專(zhuān)利名稱(chēng)：特高壓直流輸電系統(tǒng)雙12脈動(dòng)閥組協(xié)調(diào)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特高壓直流輸電系統(tǒng)的雙12脈動(dòng)閥組協(xié)調(diào)控制方法及采用該方法的 控制系統(tǒng)設(shè)備。
背景技術(shù)：
士SOOkV特高壓直流系統(tǒng)一次主接線(xiàn)如圖1所示，采用每極2個(gè)12脈動(dòng)閥組串聯(lián) 的主接線(xiàn)形式，每個(gè)閥組電壓為400kV。兩個(gè)閥組的一端相連接，另外一端分別連接到極高 壓母線(xiàn)和極中性母線(xiàn)，可分別稱(chēng)為高壓閥組和低壓閥組。實(shí)際運(yùn)行中，可以?xún)蓚€(gè)閥組同時(shí)運(yùn) 行，也可以根據(jù)需要，只是高壓閥組或者低壓閥組運(yùn)行。一個(gè)換流站中的每個(gè)極配置兩套冗余的極控系統(tǒng)，每套極控系統(tǒng)按功能分為雙極 \極控制層和閥組控制層兩個(gè)層次。最底層的閥組控制層，包括高、低壓閥組控制，每個(gè)閥組 控制只采集各自12脈動(dòng)閥組換流母線(xiàn)電壓作為觸發(fā)脈沖的同步電壓。高低壓閥組配置各自完全獨(dú)立的換流觸發(fā)控制系統(tǒng)，可確保高低壓閥組靈活獨(dú)立 運(yùn)行，但必須解決串聯(lián)閥組間競(jìng)爭(zhēng)控制、測(cè)量誤差等因素造成的高、低壓串聯(lián)閥組觸發(fā)角偏 離、電壓分配不平衡的問(wèn)題。例如高低壓閥組之間，定電流控制指令值或電流測(cè)量值發(fā)生極小的偏差，均會(huì)造 成2個(gè)換流單元工作的發(fā)散工況。如高壓閥組測(cè)量的直流電流值高于實(shí)際電流值時(shí)，由于 高壓閥組力圖將直流電流降低，造成其觸發(fā)角增大；而低壓閥組雖然能正確測(cè)量直流電流， 但由于直流電流一直在減小，低壓閥組控制會(huì)力圖增加直流電流直至其觸發(fā)角減小到最小 觸發(fā)角。如果換流變分接頭參與觸發(fā)角的控制，則2個(gè)分接頭的位置將分別減小和增大至 非正常的極限位置，進(jìn)一步惡化了兩換流器所承受電壓的不對(duì)稱(chēng)性。盡管直流極電壓(即2 個(gè)12脈動(dòng)閥組直流電壓之和)工作于額定值，但高、低壓閥組將工作于嚴(yán)重不對(duì)稱(chēng)的異常 工況，有可能損壞一次設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是根據(jù)士SOOkV直流輸電工程的特點(diǎn)，提出一種雙12脈動(dòng)閥組協(xié) 調(diào)控制的方法，解決串聯(lián)閥組間競(jìng)爭(zhēng)控制、測(cè)量誤差等因素造成的高、低壓串聯(lián)閥組觸發(fā)角 偏離、電壓分配不平衡的問(wèn)題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是特高壓直流輸電系統(tǒng)雙12脈動(dòng)閥組協(xié)調(diào)控制方法，每 個(gè)極的兩個(gè)閥組串聯(lián)，一端相連接，另外一端分別連接到極高壓母線(xiàn)和極中性母線(xiàn)，分別為 高壓閥組和低壓閥組；極控系統(tǒng)為雙極\極控制層和閥組控制層兩個(gè)層次；閥組控制層實(shí) 現(xiàn)高壓閥組和低壓閥組的觸發(fā)控制(包括電壓、電流調(diào)節(jié)器)，每個(gè)閥組控制只采集各自12 脈動(dòng)閥組換流母線(xiàn)電壓作為觸發(fā)脈沖的同步電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)串聯(lián)12脈動(dòng)閥組觸發(fā)角 來(lái)維持直流電流和直流電壓，并通過(guò)串聯(lián)閥組間觸發(fā)角的協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)串聯(lián)閥組的平衡運(yùn) 行。當(dāng)12脈動(dòng)雙閥組正常運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)閥組中選擇先解鎖的一個(gè)作為主閥組，另一個(gè)作為從閥組；電流指令由雙極\極控制層產(chǎn)生，同時(shí)發(fā)送至高、低壓即主從、閥組控制；高、 低壓兩個(gè)閥組收到來(lái)自各雙極\極控制層產(chǎn)生的電流指令后，各自計(jì)算觸發(fā)角度，相互傳 遞觸發(fā)角指令，從閥組采用主閥組的觸發(fā)角指令進(jìn)行控制。這樣就保證了高、低壓串聯(lián)閥組 采用一個(gè)觸發(fā)角度指令，避免兩個(gè)閥組競(jìng)爭(zhēng)控制，造成觸發(fā)角偏離、直流極電壓工作于額定 值，但高、低壓閥組工作于嚴(yán)重不對(duì)稱(chēng)的異常工況。在閥組投退過(guò)程中采用閥組獨(dú)立控制，高低壓兩個(gè)閥組各自控制本閥組的觸發(fā) 角，閥組間通過(guò)信號(hào)交換進(jìn)行閥組間的協(xié)調(diào)控制。當(dāng)單閥組(主閥組或從閥組)退出時(shí)，收到閥組單獨(dú)退出操作指令后，整流側(cè)和逆 變側(cè)進(jìn)入退出控制程序，逆變側(cè)將要退出的閥組逐步增大熄弧角(又稱(chēng)Gamma)角以降低其 端電壓，而另一閥組仍處于正常運(yùn)行控制，即保持端電壓不變。整流側(cè)將要退出的閥組逐步 增大觸發(fā)角(又稱(chēng)Alpha角)，另一閥組處于正常運(yùn)行控制，控制直流電流保持不變。當(dāng)單閥組(主閥組或從閥組)投入時(shí)，收到閥組投入操作指令后，整流側(cè)和逆變 側(cè)進(jìn)入閥組投入控制程序，逆變側(cè)將要投入的閥組解鎖后逐步降低Gamma角以增加其端電 壓，而另一閥組仍處于正常運(yùn)行控制，即保持端電壓不變。當(dāng)逆變側(cè)電壓升到設(shè)定值后，高 低壓閥組同時(shí)進(jìn)入定Gamma控制。整流側(cè)將要投入的閥組解鎖后逐步降低Alpha角，另一 閥組處于正常運(yùn)行控制，控制直流電流保持不變。當(dāng)兩個(gè)閥組的角度差小于一定值(1 2 度)后，高低壓閥組同時(shí)進(jìn)入定電流控制。兩個(gè)串聯(lián)的12脈動(dòng)閥組的控制和保護(hù)配置在設(shè)計(jì)上保持最大程度的獨(dú)立，以利 于可以單獨(dú)退出或投入單12脈動(dòng)閥組而不影響其它設(shè)備的正常運(yùn)行；閥組控制層間的信 號(hào)交換盡可能簡(jiǎn)化，主要包括閥組間觸發(fā)角指令信號(hào)、閥組解閉鎖等協(xié)調(diào)控制信號(hào)。在高低壓閥組間通信故障情況下，高低壓閥組可以按各自的觸發(fā)角控制信號(hào)維持 電壓、電流恒定繼續(xù)運(yùn)行，只是兩個(gè)閥組工況可能出現(xiàn)不平衡的情況，如某個(gè)閥組空載直流 電壓值(又稱(chēng)UDIO值)達(dá)到較大值，由于閥組的UDIO值隨著換流變壓器分接頭檔位的增 加而增大，可通過(guò)禁止升分接頭檔位和降分接頭檔位的方法來(lái)限制閥組的UDIO值，保證閥 組安全運(yùn)行。極層/閥組層間的信號(hào)交換主要是電流、電壓指令信號(hào)、閥組解閉鎖狀態(tài)信號(hào)。在 雙極/極層控制單元都故障時(shí)，閥組層控制單元仍能然維持直流系統(tǒng)的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)繼續(xù) 運(yùn)行、或根據(jù)運(yùn)行人員的指令退出運(yùn)行。本發(fā)明的有益效果采用本發(fā)明可以很好的解決串聯(lián)閥組間競(jìng)爭(zhēng)控制、測(cè)量誤差 等因素造成的高、低壓串聯(lián)閥組觸發(fā)角偏離、電壓分配不平衡的問(wèn)題。


圖1為特高壓直流一次主接線(xiàn)圖；圖2為特高壓直流控制系統(tǒng)中極控制與閥組控制、兩個(gè)閥組控制間信號(hào)交換圖。
具體實(shí)施例方式以下根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明為了實(shí)現(xiàn)串聯(lián)的每個(gè)12脈動(dòng)閥組的協(xié)調(diào) 控制，采用在物理上相互獨(dú)立的換流閥控制單元，雙極/極控制層與閥組控制層采用相互 獨(dú)立的裝置實(shí)現(xiàn)。
由一臺(tái)主計(jì)算機(jī)完成雙極/極控制層的功能，主要實(shí)現(xiàn)功率/電流指令的計(jì)算和分配、站間電流指令的協(xié)調(diào)、站無(wú)功設(shè)備的投切控制、站極直流順序控制等功能。如圖2所示，雙極/極控制將計(jì)算得到的電流、電壓指令送到下一層次的閥組控制 主計(jì)算機(jī)。閥組控制主計(jì)算機(jī)用于閥組觸發(fā)控制。主要控制功能有閥組觸發(fā)控制、定電流 控制，定關(guān)斷角控制，直流電壓控制，觸發(fā)角、直流電壓、直流電流最大值和最小值限制控制 以及換流單元閉鎖和解鎖順序控制等。高低壓閥組控制主計(jì)算機(jī)中的換流器觸發(fā)控制模塊 (即CFC模塊)接收到來(lái)自極功率控制的電流指令后，分別產(chǎn)生Alpha指令，然后送至控制 脈沖發(fā)生單元(即CPG單元)產(chǎn)生相應(yīng)的觸發(fā)脈沖。高低壓閥組控制主計(jì)算機(jī)中的換流器 觸發(fā)控制模塊，通過(guò)交換觸發(fā)角信號(hào)實(shí)現(xiàn)高低閥組的觸發(fā)角協(xié)調(diào)。閥組控制功能實(shí)現(xiàn)換流閥組運(yùn)行所必需的控制功能和閥觸發(fā)功能，主要包括對(duì)直 流電流、直流電壓、熄弧角等的閉環(huán)控制，閥組的解鎖、閉鎖功能，閥組各自對(duì)應(yīng)的換流變壓 器分接頭控制以及閥組各自旁路開(kāi)關(guān)的控制功能，閥組控制還具有手動(dòng)方式的電流升降功 能，作為在雙極/極控制主計(jì)算機(jī)故障情況下的后備功能。雙閥組正常運(yùn)行中，采用從閥組觸發(fā)角跟隨主閥組觸發(fā)角指令的的控制方法，從 而避免串聯(lián)閥組間競(jìng)爭(zhēng)控制、測(cè)量誤差等因素造成的高、低壓串聯(lián)閥組觸發(fā)角偏離、電壓分 配不平衡，對(duì)主設(shè)備的帶來(lái)過(guò)應(yīng)力的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)雙閥組統(tǒng)一控制目標(biāo)。閥組投退過(guò)程中采用閥組獨(dú)立控制，高低壓兩個(gè)閥組各自控制本閥組的觸發(fā)角， 閥組間通過(guò)信號(hào)交換進(jìn)行閥組間的協(xié)調(diào)控制。單閥組退出，收到閥組單獨(dú)退出操作指令后，整流側(cè)和逆變側(cè)進(jìn)入退出控制程序， 逆變側(cè)將要退出的閥組逐步增大Gamma角以降低其端電壓，而另一閥組仍處于正常運(yùn)行控 制，即保持端電壓不變。整流側(cè)將要退出的閥組逐步增大Alpha角，另一閥組處于正常運(yùn)行 控制，控制直流電流保持不變。單閥組投入，收到閥組投入操作指令后，整流側(cè)和逆變側(cè)進(jìn)入閥組投入控制程序， 逆變側(cè)將要投入的閥組解鎖后逐步降低Gamma角以增加其端電壓，而另一閥組仍處于正常 運(yùn)行控制，即保持端電壓不變。當(dāng)逆變側(cè)電壓升到設(shè)定值后，高低壓閥組同時(shí)進(jìn)入定Gamma 控制。整流側(cè)將要投入的閥組解鎖后逐步降低Alpha角，另一閥組處于正常運(yùn)行控制，控制 直流電流保持不變。當(dāng)兩個(gè)閥組的角度差小于一定值(1 2度)后，高低壓閥組同時(shí)進(jìn)入 定電流控制。本發(fā)明方法中極層與閥組層、閥組控制層間的通訊結(jié)構(gòu)和信號(hào)交換清晰、可靠。極 層與閥組層間的信號(hào)交換主要是電流電壓指令，在極層控制單元都故障時(shí)，閥組層控制單 元仍能然維持直流系統(tǒng)的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行、或根據(jù)運(yùn)行人員的指令退出運(yùn)行；閥組 控制層間的信號(hào)交換盡可能簡(jiǎn)化，主要包括閥組間觸發(fā)角協(xié)調(diào)信號(hào)。在閥組間通信故障的情況下，兩閥組可以按各自的觸發(fā)角控制信號(hào)維持電壓、電 流恒定繼續(xù)運(yùn)行，兩個(gè)閥組工況出現(xiàn)不平衡的情況時(shí)，如某個(gè)閥組空載直流電壓值(又稱(chēng) UDIO值)達(dá)到較大值，由于閥組的UDIO值隨著換流變壓器分接頭檔位的增加而增大，可通 過(guò)禁止升分接頭檔位和降分接頭檔位的方法來(lái)限制閥組的UDIO值，保證閥組安全運(yùn)行。利用RTDS實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)，對(duì)于同一極的串聯(lián)閥組的觸發(fā)角間采用協(xié)調(diào)控制 進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。仿真結(jié)果證實(shí)采用本發(fā)明所提出同一極兩個(gè)閥組間觸發(fā)角協(xié)調(diào)控制方案 的特高壓直流控制系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。
權(quán)利要求
特高壓直流輸電系統(tǒng)雙12脈動(dòng)閥組協(xié)調(diào)控制方法，其特征是每個(gè)極的兩個(gè)閥組串聯(lián)，一端相連接，另外一端分別連接到極高壓母線(xiàn)和極中性母線(xiàn)，分別為高壓閥組和低壓閥組；極控系統(tǒng)分為雙極\極控制層和閥組控制層兩個(gè)層次，閥組控制層實(shí)現(xiàn)高壓閥組和低壓閥組的觸發(fā)控制，每個(gè)閥組控制只采集各自12脈動(dòng)閥組換流母線(xiàn)電壓作為觸發(fā)脈沖的同步電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)串聯(lián)12脈動(dòng)閥組觸發(fā)角來(lái)維持直流電流和直流電壓，并通過(guò)串聯(lián)閥組間觸發(fā)角的協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)串聯(lián)閥組的平衡運(yùn)行；當(dāng)12脈動(dòng)雙閥組正常運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)閥組中選擇先解鎖的一個(gè)作為主閥組，另一個(gè)作為從閥組；電流指令由雙極\極控制層產(chǎn)生，同時(shí)發(fā)送至高、低壓即主從閥組控制；高、低壓兩個(gè)閥組收到來(lái)自雙極\極控制層產(chǎn)生的電流指令后，各自計(jì)算觸發(fā)角度，相互傳遞觸發(fā)角指令，從閥組采用主閥組的觸發(fā)角指令進(jìn)行控制。
2.由權(quán)權(quán)利要求1所述的特高壓直流雙12脈動(dòng)閥組協(xié)調(diào)控制方法，其特征是閥組投 退過(guò)程中采用閥組獨(dú)立控制，高低壓兩個(gè)閥組各自控制本閥組的觸發(fā)角，閥組間通過(guò)信號(hào) 交換進(jìn)行閥組間的協(xié)調(diào)控制。
3.由權(quán)利要求2所述的特高壓直流雙12脈動(dòng)閥組協(xié)調(diào)控制方法，其特征是雙閥組運(yùn) 行時(shí)當(dāng)單閥組退出時(shí)，閥組層控制層收到閥組單獨(dú)退出操作指令后，整流側(cè)和逆變側(cè)進(jìn)入 退出控制程序，逆變側(cè)將要退出的閥組逐步增大熄弧角以降低其端電壓，而另一閥組仍處 于正常運(yùn)行控制，即保持端電壓不變；整流側(cè)將要退出的閥組逐步增大觸發(fā)角，另一閥組處 于正常運(yùn)行控制，控制直流電流保持不變；當(dāng)單閥組投入時(shí)，收到閥組投入操作指令后，整流側(cè)和逆變側(cè)進(jìn)入閥組投入控制程序， 逆變側(cè)將要投入的閥組解鎖后逐步降低熄弧角以增加其端電壓，而另一閥組仍處于正常運(yùn) 行控制，即保持端電壓不變；當(dāng)逆變側(cè)電壓升到設(shè)定值后，高低壓閥組同時(shí)進(jìn)入定熄弧角控 制，整流側(cè)將要投入的閥組解鎖后逐步降低觸發(fā)角，另一閥組處于正常運(yùn)行控制，控制直流 電流保持不變，當(dāng)兩個(gè)閥組的角度差小于一定值后，高低壓閥組同時(shí)進(jìn)入定電流控制。
4.由權(quán)利要求3所述的特高壓直流雙12脈動(dòng)閥組協(xié)調(diào)控制方法，其特征是閥組的角 度差定值取值范圍是1 2度。
5.由權(quán)權(quán)利要求1所述的特高壓直流雙12脈動(dòng)閥組協(xié)調(diào)控制方法，其特征是在高低 壓閥組間通信故障情況下，兩個(gè)閥組按各自的觸發(fā)角控制指令維持電壓、電流恒定繼續(xù)運(yùn) 行；當(dāng)兩個(gè)閥組出現(xiàn)不平衡情況，通過(guò)禁止升分接頭檔位和降分接頭檔位的方法來(lái)限制閥 組的空載直流電壓值。
6.由權(quán)利要求1所述的特高壓直流雙12脈動(dòng)閥組協(xié)調(diào)控制方法，其特征是在雙極 \極層控制單元故障時(shí)，閥組層控制單元維持直流系統(tǒng)的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行、或根據(jù)運(yùn) 行人員的指令退出運(yùn)行。
7.由權(quán)利要求1和2所述的直流雙12脈動(dòng)閥組協(xié)調(diào)控制方法，其特征是雙極\極控 制層、閥組控制層間的信號(hào)交換主要是電流、電壓指令信號(hào)、閥組解閉鎖狀態(tài)信號(hào)。
全文摘要
特高壓直流輸電系統(tǒng)雙12脈動(dòng)閥組協(xié)調(diào)控制方法，每個(gè)極的兩個(gè)閥組串聯(lián)，一端相連接，另外一端分別連接到極高壓母線(xiàn)和極中性母線(xiàn)；極控系統(tǒng)分為雙極\極控制層和閥組控制層兩個(gè)層次，閥組控制層實(shí)現(xiàn)高壓閥組和低壓閥組的觸發(fā)控制，每個(gè)閥組控制只采集各自12脈動(dòng)閥組換流母線(xiàn)電壓作為觸發(fā)脈沖的同步電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)串聯(lián)12脈動(dòng)閥組觸發(fā)角來(lái)維持直流電流和直流電壓，并通過(guò)串聯(lián)閥組間觸發(fā)角的協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)串聯(lián)閥組的平衡運(yùn)行；電流指令由雙極\極控制層產(chǎn)生，同時(shí)發(fā)送至高、低壓即主從閥組控制。本發(fā)明解決串聯(lián)閥組間競(jìng)爭(zhēng)控制、測(cè)量誤差等因素造成的高、低壓串聯(lián)閥組觸發(fā)角偏離、電壓分配不平衡的問(wèn)題。
文檔編號(hào)H02J1/10GK101814732SQ200910232178
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2009年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月2日
發(fā)明者王振曦, 胡銘, 邵震霞 申請(qǐng)人:南京南瑞繼保電氣有限公司;南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司