高峰

摘要 和高壓直流相比，特高壓直流的特點在于運行方式靈活且多樣，在大功率及長距離輸電中表現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢，現(xiàn)已在世界各地得到了廣泛的應(yīng)用。直流輸電控制和保護技術(shù)是整個特高壓系統(tǒng)的大腦，在系統(tǒng)的運行中有著十分重要的地位，直接決定了直流工程的運行狀態(tài)和安全性。近年來，在科技和經(jīng)濟等多種因素的作用下，直流輸電的控制保護技術(shù)不斷改進和發(fā)展，尤其是在保護手段和設(shè)備性能上。為此，本文結(jié)合當(dāng)前實際，分析了特高壓直流輸電的控制保護技術(shù)，探討了其應(yīng)用效果和價值，希望能夠為我國電力系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展提供一些理論上的參考。

關(guān)鍵詞 特高壓；直流輸電；控制保護技術(shù)；應(yīng)用分析

中圖分類號TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號2095—6363（2017）03—0061—02

如今，計算機技術(shù)的發(fā)展及用電需求量的增加，給直流輸電技術(shù)提出了更高的要求，在這種情況下，直流輸電控制保護技術(shù)也隨之發(fā)展，表現(xiàn)為控制保護策略不斷改進、換流元件不斷進步、設(shè)備及裝置性能提高等。這項技術(shù)的發(fā)展也為特高壓直流輸電系統(tǒng)的進步提供了基礎(chǔ)條件。為此，本文結(jié)合上述情況，分析了特高壓直流輸電控制和保護技術(shù)的基本控制保護技術(shù)，希望能夠為該項技術(shù)的應(yīng)用提供一些參考和建議，具體內(nèi)容如下。

1直流輸電的基本控制保護技術(shù)分析

直流輸電主要通過接入三相電壓換流元件，并按照順序完成交流電流，這個過程成為整流端。觸發(fā)角指的是將換流元件和其相連的交流電壓的過零點看做起點進行計算和預(yù)測所得的數(shù)據(jù)結(jié)果，當(dāng)交流系統(tǒng)的參數(shù)為固定值時，觸發(fā)角就成為了控制直流電壓值的主要內(nèi)容，它會導(dǎo)致整個直流回路電流值的變化，影響電力輸送的過程。由此可以分析出，換流元件的觸發(fā)角是控制直流輸電的最終變量。另外，直流控制技術(shù)中最為重要的是Vd/Id曲線，這兩條曲線描述了直流通電觸發(fā)角和不同直流電壓、電流的影響，是直接決定輸電系統(tǒng)運行狀態(tài)的重要參數(shù)。

當(dāng)前，直流輸電的基本控制技術(shù)可以概括為以下幾點。首先，確定觸發(fā)角，根據(jù)上文提到的，觸發(fā)角是直流電流的控制技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)，在取直流電流、電壓和取逆變側(cè)換流器的電流關(guān)閉和斷開時刻，不同的控制策略形成了以電流調(diào)節(jié)器、逆變側(cè)熄弧角調(diào)節(jié)器、電壓調(diào)節(jié)器為主的經(jīng)典控制三角。其次，確定觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖如何發(fā)生，需要考慮到交流電壓是否同步，以及是按照間距觸發(fā)還是按相觸發(fā)為主要方法。確定觸發(fā)角主要是控制各個數(shù)據(jù)的精度，若精度準(zhǔn)確，能夠有效計算觸發(fā)角輪回的計時和計數(shù)。在早期，直流輸電主要通過硬件鎖相倍頻發(fā)生器來完成這一過程，而現(xiàn)在，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號處理器利用軟件方式就可以完成這一步驟，且觸發(fā)角的進度得到了有效提高。采用按相儲控制觸發(fā)角是一種傳統(tǒng)的模式，很容易造成交流電壓不穩(wěn)定，三相電壓不對稱的情況，導(dǎo)致?lián)Q流器的觸發(fā)脈沖不等距，影響整個直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而從20世紀(jì)60年代起，就已經(jīng)以等間距控制為主要的觸發(fā)角控制方式。

2特高壓直流輸電控制及保護技術(shù)分析

2.1直流控制技術(shù)

1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)來看，直流控制系統(tǒng)的特點在于任何情況下都能夠從極中修改換流閥，同時在運行過程中，可以直接維護其中某個換流閥，當(dāng)換流閥出現(xiàn)故障時，可以在將其隔離開來，保護其他系統(tǒng)的正常運行。且極層電流的控制設(shè)備可以對每個換流閥進行獨立設(shè)置，實現(xiàn)雙極協(xié)調(diào)控制。特高壓直流控制系統(tǒng)實現(xiàn)了極層、雙極層和換流器層的分離，避免了某處發(fā)生故障后對其他結(jié)構(gòu)所造成的影響。特高壓針對換流層而提出了極層電流控制、換流層啟動控制和串聯(lián)順序控制等特殊的功能。

2）LAN網(wǎng)安全性。在高壓直流輸電工程中，主要是利用雙重化的LAN網(wǎng)將系統(tǒng)和計算機相連接，而特高壓直流輸電系統(tǒng)中，則是通過串流換流閥進行了雙重化的LAN設(shè)置，這種方式能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)進行分區(qū)管理和控制，并通過防火墻和其他保護設(shè)置來保護直流輸電系統(tǒng)的安全性，避免了外界的入侵，可有效提高系統(tǒng)的防御能力。另外，分區(qū)域的LAN管理還能夠減少總線的復(fù)雜性，使系統(tǒng)更加安全可靠。

3）主機穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的MACH2板卡較少發(fā)生故障，但是為了確保運行的流暢性，特高壓直流輸電系統(tǒng)中的DCC800還是去掉了有一定概率發(fā)生故障的板卡。從主機結(jié)構(gòu)來看，特高壓直流的控制系統(tǒng)采用了冗余主機，不同層和系統(tǒng)之間通過光纖進行連接，這樣能夠避免軟件的切換，可通過FPGA編程有效控制系統(tǒng)的快速切換。

4）控制算法。特高壓直流輸電控制算法主要包括功率補償、閥組控制、換流單元的在線投退策略、融冰運行模式等部分，這是其與普通高壓直流輸電控制系統(tǒng)的最大區(qū)別，也是進行裝置和系統(tǒng)修改的主要區(qū)域。

2.2直流保護技術(shù)

1）對換流變壓器的保護。在雙極運行不平衡、不對稱或者中性線連接出現(xiàn)故障時，會產(chǎn)生較大的變壓直流電流，為了進一步顯示出換流變壓器的飽和情況，避免直流電流進入換流變壓器而導(dǎo)致直流飽和，特高壓直流系統(tǒng)提出了利用安裝直流電流互感器的方式來加強對換流變壓器的保護，這是因為，變化變壓器中性線中有1個中性點，這個點能代表著直流電流的周期性峰值，是反應(yīng)換流變壓器直流偏磁情況的一個關(guān)鍵部分。總的來說，對于換流變壓器的保護主要是監(jiān)測變壓器中性線的直流電流和，確定各項參數(shù)在設(shè)置的定值之下，若出現(xiàn)參數(shù)異常的情況，系統(tǒng)會通過自行報警、切斷電路和跳閘的方式進行有效閉鎖。

2）不平衡運行保護。在運行中，如果不同站點的換流器數(shù)量不一致，會導(dǎo)致系統(tǒng)不平衡的情況，而直流保護技術(shù)會通過檢測閥組數(shù)目，來確定是否進行保護動作。一旦檢測出異常，會通過強制停運來對保護換流單元的運行。

3）旁通對過載保護。這一保護裝置的目的在于避免旁通對過載過程中出現(xiàn)的可控硅過載，其原理為通過檢測投入過程中旁通晶閘管的溫度，確定晶閘管的承受能力，進而保護其他相應(yīng)的閥組，通過動作鎖閉、充足旁通斷路器將該系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦綦x狀態(tài)，以此來避免異常電流和電壓的不良影響。

4）閥連接母線區(qū)保護。特高壓直流系統(tǒng)和高壓直流系統(tǒng)的不同在于，增加了閥連接母線區(qū)的保護，這項保護裝置是用來檢測每級脈沖換流器的接地故障問題，若脈沖換流器大于整定值，系統(tǒng)就會自動延時跳閘。

3結(jié)論

本文分析了特高壓直流輸電控制保護系統(tǒng)的具體技術(shù)，分析了其在系統(tǒng)保護中發(fā)揮的作用，并對比了和常規(guī)高壓直流控制保護技術(shù)的不同?？偟膩碚f，特高壓直流控制保護系統(tǒng)有著串聯(lián)閥組的功能，可提高閥組之間的協(xié)調(diào)控制例，使直流輸電系統(tǒng)的運行更加流暢和靈活?？梢灶A(yù)見，隨著技術(shù)的發(fā)展，特高壓直流輸電的控制和保護技術(shù)一定會發(fā)揮出更大的作用。