共站同塔双回高压直流输电系统双回控制功能及其仿真_汪娟娟

；修回日期 ： 。 收稿日期 ： ２ ０ １ ３ １ ０ ２ ９ ２ ０ １ ４ ０ ３ ０ ８ － － － － ； 国家自然科学基金青年基金资助项目 （ 中国南方 ５ １ ２ ０ ７ ０ ５ ７） ； 电网 科 技 项 目 （ 中央高校基本科研业务费 Ｋ－Ｇ Ｙ ２ ０ １ ２ － ０ ３ ７） ） 。 专项资金资助项目 （ ２ ０ １ ４ Ｚ Ｚ ０ ０ ２ ３
第３ ８ 卷 第 ２ ３期 ２ ０ １ ４年１ ２月１ ０日
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ８ Ｎ ｏ ． ２ ３ Ｄ ｅ ｃ ． １ ０， ２ ０ １ ４
： ／ ＤＯ Ｉ １ ０． ７ ５ ０ ０ Ａ Ｅ Ｐ Ｓ ２ ０ １ ３ １ ０ ２ ９ ０ ０ １
共站同塔双回高压直流输电系统双回控制功能及其仿真
汪娟娟１，禤小聪１，罗敬华２，肖磊磊２，梁泽勇１，余 涛１
（ ） ２ ０ １ ４， ３ ８ ２ ３
［ １ ９］ ／ 建议的 Ｉ Ｅ Ｃ ６ ０ ６ ３ ３—１ ９ ９ ８（ Ｇ Ｂ Ｔ １ ３ ４ ９ ８—２ ０ ０ ７） 高压直流控制系统 功 能 分 层 结 构 如 图 １ 所 示 ， 其功 能分为 ： 交／直流 系 统 级 、 区 域 级、 高 压 直 流 双 极 级、 高压直流极级 、 换流单元级 。 其中 ， 后 ３ 层功能在换 流站内实现 。
保护系统 ， 设 备 按 照 按 双 极 层、 极层和换流器层设 ［ ２ ９］ 置 。 在建的哈密 — 郑 州 ±８ ０ ０ｋ Ｖ 特高压直流输 电工程的控制保护系统采用了 Ｐ 控制 Ｃ Ｓ ９ ５ ５ ０系 统， 换流器层配置 ， 不设置独立的双极 保护设备按极层 、 控制 ， 双极层功能分 别 配 置 在 两 极 的 极 层 主 机 中 实 ［ ３ ０］ 现 。 — １ ２ ０ —
±８ ０ ０ｋ Ｖ 楚穗和普侨特高压直流采用了 Ｗ ｉ ｎ －Ｔ Ｄ Ｃ 特高压直流控制保护系统 ， 设备按照直流站控层 （ 包 、 括双极层 ） 极层和 换 流 器 层 配 置 ， 双极功能在站控
２ ８］ 。 ±８ 层（ 包 括 双 极 层） 中 实 现［ ０ ０ｋ Ｖ 复奉和锦 屏 — 苏南特高压直流输电工程采用了 Ｄ Ｃ Ｃ ８ ０ ０ 控制
· 工程应用 · 汪娟娟 ， 等 共站同塔双回高压直流输电系统双回控制功能及其仿真
主导回运行 ， 当双回层控制系统失去后 ， 主导回直流 站控系统中的相应 双 回 控 制 功 能 将 起 作 用 ， 实现全 站的无功 、 有功功率协调控制 。
换流站交流场设备 由 分 段 断 路 器 隔 开 ， 即这双回直 １ ３］ 。 流实际运行中为完全独立的 ２ 个直流输电系统 ［ 溪洛渡右岸电 站 送 电 广 东 ±５ 同 塔 双 回 ０ ０ｋ Ｖ 以下简称牛从 直 流） 输 电 容 量 ２× 直流输电 工 程 （ 输电距离 １ 是世界上第一个共换 ３． ２ ＧＷ、 ２ ４ ０ｋ ｍ， 流站的同塔双回直流输电工程 。 区别于以往的单回 直流 、 共站但独立运行的双回直流 ， 该直流工程共换 流站 、 共接地极 、 共 线 路 杆 塔 和 共 交 流 场， 呈现出与 已有工程不同的特点 。 其控制系统的设计上需要满 提高双回直流运行 足双回直流作为一 个 整 体 运 行 ， 可靠性 ， 充分发 挥 其 综 合 效 益 的 要 求 。 在 可 行 性 研 究和设计阶段 ， 对该 直 流 工 程 的 控 制 系 统 的 分 层 结 １ ４］ １ ５ － １ ６］ １ ７］ 、 、 构［ 控 制 保 护 策 略［ 谐 波［ 和交流滤波器设 ［ １ ８］ 。 计 均进行了研究 本文在对高压直流输电工程和特高压直流输电 工程控制保护系统 归 纳 、 分析和总结的基础上提出 了共站同 塔 双 回 直 流 控 制 系 统 控 制 系 统 的 体 系 结 构， 对共站同塔双回 直 流 系 统 的 双 回 控 制 功 能 进 行 ／ 了深入分 析 ， 在Ｐ Ｓ Ｃ Ａ Ｄ ＥＭＴ Ｄ Ｃ 中建立了该类双 回直流输电系统的 仿 真 模 型 ， 并针对同塔双回直流 输电系统双回功率的协调控制进行了仿真研究 。
图 １ 高压直流输电控制系统标准分层结构 Ｆ ｉ ． １ Ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ ｈ ｉ ｅ ｒ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ Ｈ Ｖ Ｄ Ｃ ｇ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｙ
在常 规 高 压 直 流 工 程 中 ， 换流站中的３层控制 即 功能在物理结构上 由 极 控 和 站 控 ２ 层 设 备 构 成 ， 双极级 、 极级和换流 单 元 级 控 制 功 能 集 中 在 极 控 设 备中实现 ， 其他涉及全站的功能在站控设备中实现 ， 如 ±５ 兴 安、 江 城、 宜 华、 龙政等直流输 ０ ０ｋ Ｖ高 肇 、 ［ ２ ０ － ２ ５］ 。 ， 、 电系统 其中 高肇 兴安直流站控设备中包括 直流站控和交流站控 ， 无功功率控制 、 直流场控制和 主控站控制功能 在 直 流 站 控 中 实 现 ； 江 城、 宜 华、 龙 政直流中的站控中 只 有 交 流 站 控 功 能 ， 无功功率控 制和直流场控制在极控系统中实现 。 常规直流输电 工程中 ， 直流保护均按极独立配置 。 特高压 直 流 输 电 工 程 每 极 由 ２ 个 １ ２脉动换流 器串联 构 成 ， 其 功 能 分 层 仍 然 满 足Ｉ Ｅ Ｃ ６ ０ ６ ３ ３的定
从上面分析可以看出 ， 现代高压／特高压直流输 电系统均以一个 １ ２脉动换流器为基本单元来配置 控制和保护功能 ， 单个 １ ２ 脉动换流器的控制和保护 单个 １ 功能相互独立 ， ２ 脉动换流器故障时仅退出该 运行单元 ， 避免引起其他运行单元退出运行 ， 确保了 维护的独立性 。 １ ２ 脉动换流器运行 、 对于牛从直流这种共站同塔双回高压直流输电 控制保护系统 功 能 分 层 和 设 备 配 置 同 样 应 该 系统 ， 维 护 的 独 立 性， 同时 遵循单个 １ ２ 脉动 换 流 器 运 行 、 更应该充分利用双 回 直 流 共 站 的 特 点 ， 双回直流系 统既可以作为 ２ 个 独 立 的 双 极 直 流 系 统 单 独 运 行 ， 又可以作为一个整体运行 ， 发挥其综合效益 。 因此 ， 对于 牛 从 直 流 ， 在换流站内实现的控制功能如图 ２ 所示 ， 即从功能分层 上 在 双 极 控 制 之 上 增 加 双 回 控 制， 用以从整体上对双回直流进行控制 ， 也包括双回 间必须进行协调功能 。
（ ） 华南理工大学电力学院 ，广东省广州市 ５ 南方电网超高压输电公司广州局 ，广东省广州市 ５ １． １ ０ ６ ４ ０； ２． １ ０ ４ ０ ０
摘要 ：溪洛渡右岸电站送电广东 ±５ ０ ０ｋ Ｖ 同塔双回直流输电工程是世界上第一个双回直流共用 换流站的直流输电工程 。 区别于其他类型的直流工程 ， 该直流 系 统 的 运 行 既 要 适 应 单 回 独 立 运 行 方式 ， 又要适应双回协调运行方式 。 文中分析了该类双回直流工程控制系统的分层结构 ， 并针对其 ／ 特有的双回控制层的特点 ， 对双 回 功 率 控 制 功 能 进 行 了 深 入 的 研 究 。 在 Ｐ Ｓ Ｃ Ａ Ｄ ＥＭＴ Ｄ Ｃ 中搭建 了仿真模型 ， 对 ３ 种典型运行控制模式进行了仿真分析 。 仿真 结 果 验 证 了 同 塔 双 回 输 电 系 统 协 调 控制的可行性和有效性 。 关键词 ：高压直流输电 ；同塔双回输电线路 ；分层控制结构 ；双回控制 ；协调运行
双回控制层包含 双 回 功 率 控 制 （ 如功率定值设 、 定和两个双极间功 率 分 配 ） 全站无功控制（ 如全站 、 交流滤波器组投切 ） 功率调制 （ 功率 无功功率计算 、 提升 、 功率回降 、 频率控制 、 功率限制 、 功率摇摆阻尼 、 控制等 ） 双回直流 系 统 运 行 方 式 控 制 、 接地电流监 视与平衡控制等 功 能 。 在 物 理 设 备 上 ， 牛从直流采 用了配置独立的双 回 直 流 控 制 层 、 双极控制层和极 控层设备的方案 ， 极级和换流单元级控制功能在极 。 控层设备中实现 另 外 ， 为提高双回直流控制的可 靠性 ， 每回的直流控 制 系 统 均 配 置 了 完 整 的 双 回 控 制功能 ， 包括双回功率控制 、 安稳调制控制及无功控 ， 制功能等 以提 高 双 回 直 流 控 制 系 统 的 可 靠 性 。 当 冗余的双回层控制 系 统 失 去 后 ， 剩余的双回直流站 控系统能够实现双 回 直 流 协 调 控 制 的 全 部 功 能 ， 双 回直流仍旧能够正常运行 。 双回直流中有一回作为
１ 共站同塔双回直流输电系统结构
共站同塔双回直流输电系统换流站结构如附录 Ａ图Ａ １所 示。 一 次 系 统 主 要 包 括 有 换 流 变 压 器、 交流滤波器 、 换流 阀 、 平 波 电 抗 器、 直流滤波器以及 直流线路等 ， 双 回 共 ４ 个 极， 每极换流阀采用１个 ， 、 １ ２ 脉动换 流 器 共 用 交 流 场 接 地 极 和 线 路 杆 塔 。 １ ２脉动换流器是现代高压直流工程的基本运行单 １ ９］ 。 其控制保护系统是高压直流输 电 工 程 的 “ 元［ 大 ，对 工 程 整 体 性 能 和 可 靠 性 有 重 要 影 响 。 脑” — １ １ ９ —
０ 引言
同塔双回 、 多回输电可有效利用线路走廊 ， 节约 土地 ， 降低建设成本 ， 已在国内外交流输电得到了较 学术 界 已 对 同 塔 线 路 间 稳 态 和 暂 态 为广泛的应用 ， 过程中的相互影响 及 解 决 措 施 进 行 了 大 量 的 研 究 ， １ － ７］ 。 取得了丰硕的成果 ［ 为充 分 利 用 输 电 走 廊 资 源 ， 高压直流输电线路 同塔架设的双回直流多 也可以采用同塔双 回 技 术 ， 个极导线之间存在 静 电 耦 合 和 电 磁 耦 合 ， 会产生一 ， 定的相互影响 反过 来 也 可 能 对 各 回 直 流 运 行 产 生 影响 。 ±５ ０ ０ｋ Ｖ 林枫直流和技改后 的 ±５ ０ ０ｋ Ｖ葛 南直流输电线路同塔架设 ９ 专题研究和现场 ０ ７ｋ ｍ， 各极导线间的耦合关系不会影 调试测试数据表明 ： 响同塔直流输电系统的稳态运行 ； 单极／双极启动对 健全极和另外一回直流系统的影响与常规直流基本 单极紧急停运 、 直流线路故障对健全极的影响 相当 ； 但故障清除后 ， 正在运行的直 比常规单回直流稍大 ， 流系统均能快速恢 复 稳 态 运 行 ； 逆变侧交流系统故 但故障 障时双回直流系统 可 能 同 时 发 生 换 相 失 败 ， ； 消失后直流系统均 能 快 速 恢 复 同 极 性 的 两 极 线 同 时对地故障时直流线路中点的暂态过电压比常规直 ８ － １ ２］ 。 流高 ［ 巴西 Ｉ ｔ ａ ｉ ｕ ±６ ０ ０ｋ Ｖ， ６． ３ ＧＷ 双 回 直 流 输 电 ｐ 工程送受端均换流站共建 ， 但双回线路不同塔 ， 正常 运行时送端 Ｆ ｏ ｚ ｄ ｏ Ｉ ｕ ａ ｃ ｕ 换流站和受端Ｓ ｏ Ｒ ｏ ｕ ｅ ｇ ｑ［