特高压直流输电系统双12脉动阀组协调控制方法.pdf

特高压直流输电系统双12脉动阀组协调控制方法，每个极的两个阀组串联，一端相连接，另外一端分别连接到极高压母线和极中性母线；极控系统分为双极\极控制层和阀组控制层两个层次，阀组控制层实现高压阀组和低压阀组的触发控制，每个阀组控制只采集各自12脉动阀组换流母线电压作为触发脉冲的同步电压，通过调节两个串联12脉动阀组触发角来维持直流电流和直流电压，并通过串联阀组间触发角的协调控制实现串联阀组的平衡运行；电流指令由双极\极控制层产生，同时发送至高、低压即主从阀组控制。本发明解决串联阀组间竞争控制、测量误差等因素造成的高、低压串联阀组触发角偏离、电压分配不平衡的问题。

1.  特高压直流输电系统双12脉动阀组协调控制方法，其特征是每个极的两个阀组串联，一端相连接，另外一端分别连接到极高压母线和极中性母线，分别为高压阀组和低压阀组；极控系统分为双极\极控制层和阀组控制层两个层次，阀组控制层实现高压阀组和低压阀组的触发控制，每个阀组控制只采集各自12脉动阀组换流母线电压作为触发脉冲的同步电压，通过调节两个串联12脉动阀组触发角来维持直流电流和直流电压，并通过串联阀组间触发角的协调控制实现串联阀组的平衡运行；当12脉动双阀组正常运行时，两个阀组中选择先解锁的一个作为主阀组，另一个作为从阀组；电流指令由双极\极控制层产生，同时发送至高、低压即主从阀组控制；高、低压两个阀组收到来自双极\极控制层产生的电流指令后，各自计算触发角度，相互传递触发角指令，从阀组采用主阀组的触发角指令进行控制。

2.  由权权利要求1所述的特高压直流双12脉动阀组协调控制方法，其特征是：阀组投退过程中采用阀组独立控制，高低压两个阀组各自控制本阀组的触发角，阀组间通过信号交换进行阀组间的协调控制。

3.  由权利要求2所述的特高压直流双12脉动阀组协调控制方法，其特征是：双阀组运行时：当单阀组退出时，阀组层控制层收到阀组单独退出操作指令后，整流侧和逆变侧进入退出控制程序，逆变侧将要退出的阀组逐步增大熄弧角以降低其端电压，而另一阀组仍处于正常运行控制，即保持端电压不变；整流侧将要退出的阀组逐步增大触发角，另一阀组处于正常运行控制，控制直流电流保持不变；
当单阀组投入时，收到阀组投入操作指令后，整流侧和逆变侧进入阀组投入控制程序，逆变侧将要投入的阀组解锁后逐步降低熄弧角以增加其端电压，而另一阀组仍处于正常运行控制，即保持端电压不变；当逆变侧电压升到设定值后，高低压阀组同时进入定熄弧角控制，整流侧将要投入的阀组解锁后逐步降低触发角，另一阀组处于正常运行控制，控制直流电流保持不变，当两个阀组的角度差小于一定值后，高低压阀组同时进入定电流控制。

4.  由权利要求3所述的特高压直流双12脉动阀组协调控制方法，其特征是：阀组的角度差定值取值范围是1～2度。

5.  由权权利要求1所述的特高压直流双12脉动阀组协调控制方法，其特征是：在高低压阀组间通信故障情况下，两个阀组按各自的触发角控制指令维持电压、电流恒定继续运行；当两个阀组出现不平衡情况，通过禁止升分接头档位和降分接头档位的方法来限制阀组的空载直流电压值。

6.  由权利要求1所述的特高压直流双12脉动阀组协调控制方法，其特征是：在双极\极层控制单元故障时，阀组层控制单元维持直流系统的当前运行状态继续运行、或根据运行人员的指令退出运行。

7.  由权利要求1和2所述的直流双12脉动阀组协调控制方法，其特征是：双极\极控制层、阀组控制层间的信号交换主要是电流、电压指令信号、阀组解闭锁状态信号。

特高压直流输电系统双12脉动阀组协调控制方法
技术领域
本发明涉及特高压直流输电系统的双12脉动阀组协调控制方法及采用该方法的控制系统设备。
背景技术
±800kV特高压直流系统一次主接线如图1所示，采用每极2个12脉动阀组串联的主接线形式，每个阀组电压为400kV。两个阀组的一端相连接，另外一端分别连接到极高压母线和极中性母线，可分别称为高压阀组和低压阀组。实际运行中，可以两个阀组同时运行，也可以根据需要，只是高压阀组或者低压阀组运行。
一个换流站中的每个极配置两套冗余的极控系统，每套极控系统按功能分为双极\极控制层和阀组控制层两个层次。最底层的阀组控制层，包括高、低压阀组控制，每个阀组控制只采集各自12脉动阀组换流母线电压作为触发脉冲的同步电压。
高低压阀组配置各自完全独立的换流触发控制系统，可确保高低压阀组灵活独立运行，但必须解决串联阀组间竞争控制、测量误差等因素造成的高、低压串联阀组触发角偏离、电压分配不平衡的问题。
例如高低压阀组之间，定电流控制指令值或电流测量值发生极小的偏差，均会造成2个换流单元工作的发散工况。如高压阀组测量的直流电流值高于实际电流值时，由于高压阀组力图将直流电流降低，造成其触发角增大；而低压阀组虽然能正确测量直流电流，但由于直流电流一直在减小，低压阀组控制会力图增加直流电流直至其触发角减小到最小触发角。如果换流变分接头参与触发角的控制，则2个分接头的位置将分别减小和增大至非正常的极限位置，进一步恶化了两换流器所承受电压的不对称性。尽管直流极电压(即2个12脉动阀组直流电压之和)工作于额定值，但高、低压阀组将工作于严重不对称的异常工况，有可能损坏一次设备。
发明内容
本发明的目的是：根据±800kV直流输电工程的特点，提出一种双12脉动阀组协调控制的方法，解决串联阀组间竞争控制、测量误差等因素造成的高、低压串联阀组触发角偏离、电压分配不平衡的问题。
本发明采用的技术方案是：特高压直流输电系统双12脉动阀组协调控制方法，每个极的两个阀组串联，一端相连接，另外一端分别连接到极高压母线和极中性母线，分别为高压阀组和低压阀组；极控系统为双极\极控制层和阀组控制层两个层次；阀组控制层实现高压阀组和低压阀组的触发控制(包括电压、电流调节器)，每个阀组控制只采集各自12脉动阀组换流母线电压作为触发脉冲的同步电压，通过调节两个串联12脉动阀组触发角来维持直流电流和直流电压，并通过串联阀组间触发角的协调控制实现串联阀组的平衡运行。
当12脉动双阀组正常运行时，两个阀组中选择先解锁的一个作为主阀组，另一个作为从阀组；电流指令由双极\极控制层产生，同时发送至高、低压即主从、阀组控制；高、低压两个阀组收到来自各双极\极控制层产生的电流指令后，各自计算触发角度，相互传递触发角指令，从阀组采用主阀组的触发角指令进行控制。这样就保证了高、低压串联阀组采用一个触发角度指令，避免两个阀组竞争控制，造成触发角偏离、直流极电压工作于额定值，但高、低压阀组工作于严重不对称的异常工况。
在阀组投退过程中采用阀组独立控制，高低压两个阀组各自控制本阀组的触发角，阀组间通过信号交换进行阀组间的协调控制。
当单阀组(主阀组或从阀组)退出时，收到阀组单独退出操作指令后，整流侧和逆变侧进入退出控制程序，逆变侧将要退出的阀组逐步增大熄弧角(又称Gamma)角以降低其端电压，而另一阀组仍处于正常运行控制，即保持端电压不变。整流侧将要退出的阀组逐步增大触发角(又称Alpha角)，另一阀组处于正常运行控制，控制直流电流保持不变。
当单阀组(主阀组或从阀组)投入时，收到阀组投入操作指令后，整流侧和逆变侧进入阀组投入控制程序，逆变侧将要投入的阀组解锁后逐步降低Gamma角以增加其端电压，而另一阀组仍处于正常运行控制，即保持端电压不变。当逆变侧电压升到设定值后，高低压阀组同时进入定Gamma控制。整流侧将要投入的阀组解锁后逐步降低Alpha角，另一阀组处于正常运行控制，控制直流电流保持不变。当两个阀组的角度差小于一定值(1～2度)后，高低压阀组同时进入定电流控制。
：两个串联的12脉动阀组的控制和保护配置在设计上保持最大程度的独立，以利于可以单独退出或投入单12脉动阀组而不影响其它设备的正常运行；阀组控制层间的信号交换尽可能简化，主要包括阀组间触发角指令信号、阀组解闭锁等协调控制信号。
在高低压阀组间通信故障情况下，高低压阀组可以按各自的触发角控制信号维持电压、电流恒定继续运行，只是两个阀组工况可能出现不平衡的情况，如某个阀组空载直流电压值(又称UDIO值)达到较大值，由于阀组的UDIO值随着换流变压器分接头档位的增加而增大，可通过禁止升分接头档位和降分接头档位的方法来限制阀组的UDIO值，保证阀组安全运行。
极层/阀组层间的信号交换主要是电流、电压指令信号、阀组解闭锁状态信号。在双极/极层控制单元都故障时，阀组层控制单元仍能然维持直流系统的当前运行状态继续运行、或根据运行人员的指令退出运行。
本发明的有益效果：采用本发明可以很好的解决串联阀组间竞争控制、测量误差等因素造成的高、低压串联阀组触发角偏离、电压分配不平衡的问题。
附图说明
图1为特高压直流一次主接线图；
图2为特高压直流控制系统中极控制与阀组控制、两个阀组控制间信号交换图。
具体实施方式
以下根据附图对本发明作进一步说明：为了实现串联的每个12脉动阀组的协调控制，采用在物理上相互独立的换流阀控制单元，双极/极控制层与阀组控制层采用相互独立的装置实现。
由一台主计算机完成双极/极控制层的功能，主要实现功率/电流指令的计算和分配、站间电流指令的协调、站无功设备的投切控制、站极直流顺序控制等功能。
如图2所示，双极/极控制将计算得到的电流、电压指令送到下一层次的阀组控制主计算机。阀组控制主计算机用于阀组触发控制。主要控制功能有：阀组触发控制、定电流控制，定关断角控制，直流电压控制，触发角、直流电压、直流电流最大值和最小值限制控制以及换流单元闭锁和解锁顺序控制等。高低压阀组控制主计算机中的换流器触发控制模块(即CFC模块)接收到来自极功率控制的电流指令后，分别产生Alpha指令，然后送至控制脉冲发生单元(即CPG单元)产生相应的触发脉冲。高低压阀组控制主计算机中的换流器触发控制模块，通过交换触发角信号实现高低阀组的触发角协调。
阀组控制功能实现换流阀组运行所必需的控制功能和阀触发功能，主要包括对直流电流、直流电压、熄弧角等的闭环控制，阀组的解锁、闭锁功能，阀组各自对应的换流变压器分接头控制以及阀组各自旁路开关的控制功能，阀组控制还具有手动方式的电流升降功能，作为在双极/极控制主计算机故障情况下的后备功能。
双阀组正常运行中，采用从阀组触发角跟随主阀组触发角指令的的控制方法，从而避免串联阀组间竞争控制、测量误差等因素造成的高、低压串联阀组触发角偏离、电压分配不平衡，对主设备的带来过应力的问题，实现双阀组统一控制目标。
阀组投退过程中采用阀组独立控制，高低压两个阀组各自控制本阀组的触发角，阀组间通过信号交换进行阀组间的协调控制。
单阀组退出，收到阀组单独退出操作指令后，整流侧和逆变侧进入退出控制程序，逆变侧将要退出的阀组逐步增大Gamma角以降低其端电压，而另一阀组仍处于正常运行控制，即保持端电压不变。整流侧将要退出的阀组逐步增大Alpha角，另一阀组处于正常运行控制，控制直流电流保持不变。
单阀组投入，收到阀组投入操作指令后，整流侧和逆变侧进入阀组投入控制程序，逆变侧将要投入的阀组解锁后逐步降低Gamma角以增加其端电压，而另一阀组仍处于正常运行控制，即保持端电压不变。当逆变侧电压升到设定值后，高低压阀组同时进入定Gamma控制。整流侧将要投入的阀组解锁后逐步降低Alpha角，另一阀组处于正常运行控制，控制直流电流保持不变。当两个阀组的角度差小于一定值(1～2度)后，高低压阀组同时进入定电流控制。
本发明方法中极层与阀组层、阀组控制层间的通讯结构和信号交换清晰、可靠。极层与阀组层间的信号交换主要是电流电压指令，在极层控制单元都故障时，阀组层控制单元仍能然维持直流系统的当前运行状态继续运行、或根据运行人员的指令退出运行；阀组控制层间的信号交换尽可能简化，主要包括阀组间触发角协调信号。
在阀组间通信故障的情况下，两阀组可以按各自的触发角控制信号维持电压、电流恒定继续运行，两个阀组工况出现不平衡的情况时，如某个阀组空载直流电压值(又称UDIO值)达到较大值，由于阀组的UDIO值随着换流变压器分接头档位的增加而增大，可通过禁止升分接头档位和降分接头档位的方法来限制阀组的UDIO值，保证阀组安全运行。
利用RTDS实时数字仿真系统，对于同一极的串联阀组的触发角间采用协调控制进行了仿真试验。仿真结果证实采用本发明所提出同一极两个阀组间触发角协调控制方案的特高压直流控制系统具有很好的稳态和动态性能。