直流输电控制保护系统【】西北电力设计院

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及电流等以及控制系统本身的信息进行监视。
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(二)控制系统的配置要求
� (1)控制系统多重化设计

为了达到直流工程所要求的可用率及可
靠性指标,直流输电系统全都采用多重化设
计,通常采用双通道设计,其中一个通道工作
时,另一通道处于热备用状态。
� 当工作中的通道发生故障时,切换逻辑将其退 出工作,处于热备用状态的通道则自动切换至 工作状态,这种自动切换不应对直流输送功率 产生明显的扰动。
� MACH2硬件系统采用高可靠性的多处理器的工业PC作 为主计算机,是ABB公司在MACH系统的基础上发展起 来的。
� MACH2系统具有很高的集成度,可将所有的控制功 能,所有的保护(直流和交流),远方控制接口,暂态 故障记录,事件顺序记录和人机接口计算机连接功能集 成在整个系统内。
� MACH2系统已广泛用于工业控制系统和直流输电工程
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(1)控制系统多重化设计 � 直流控制系统双重化或多重化的范围
从测量二次线圈开始包括完整的测量回 路,信号输入、输出回路,通信回路, 主机,和所有相关的直流控制装置。 � 双极、极和换流单元层次及阀冷却系统 都按双重化的原则配置控制装置。
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(二)控制系统的配置要求
� (2)控制系统分层结构的设计 � 所谓直流输电控制系统分层结构,是
范围内。直流电压参考值由VARC 功能进行计算。 � 整流侧和逆变侧都有电压控制器。
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2 直流输电系源自文库基本控制配置
� (3) 最小电流限制 � 为防止换流阀在低电流导通期间熄
火,将最小电流限制为0.1倍的额定电 流值。
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2 直流输电系统基本控制配置
� (4) 低压限电流 � 如果交流电压降低,交流滤波器和并联电
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(一)高压直流控制系统实现的基本功能
� 高压直流控制系统要完成以下基本控制功能: � (1)直流输电系统的起停控制; � (2) 直流输送功率的大小和方向的控制 ; � (3)抑制换流器不正常运行及所连交流系统的干
扰; � (4)发生故障时,保护换流站设备; � (5)对换流站、直流线路的各种运行参数,如电压
定,逆变侧调节器的定值比整流侧一般小0.1pu( 标幺值),这就是电流裕度。 � 根据电流裕度控制原则,此电流裕度无论在稳态运 行还是暂态情况下都必须保持,一旦失去电流裕度 ,直流系统就会崩溃。
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1 直流系统基本控制特性
� 若电流裕度取得太大,当发生控制方式转换时,传 输功率就会减少太多;
� 若电流裕度取得太小,则可能因为运行中直流电流 的微小波动导致两端电流调节器都参与控制,造成 运行不稳定。
开的,各控制区域内控制设备和I/O子系统之间的 通信是单发单收的,没有交叉。 � 总控制区域的控制设备通过冗余的SCADA LAN 网络与SCADA系统通讯,实现网上各设备之间的 数据共享。
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1)ABB公司的MACH2系统
� 数据总线传输速率: � SCADA系统LAN总线:100Mbps � CAN现场总线:1Mbps � TDM现场总线:10~40Mbps
� 两公司利用自身的技术和人才优势,分别学习ABB、 SIEMENS公司的直流控制和保护技术,截止2009年 底,两公司已为我国多条直流输电工程提供了控制保护 系统,并做了一些改进工作 。
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一、前言 二、国内外直流控制保护技术的介绍 三、高压直流控制系统 四、高压直流保护系统 五、高压直流远动系统 六、换流站运行人员控制和监视(SCADA) 系统
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2) SIEMENS的SIMADYN D 系统
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2) SIEMENS的SIMADYN D 系统
� 其图形编辑功能可使运行人员在完全没 有编程知识的情况下很容易地掌握使 用,灵活地修改控制框图.
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2) SIEMENS的SIMADYN D系 统
� (2)SIMATIC S5 � SIMATIC S5 硬软件均属标准化设计,
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一、前言
� 多端直流输电系统由于控制器协调困难 等原因极少使用,故关于多端直流输电 系统的控制调节在此不加以叙述。下面 我们针对两端直流输电系统的控制保护 系统进行讲述 :
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一、前言 二、国内外直流控制保护技术的介绍 三、高压直流控制系统 四、高压直流保护系统 五、高压直流远动系统 六、换流站运行人员控制和监视 (SCADA)系统
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(二).国内直流控制保护技术的研究情况

国内直流控制保护系统的研究开始比较
早,但在2000年前我国自主研制的直流控制
保护系统中目前几乎没有一项技术通过了国家
级的鉴定,而其设计的工程对象也是小容量低
电压等级的六脉动系统,虽为我国直流输电技
术积累了经验,但与国内目前正在建设的超高
电压等级的系统在复杂程度方面要小得多。
将直流输电换流站和直流输电线路的全 部控制功能按等级分为若干层次而形成 的控制系统结构。 � 以典型的双极直流输电系统为例,其控 制系统一般分为四层:整体控制、主控 制、极控制和换流桥控制。
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(2)控制系统分层结构的设计
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(2)控制系统分层结构的设计
� 整体控制:是指考虑直流输电系统在整个电力系统 中的位置和影响,涉及到的一些控制策略,如根据 电网的稳定性要求而对直流输电系统输送的功率值 的限制等。
� 监控系统的通信采用了分层次的串行总线结构,使
用国际标准总线。
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1)ABB公司的MACH2系统
� 现场总线
� 监控设备之间的通信通过冗余的控制区域网 (CAN现场总线)和分时多路总线(TDM现场总线) 实现各监控设备间的数据交换。柜外的现场总线均 采用光纤电缆联接。
� CAN现场总线 � CAN总线具有短信息结构和低延迟的双向高速
� 主控制:根据功率指令等确定电流指令,并提供协 调的电流指令给所有的极。通过提供极控制和整体 系统控制之间的一个界面,把调度中心要求输送的 直流功率根据当前的双极各自的运行模式转化为具 体的电流指令,分发到各个极中。所以主控实际即 为双极层的控制。
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(2)控制系统分层结构的设计
� 极控制:协调一个极内换流桥的控制。从电流整定 值到触发角整定值的转换,分接头控制,以及部分 与触发角等密切相关的保护功能的实现,都是在极 控制这一层完成。这一层是直流输电控制系统的核 心部分。
� 这种整流器和逆变器控制特性的组合,就是电流 裕度控制特性。
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2 直流输电系统基本控制配置 � 直流输电的控制除了包括实现各种运行
方式的基本控制模式外,还包括各种基 本的控制器和限制器等。 � 正常情况下,整流侧控制直流电流,逆 变侧控制直流电压 :
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2 直流输电系统基本控制配置
� (1) 电流控制器 � 整流侧和逆变侧配置完全一致的闭环
� 对于那些不能分设到极或换流单元控制层的与 双极功能有关的装置,放在双极功能组中,但 进行双重化及耐故障设计。
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(三)直流输电系统基本控制特性及其配置
1 直流系统基本控制特性

直流系统基本控制特性示意图
� (a)电流裕度控制特性
(b)直流系统实用控制特性
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1 直流系统基本控制特性
� 电流裕度控制: � 为了避免两端电流调节器同时工作引起调节的不稳
电流控制器,电流控制器为闭环控制。 � 正常工况下,整流侧控制直流电流,逆
变侧控制直流电压,这是通过在逆变侧 的电流指令中减去一个电流裕度来实现 的。

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2 直流输电系统基本控制配置
� (2) 电压控制器 � 电压控制器功能包括: � (a) 空载加压试验控制; � (b) 过电压限制器(仅整流侧); � (C) 直流电压控制器; � 逆变侧的直流电压控制器将直流电压控制在允许
� 其中直流控制保护技术是换流站二次系 统的核心技术,交流场控制及SCADA 系统与交流变电站的控制系统相似。
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一、前言
� 高压直流输电与交流输电相比较的 一个显著特点是可以通过对两端换流器 的快速调节,控制直流线路输送功率的 大小和方向,以满足整个交直流联合系 统的运行要求,也就是说直流输电系统 的性能,极大地依赖于它的控制保护系 统。
� 绝大多数高压直流工程所采用的电流裕度都是 0.1pu
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1 直流系统基本控制特性
� 正常运行时,通常以整流侧定直流电流,逆变侧 定直流电压运行,其运行工作点为图(a)中的N。
� 当整流侧交流电压降低或逆变侧交流电压升高很 多时,使整流器进入最小触发角控制,此时逆变 侧则自动转为控制直流电流,其整定值比整流侧 的小0.1pu,其运行工作点为图(a)中的M。
通信功能,用于传送二进制信号,没有主从关系。 对于比较长的通讯通道,采用CAN/HDLC桥电路 对CAN母线进行延伸,从而实现整个换流站内设备
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的通信。
1)ABB公司的MACH2系统
� TDM现场总线 � TDM总线是一种单向传送、大容量、低迟延的高
速总线,用于模拟量信号的高速传送。 � 冗余的控制保护柜的TDM现场总线是完全独立分
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1)ABB公司的MACH2系统
� ABB公司在控制保护系统设计中采用的主要接口 板有:
� PS830系列计算机网络连接板;PS850系列数字 量I/O接口板;PS850系列模拟量I/O接口板; PS870系列通讯接口板;PS890系列电源单元; PS900系列阀控单元等。各种不同类型的接口板 组合成不同的控制接口柜来实现各种控制及测量功 能。
� 换流桥控制:确定一个换流桥内各阀的触发时刻, 即由极控制得到的触发角获得对应各阀的触发脉 冲,分发到各个阀上,同时也对触发脉冲的返回信 号进行一定的处理。该层在控制系统中具有最快的 响应。
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(2)控制系统分层结构的设计
� 物理上,控制功能尽可能按不同等级配置到 较低的控制层次。
� 与双极功能有关的装置尽可能的分设到极和换 流单元控制层,使得与双极功能有关的装置减 至最少;
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(一)国外直流控制保护系统
� 2) SIEMENS的SIMADYN D系统 � 西门子公司在控制系统设计中采用了SIMADYN
D和SIMATIC S5两种控制硬件 � (1)SIMADYN D � SIMADYN D是一种快速多微处理器可编程控制
系统,可适于高速(0.5ms~10ms)控制,具 有多于300种的标准功能块,可实现各种控制功 能,
用于执行速度较慢的控制功能和顺序控制 (50m~300ms),具有模块化结构, 并有事故安全保证。 � SIMATIC S5已广泛用于工业控制系统, 直流输电方面也有较多应用。
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2) SIEMENS的SIMADYN D系统
� 西门子公司在SCADA系统设计中采用的部件有I/0单元 SU200,就地联锁控制装置8TK,光纤接口单元0LM, 光纤,传感器和对时接口等。
� 全站控制系统分为极1控制、极2控制、DC站控、交流 站控四部分。
� 高压直流保护按极三重化配置,通过SU200作为极控系 统的一个就地单元与主机交换信息,高压直流保护柜的 动作出口采用三取二出口方式.

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� 这两种系统都具有先进的体系结构,图 形化的软件开发环境,系统集成化和标 准化程度高的特点,在工程中都有成功 运行经验。
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二、国内外直流控制保护技术的介绍
� (一)国外直流控制保护系统

国外先进的直流控制保护
系统典型的有ABB的MACH2 和
SIEMENS的SIMADYN D这两种系
统 。下面对这两种系统作简单介绍:
� 1)ABB公司的MACH2系统
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1)ABB公司的MACH2系统
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1)ABB公司的MACH2系统
高压直流输电控制保护系统
许玉香 西北电力设计院 2010年3月3日 西宁
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� 一、前言 � 二、国内外直流控制保护技术的介绍 � 三、高压直流控制系统 � 四、高压直流保护系统 � 五、高压直流远动系统 � 六、换流站运行人员控制和监视(SCADA)
系统
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一、前言
� 换流站二次系统包括直流控制、直流保 护、交流场控制保护、SCADA系统 等,
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(二).国内直流控制保护技术的研究情况
� 为了能在较短的时间内设计和制造出具有国际先进水平 的直流控制保护系统,国家采取了积极的技术引进策略。
� 2001年南京南瑞继保电气公司从ABB公司引进 MACH2直流控制和保护系统的制造技术,
� 1999年许继电气开始从SIEMENS公司引进SIMADYN D直流控制和保护系统的制造技术,
容器产生的无功也会下降。为避免交流电压崩 溃,降低换流器的无功消耗是很重要的。低压 限电流控制的一个主要目标就是快速降低直流 电流以降低无功消耗。 � 低压限电流控制的另一个特点是在电压恢 复过程中,利用电流指令增加进行恢复以降低 换相失败的可能性。
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