端组控系统进行电压控制。
4.3降低直流线路过电压水平的策略
基于特高压直流输电线路中，直流线路长度＞1.5pu的区域，在不同位置，增加避雷器，来降低直流线路过电压水平，使其能够＜1.5pu。对于直流线路长度＞1.44pu的区域，要合理的选择安装避雷器的位置，来降低过电压水平，使其能够＜1.44pu。通常情况下，设置线路避雷器，能够使得线路过电压降低，至少0.08pu，±1100kV直流线路过电压至少能够降低90kV。此方法的应用，能够突破杆塔设计限制，降低过电压水平。
4.4换流器投退控制
对于主流的换流器投退策略有两种。第一种是根据换流器的端电压来进行控制；第二种是使用固定触发角进行控制。前者换流器介入时触发角接近90°，这样会在系统中产生较大的无功功率。后者触发角为70°，这种方式对系统影响较小，但旁路开关的通断时电流较大。
结束语
综上所述，本文基于对特高压直流输电系统直流线路电压波动常见故障形式的分析，提出了一种针对特高压直流输电系统线路电压波动的灵敏、快速、全面的监视方法。所选取的策略相对以前的策略具有较为显著的改进，可防止多种工况下的换相失败及电流断续情况，为在建工程及今后新建工程保护性闭锁策略提供了指导性意见。
参考文献：
[1]贺春,吴东,孙广涛.特高压直流控制保护系统设计与开发[J].电子设计工程,2017,25(17):50-53+57.
[2]熊富强.特高压直流输电控制保护特性对内过电压的影响[J].通讯世界,2017,(16):222.
论文作者:董明,王佳男,苏震,李美云
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/12
标签：过电压论文; 电压论文; 系统论文; 故障论文; 特高压论文; 逆变论文; 功率论文; 《电力设备》2017年第32期论文;