特高压柔性直流换流阀启停过...阀控自检功能缺陷及优化方法_卢堃.pdf
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1、 特高压柔性直流换流阀启停过程阀控自检功能缺陷及优化方法卢堃,周世威(中国南方电网有限责任公司超高压输电公司柳州局,广西 柳州 )摘要:在当今的输电技术中,柔性直流输电技术已经成为一种主流技术形式。而在柔性直流输电技术的具体应用中,柔性直流换流阀阀控是其核心部分。首先介绍了柔性直流换流阀阀控系统结构,然后针对阀控系统的全链路试验系统架构进行介绍,同时阐释了特高压柔性直流换流阀启停过程阀控自检功能及阀控旁路模块逻辑。通过开展柔性直流换流阀的阀控系统自检功能试验,验证阀控系统自检功能的正确性与可靠性,同时针对试验中所出现的问题,对阀控系统自检功能提出优化方案,从而实现阀控系统可靠性的提升。关键词:
2、柔性直流输电技术;阀控系统;自检功能中图分类号:,(,):,:;收稿日期:作者简 介:卢 堃(),从 事 高 压 直 流 运 维 工 作;周 世 威(),从事高压直流运维工作。引言基于模块化多电平换流器的高压直流输电(,)技术已成为高压直流输电发展趋势。根据国家“十三五”及南方电网“十三五”规划,云南昆北至广西柳州和广东龙门的多端混合直流工程(简称昆柳龙直流)已于 年建成投产,其输送容量为 ,是南方电网输送容量 最 大 的 直 流 工 程。昆 柳 龙 多 端 直 流 工 程 采 用 多端混合直流输电方案。其中,送端云南建设 、常 规 直 流 换 流 站(云 南 昆 北 换 流站),受端广东建设
3、 、柔性直流换流站(广东龙门换流站),广西建设 、柔性直流换流站(广西柳州换流站),送电距离全长约 。目前,对柔性直流阀控的测试和试验方法已经有了大量研究。文献 针对厦门 柔性直流输电工程进行了阀控保护系统设计,详细描述了阀控的功能模块设计,并实现了工程应用。文献 提出了南方电网鲁西背靠背直流异步联网工程控制保护系统设计方案,并对控制保护功能及性能试验做了说明。但以上文献均未提及柔性直流阀控测试和试验的方法。文献 提出了柔性直流阀控全链路试验方案,详细描述了阀控架构、全链路试验系统架构及其主要的模拟功能、试验项目设计等,但只是从宏观的角度对阀控全链路的整套试验方案进行阐述,并未从微观角度提及换
4、流阀的阀控自检功能。为此,本文对特高压柔性直流换流阀启停过程阀控自检功能进行重点研究。电工技术电力自动化柔性直流混合型结构 柳州换流站的混合型 由个桥臂构成,分别为 相上桥臂、相下桥臂 、相上桥臂、相 下 桥 臂 、相 上 桥 臂 、相 下 桥 臂。每个桥臂由 只功率模块串联组成,其中 只为全桥功率模块(包含 只冗余模块),只为半桥功率模块。混合型 拓扑如图所示。图混合型 电路柔性直流阀控系统 柔性直流阀控系统架构本文所述柔性直流换流阀阀控系统()主要由面双重化冗余的阀控主机屏、面阀脉冲分配屏组成。其中,阀控主机屏主要完成顺控逻辑,并接收来自换流器控制保护系统()的控制命令和数据,将 下发的电
5、压调制信号转换为触发脉冲传送给脉冲分配屏,从而控制每个功率模块工作;同时阀控主机屏还实现冗余切换、环流抑制及故障保护等功能。脉冲分配屏主要用于接收上层阀控主机屏的控制保护命令,向上层阀控主机屏反馈换流阀的状态和故障信息;同时向下层功率模块控制板发送控制命令,并接收功率模块上传的状态和故障信息。阀控主机屏和脉冲分配屏采用交叉冗余连接方式,如图所示。图阀控交叉冗余架构 全链路试验系统架构本文所涉及的试验系统是基于“直流系统控制保护阀控功率模块单元控制实时数字仿真器”为架构的全链路试验系统,如图所示。该系统能够验证以往功能性试验动态性能试验()无法覆盖的光纤分配、模块控制板卡等环节的逻辑功能,实现对
6、光纤分配屏和高压柔 性 直 流 换 流 器 内 部 高 电 位 控 制 保 护 功 能 的 全 面测试。图全链路试验系统架构 阀控系统顺控逻辑阀控系统顺序控制主要有停运、不控充电、可控充电、解锁等状态,如图所示。图阀控系统顺序控制状态框图()停运状态下,、建立通信连接,对 的所有软件与硬件故障信息进行检测。()不控充电状态下,接收 下发的充电命令,交流侧断路器合闸对换流器进行充电。由于换流阀功率模块的控制板卡取电于换流阀,当模块电压大于 时控制板卡取能电源开始工作,因此根据换流阀功率模块控制板卡得电情况,可将该状态分为两个阶段,即功率模块电压小于 时控制板卡未得电与功率模块电压大于 时控制板卡
7、得电。()可控充电状态下,阀控通过执行自均压策略来实现功率模块电压的稳定。()运行状态是指处于可控充电状态下的换流阀在收到 下发的解锁指令后进入运行状态。()换流阀处于不控充电、可控充电及运行中的任何一个状态时,如果检测到故障,阀控就会将其转为停运状态。阀控系统模块旁路逻辑系统内部或外部发生扰动时,为了尽可能保证功率模块的安全,并避免整个系统因部分功率模块故障而停运,在出现故障功率模块时应能对其进行可靠旁路。功率模块是否允许旁路,取决于该功率模块所在桥臂是否允许旁路,即该桥臂的桥臂控制板接收到的由阀控主控板下发的“允许旁路信号”使能位是否有效(使能位为时有效,电力自动化电工技术 为时无效)。阀
8、控主控板下发的“允许旁路信号”使能位有效的条件是功率模块上传至桥臂控制板的自检信息标志位为。其中,自检信息主要包含充电完成、配置完成和复位完成。如图所示,当功率模块的自检信息(配置完成、充电完成、复位完成)均满足时,该功率模块才能向桥臂控制板传递标志位,若三者中的任何一个不满足,则功率模块向桥臂控制板传递的标志位为。()充电完成。功率模块电压达到 及以上时,模块控制板卡得电,即会给桥臂控制板反馈功率模块充电完成信号。()配置完成。阀控主控板给桥臂控制板下发参数配置命令,功率模块收到桥臂控制板下发的配置命令和配置参数后,给桥臂控制板反馈配置完成信号。()复位完成。桥臂控制板收到子模块反馈充电完成
9、和配置完成的信号后下发复位命令,即把当前运行数据清零的操作信号。功率模块执行复位命令后,给桥臂控制板反馈复位完成信号。当桥臂控制板收到超过 只功率模块反馈回的充电完成、配置完成、复位完成信号时,阀控主控板下发至该桥臂的桥臂控制板“允许旁路信号”使能位有效。桥臂控制板“允许旁路信号”使能位有效下发后,若检测到该桥臂某功率模块故障(如上行通信故障、下行通信故障以及其他故障)时,则该功率模块旁路。以相上桥臂为例,功率模块旁路逻辑如图所示。图 桥臂控制板模块旁路逻辑框图 阀控冗余用尽保护的个桥臂中,每个桥臂有 个子模块,其中 个用作冗余。若某桥臂旁路模块数超过 个,则称该桥臂子模块冗余用尽,阀控系统中
10、的冗余用尽保护会出口,使阀控系统退至停运状态。功率模块自检信息的传递功率模块自检信息主要包含充电完成、配置完成、复位完成。功率模块自检流程如下。()功率模块上电后,模块控制板通过硬件实现信息自检,将自检信息上传到阀控系统。()模块控制板完成自检后,上传自检信息到脉冲分配板,脉冲分配板对自检信息数据进行实时更新与锁存,再上传到切换板。()桥臂控制板汇总整个桥臂的功率模块自检信息。()桥臂控制板将功率模块自检信息反馈给主控板。()桥臂控制板将命令字发送到脉冲分配板。()脉冲分配板接收命令字并发送到模块控制板。()模块控制板接收命令字。功率模块自检信息数据传递流程如图所示。图功率模块自检信息数据传递
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