莊衛(wèi)金， 王 艷， 孫名揚(yáng)， 黃龍達(dá)， 于 芳， 張永剛

(中國電力科學(xué)研究院南京分院，江蘇 南京 210003)

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±500 kV多端柔性直流輸電系統(tǒng)監(jiān)視功能設(shè)計(jì)

莊衛(wèi)金， 王 艷， 孫名揚(yáng)， 黃龍達(dá)， 于 芳， 張永剛

(中國電力科學(xué)研究院南京分院，江蘇 南京 210003)

柔性直流輸電系統(tǒng)在交直流系統(tǒng)互聯(lián)、大規(guī)模風(fēng)光并網(wǎng)等方面具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢，隨著高壓大容量多端柔性直流輸電系統(tǒng)的逐步應(yīng)用和推廣，現(xiàn)有調(diào)度主站的監(jiān)控功能已不能滿足其發(fā)展需求。文中詳細(xì)分析了華北±500 kV/3000 MW四端環(huán)形柔性直流電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和關(guān)鍵設(shè)備特性，面向半橋型模塊化多電平換流器+直流斷路器的組網(wǎng)方式，以換流站無人職守為目標(biāo)，提出了基于主站調(diào)度控制系統(tǒng)的監(jiān)視功能框架，給出了電網(wǎng)建模、信息采集、拓?fù)浞治黾爸悄芨婢戎饕O(jiān)視模塊的功能方案，以支撐對高壓大容量柔性直流電網(wǎng)的監(jiān)視，為后期工程實(shí)施提供借鑒。

柔性直流；電網(wǎng)建模；拓?fù)浞治?；智能告?/p>

0 引言

柔性直流輸電是構(gòu)建智能電網(wǎng)的重要裝備，與傳統(tǒng)方式相比，其在交直流系統(tǒng)互聯(lián)、大規(guī)模風(fēng)光并網(wǎng)等方面具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢，具有交流及常規(guī)直流不具備的向無源電網(wǎng)(孤島)供電、快速獨(dú)立控制有功與無功、潮流反轉(zhuǎn)便捷、運(yùn)行方式變換靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)，是改變大電網(wǎng)格局的戰(zhàn)略選擇[1-3]。國際上已成功應(yīng)用于風(fēng)電并網(wǎng)、電網(wǎng)互聯(lián)、孤島和弱電網(wǎng)供電、城市供電等領(lǐng)域，我國也已成功投產(chǎn)廈門±320 kV/1000 MW、舟山±200 kV/1000 MW等多個(gè)柔直工程，在直流輸電領(lǐng)域積累了一定的研發(fā)儲(chǔ)備[4-9]。隨著我國新能源的大規(guī)模開發(fā)利用和全球能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，高壓大容量多端柔性直流輸電系統(tǒng)將逐步應(yīng)用和推廣。2020年，中國將建成世界首個(gè)±500 kV/3000 MW四端環(huán)形柔性直流輸電系統(tǒng)，并首次實(shí)現(xiàn)±500 kV直流斷路器的示范應(yīng)用。

關(guān)于柔性直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行控制、保護(hù)及故障處理，國內(nèi)外均進(jìn)行了大量的分析、探索和仿真[10-17]，但對多端柔性直流電網(wǎng)協(xié)同調(diào)度進(jìn)行描述和分析的文獻(xiàn)卻很少，而監(jiān)視作為調(diào)度控制的基礎(chǔ)，更是鮮見報(bào)道?，F(xiàn)有主站調(diào)控系統(tǒng)對于柔性直流電網(wǎng)的處理偏重于滿足電網(wǎng)調(diào)度業(yè)務(wù)，尚未實(shí)現(xiàn)針對柔性直流輸電系統(tǒng)的全面監(jiān)視。隨著電壓等級(jí)和輸送容量的升高，±500 kV柔性直流輸電系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備特性上將發(fā)生較大的變化，實(shí)際運(yùn)行中將呈現(xiàn)更復(fù)雜的運(yùn)行特點(diǎn)和故障特性，現(xiàn)有主站調(diào)控系統(tǒng)難以提供有效的監(jiān)視手段。

本文結(jié)合目前柔性直流電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)及未來發(fā)展趨勢，分析了±500 kV多端直流電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和關(guān)鍵設(shè)備特性；面向半橋型模塊化多電平換流器(HB-MMC)+直流斷路器的組網(wǎng)方案，提出了基于主站調(diào)控系統(tǒng)的監(jiān)視功能架構(gòu)；從電網(wǎng)建模、信息采集、拓?fù)浞治黾爸悄芨婢确矫娼o出了主要監(jiān)視模塊的功能方案，并以典型的直流架空線路故障為例闡述了智能告警模塊的推理邏輯。

1 柔性直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及設(shè)備特性分析

2020年建成的華北±500 kV/3000 MW四端環(huán)形柔性直流電網(wǎng)規(guī)劃方案如圖1所示。因張家口市康保縣光伏資源豐富，張北縣風(fēng)電資源豐富，承德市豐寧縣水資源豐富，而延慶及北京市存在負(fù)荷需求，考慮在康保、張北、豐寧、延慶(或昌平)四地選點(diǎn)，組成環(huán)形直流電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)、光、水互補(bǔ)與清潔能源匯集消納。

圖1 ±500 kV/3000 MW四端環(huán)形柔性直流電網(wǎng)規(guī)劃方案Fig.1 Planning scheme for ±500 kV/3000 MW four-terminal looped VSC-HVDC grid

當(dāng)風(fēng)電和光伏大發(fā)時(shí)，除滿足受端負(fù)荷外的多余電力送往豐寧站抽水蓄能，當(dāng)風(fēng)電和光伏低谷時(shí)，豐寧站放水發(fā)電通過直流電網(wǎng)滿足受端負(fù)荷的需求。圖1中多條直流線路間互為冗余，實(shí)現(xiàn)了多電源供電和多落點(diǎn)受電，為多種形式可再生能源發(fā)電的互聯(lián)和送出消納提供了高效傳輸平臺(tái)。

目前，多數(shù)柔性直流輸電系統(tǒng)采用半橋型模塊化多電平換流器(HB-MMC)，其缺陷在于，即使換流器閉鎖后依然無法清除直流故障。為此，國家電網(wǎng)公司正在開展±500 kV直流斷路器樣機(jī)開發(fā)，試圖通過加裝直流斷路器開斷故障電流，實(shí)現(xiàn)故障清除。華北±500 kV直流電網(wǎng)采用“HB-MMC+直流斷路器”組網(wǎng)方式的接線示意圖如圖2所示。在4個(gè)換流站出口和4條直流線路兩端共配置12套直流斷路器，AC1-AC4為連接各換流站的交流系統(tǒng)，T12，T24，T43，T31 為連接各換流站的直流輸電線路。

圖2 HB-MMC+直流斷路器組網(wǎng)方式示意圖Fig.2 Schematic diagram of the grid configuration with HB-MMC and DC breaker

各換流站主要參數(shù)如表1所示。直流線路額定電壓為±500 kV,交流側(cè)母線額定電壓為500 kV?？紤]到輸電距離、電壓等級(jí)以及由此帶來的成本問題，直流輸電線路采用架空線。

表1 換流站參數(shù)Table 1 Parameters of converter stations

對于高壓直流斷路器的選擇，主要存在機(jī)械式、電力電子器件式和混合式3種類型。就目前研發(fā)現(xiàn)狀看，混合式直流斷路器具有較好的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)機(jī)械式直流斷路器受分?jǐn)嗨俣鹊挠绊?，難以滿足直流系統(tǒng)快速分?jǐn)喙收想娏鞯囊?。而純電力電子器件式直流斷路器由于需要較多器件串聯(lián)，通態(tài)損耗大、成本高。近年來，ABB和ALSTOM及國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院先后成功研制出滿足開斷時(shí)間和開斷容量要求的混合式直流斷路器。

2 監(jiān)視功能設(shè)計(jì)

目前，換流站主要采用有人值班，將來也要實(shí)現(xiàn)無人值班，通過主站實(shí)現(xiàn)直流線路、直流斷路器、換流器等設(shè)備的集中監(jiān)控。本文所述±500 kV柔性直流電網(wǎng)跨越河北和北京，屬于華北電網(wǎng)區(qū)域，建成投運(yùn)后將由華北調(diào)控中心監(jiān)視控制。

由于華北電網(wǎng)區(qū)域尚未投運(yùn)任何柔性直流輸電系統(tǒng)，主站調(diào)控系統(tǒng)處理柔性直流電網(wǎng)信息的功能較為薄弱，在現(xiàn)有模型結(jié)構(gòu)上無法直接實(shí)現(xiàn)對柔性直流輸電設(shè)備的建模，不支持對柔性直流換流站信號(hào)和量測的監(jiān)視以及對柔性直流電網(wǎng)的拓?fù)浞治?，更無法根據(jù)柔性直流輸電系統(tǒng)的異常、故障信息實(shí)現(xiàn)智能告警。

本文針對上述情況，提出了面向±500 kV四端環(huán)形直流輸電系統(tǒng)的監(jiān)視功能框架，如圖3所示。實(shí)現(xiàn)柔性直流電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)及換流器、直流斷路器、直流線路等關(guān)鍵直流輸電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視，以及直流輸電設(shè)備異?；蚬收系闹悄芨婢?，適應(yīng)將來的±500 kV柔性直流電網(wǎng)與交流混合電網(wǎng)調(diào)度及換流站集中監(jiān)控要求。首先主站在現(xiàn)有的模型基礎(chǔ)上擴(kuò)展建模范圍，對柔性直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行建模；其次主站在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)上擴(kuò)展采集范圍，通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與各個(gè)換流站互聯(lián)，采集站內(nèi)交流系統(tǒng)、直流系統(tǒng)的各類運(yùn)行信息；最后主站對實(shí)時(shí)運(yùn)行信息進(jìn)行處理和分析，實(shí)現(xiàn)柔性直流輸電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視，并對異常和故障情況主動(dòng)推送告警。

圖3 柔性直流輸電監(jiān)視功能框架Fig.3 Schematic diagram of monitoring functions for VSC-HVDC

2.1 柔直電網(wǎng)建模

華北主站調(diào)控系統(tǒng)現(xiàn)有的模型結(jié)構(gòu)能夠滿足常規(guī)電網(wǎng)的SCADA、潮流計(jì)算、DSA等調(diào)度運(yùn)行的需要。現(xiàn)有調(diào)控系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)需求，直流建模范圍有限，主要對換流器和直流線路進(jìn)行了建模，描述粒度也比較粗，難以適應(yīng)將來±500 kV柔性直流輸電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控要求。為此，需要對調(diào)控主站的電網(wǎng)模型進(jìn)行升級(jí)改造，在交流系統(tǒng)及常規(guī)直流系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上擴(kuò)充柔性直流特性，實(shí)現(xiàn)對柔性直流輸電系統(tǒng)的全面描述。

(1) 直流設(shè)備模型方面。每類設(shè)備對應(yīng)一張表，在換流器表和直流線路表基礎(chǔ)上增加換流閥表、直流線段表、直流斷路器表、直流隔離開關(guān)表、直流接地刀閘表、直流接地極表、平波電抗器表、直流阻波器表、直流濾波器表、直流電壓互感器及直流電流互感器等，并根據(jù)各類設(shè)備的屬性及監(jiān)視分析業(yè)務(wù)需求設(shè)計(jì)相應(yīng)的表結(jié)構(gòu)。

(2) 直流設(shè)備監(jiān)控信號(hào)方面。在保護(hù)信號(hào)表中增加換流器相關(guān)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、直流線路相關(guān)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)以及其他的告警或故障信號(hào)等。

(3) 根據(jù)±500 kV柔性直流輸電系統(tǒng)的具體需求，對其他相關(guān)表進(jìn)行相應(yīng)修改。

2.2 監(jiān)視信息采集

與傳統(tǒng)高壓直流輸電系統(tǒng)不同，柔性直流系統(tǒng)采用可關(guān)斷器件IGBT代替?zhèn)鹘y(tǒng)晶閘管，站內(nèi)無需設(shè)置大量濾波及無功補(bǔ)償裝置，直流場正負(fù)極同時(shí)運(yùn)行，不設(shè)置接地極和中性母線。考慮到電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備特性、運(yùn)行方式及控制策略等方面的不同，主站調(diào)控系統(tǒng)應(yīng)采集以下幾方面信息：直流場信息、交流場信息、設(shè)備狀態(tài)信息、運(yùn)行控制命令信號(hào)。

2.2.1 直流場信息

(1) 運(yùn)行方式。(2) 有功功率。(3) 6個(gè)橋臂電容電壓和6個(gè)橋臂電流。(4) 換流站與交流系統(tǒng)交換的有功、無功功率及其升降速率。(5) 直流單元雙極直流電壓、直流電流、直流功率。(6) 直流單元雙極直流諧波電流和諧波電壓。(7) 換流變壓器直流側(cè)電壓、電流。(8) 換流閥中各IGBT器件的通斷信號(hào)。(9) 直流場中各直流斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘位置接點(diǎn)。(10) 直流斷路器中電力電子設(shè)備狀態(tài)。(11) 直流系統(tǒng)的重要保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，如換流閥主保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、雙極主保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、換流閥及VBE的告警或故障信號(hào)等。

2.2.2 交流場信息

(1) 換流變壓器交流側(cè)有功功率、無功功率、電壓、頻率、電流。(2) 換流變壓器零序電流、閥側(cè)電流。(3) 換流變壓器油溫、繞組溫度。(4) 交流場相關(guān)500 kV線路有功功率、無功功率、電壓、電流。(5) 交流場相關(guān)500 kV線路斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘常開接地和常閉接點(diǎn)。(6) 站外電源有功功率、無功功率、電流。(7) 站用電系統(tǒng)的電壓、電流、有功。(8) 所有電量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的測量和統(tǒng)計(jì)值，以及站內(nèi)所有能量表計(jì)信號(hào)。(9) 交流系統(tǒng)的重要保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，保護(hù)類型有交流過電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)，以及頻率異常保護(hù)。

2.2.3 設(shè)備狀態(tài)信號(hào)

(1) 控制位置，遠(yuǎn)方遙控或換流站主控室/就地控制。(2) 交流控制方式，有功控制模式和直流電壓控制方式和系統(tǒng)保護(hù)的投切狀態(tài)，以及多重化系統(tǒng)中主、備通道的狀態(tài)和切換。(3) 換流器系統(tǒng),包括換流閥和閥廳。① 溫度和濕度顯示；② 防火探測、保護(hù)和告警顯示;③ 空調(diào)系統(tǒng)監(jiān)視告警;④ 閥廳避雷器的動(dòng)作次數(shù)。(4) 閥冷卻系統(tǒng)。① 主備冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行工況；② 進(jìn)、出口水溫、流量和漏水監(jiān)視；③ 泵的運(yùn)行工況；④ 閥冷控制系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)和切換；⑤ 水電導(dǎo)率的監(jiān)測信號(hào)；⑥ 其他所需的監(jiān)視信號(hào)。(5) 各控制/保護(hù)/站控和監(jiān)視屏柜內(nèi)的溫度監(jiān)視。(6) 聯(lián)結(jié)變壓器及其他變壓器。① 油溫、油位；② 繞組溫度；③ 分接頭檔位；④ 其他所需的監(jiān)視信號(hào)。(7) 遠(yuǎn)動(dòng)通信設(shè)備。① 遠(yuǎn)動(dòng)主、備通道的運(yùn)行狀況；② 遠(yuǎn)動(dòng)工作站的工作狀態(tài)。(8) 交流場設(shè)備。① 線路斷路器、隔離刀閘及接地刀閘的投切狀態(tài)；② 站用變及主/備站用電系統(tǒng)的投運(yùn)狀態(tài)。(9) 站間通信系統(tǒng)。直流控制系統(tǒng)主、備通道的運(yùn)行狀況。(10) 交直流控制保護(hù)系統(tǒng)。① 交直流控制保護(hù)系統(tǒng)主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)；② 系統(tǒng)故障狀態(tài)、告警信號(hào)。(11) 其他輔助系統(tǒng)。① 蓄電池、硅整流充電器的投運(yùn)狀態(tài)；② UPS及其旁路電源投運(yùn)狀態(tài)；③ 空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2.4 運(yùn)行控制信號(hào)

(1) 所有運(yùn)行操作命令的發(fā)出、執(zhí)行、完成或中斷信號(hào)。(2) 防止誤操作的確認(rèn)、糾錯(cuò)等監(jiān)控信號(hào)。

2.3 拓?fù)浞治?/p>

華北±500 kV直流系統(tǒng)中主要包含換流變壓器、HB-MMC式換流器、架空輸電線路、直流斷路器、平波電抗器、直流濾波器、交流濾波器、無功補(bǔ)償設(shè)備、避雷器等，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備特性較常規(guī)電網(wǎng)存在較大不同。

現(xiàn)有柔性直流輸電系統(tǒng)中，除換流器、直流開關(guān)外，其余設(shè)備可參考交流設(shè)備進(jìn)行拓?fù)浞治?。直流開關(guān)受其滅弧能力的限制，目前在實(shí)用中通常只用于回路方式的轉(zhuǎn)換，不考慮其狀態(tài)變化帶來的拓?fù)渥兓?。但本文所述直流輸電系統(tǒng)基于“HB-MMC+直流斷路器”的組網(wǎng)方式，需根據(jù)直流斷路器的設(shè)備特性，考慮其狀態(tài)變化所帶來的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?/p>

換流器設(shè)備作為直流系統(tǒng)的核心元件，其作用包括換流、開斷、與運(yùn)行系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)運(yùn)行控制。同時(shí)換流器和換流變共同起到交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)之間的橋梁作用，通過創(chuàng)建換流器設(shè)備和直流設(shè)備的關(guān)聯(lián)、換流變與交流設(shè)備的關(guān)聯(lián)，換流器與換流變之間的關(guān)聯(lián)從而實(shí)現(xiàn)對直流系統(tǒng)帶電及連通性分析。換流器拓?fù)湫畔〒Q流器交流側(cè)連接點(diǎn)號(hào)、直流側(cè)連接點(diǎn)號(hào)，直流部分應(yīng)包含直流線路斷路器的連接點(diǎn)號(hào)。

換流器開斷的狀態(tài)由閉鎖狀態(tài)表征?？砂凑詹杉b信信號(hào)的方式采集閉鎖信號(hào)。該信號(hào)與普通遙信信號(hào)的區(qū)別在于閉鎖時(shí)為拓?fù)渲袛啵粗疄橥負(fù)溥B通。

2.4 智能告警

統(tǒng)計(jì)表明，線路故障占直流輸電系統(tǒng)故障的50%[18]。架空線的使用使直流故障概率大大增加，常見類型為單極接地故障和極間短路故障。與交流電網(wǎng)相比，直流電網(wǎng)“低阻尼”的特點(diǎn)使其故障電流發(fā)展更快、故障影響范圍更廣。調(diào)度運(yùn)行人員及時(shí)、準(zhǔn)確掌握故障情況能夠?yàn)楣收咸幚碲A得寶貴的時(shí)間。

面向±500 kV直流電網(wǎng)的智能告警功能框架(如圖4所示)，以電網(wǎng)模型為基礎(chǔ)，從實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用(SCADA)獲取電網(wǎng)實(shí)時(shí)潮流數(shù)據(jù)、保護(hù)動(dòng)作信息及開關(guān)變位SOE，基于這些數(shù)據(jù)源實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)測，并在此基礎(chǔ)上，基于故障推理知識(shí)庫，實(shí)現(xiàn)±500 kV直流電網(wǎng)的設(shè)備故障智能告警。

圖4 直流電網(wǎng)智能告警功能框架Fig.4 Schematic diagram of intelligent alarming

故障推理知識(shí)庫的創(chuàng)建流程如圖5所示。首先根據(jù)±500 kV四端環(huán)形柔性直流電網(wǎng)的特點(diǎn)，建立按設(shè)備類型劃分的最大故障集；然后分析各類設(shè)備可能的故障演變過程，確定設(shè)備故障的起始及所有中間狀態(tài)，并通過開關(guān)、保護(hù)及潮流數(shù)據(jù)進(jìn)行表示；最后將設(shè)備狀態(tài)按故障演變過程有序組合，形成基于故障演變過程的故障軌跡，以Fault=(State, Trajectory, Probability)表示，其中Fault代表具體故障類型，State為包含該類設(shè)備所有可能狀態(tài)的狀態(tài)集，Trajectory為通過設(shè)備狀態(tài)描述的故障軌跡，Probability為該故障實(shí)際發(fā)生的概率。

圖5 故障分析推理知識(shí)庫創(chuàng)建流程示意圖Fig.5 Flow chat of fault reference rule creation

故障發(fā)生后，主站調(diào)控系統(tǒng)收到的事件序列可能與真實(shí)故障情況并不完全一致，容易導(dǎo)致智能告警誤判或漏判，而上文故障推理規(guī)則所引入的Probability參數(shù)，能夠幫助智能告警實(shí)現(xiàn)高概率故障推理規(guī)則的自動(dòng)修正，極大增強(qiáng)調(diào)控中心同景還原真實(shí)故障場景的能力。

下面以典型的直流線路單極接地故障為例闡述智能告警模塊的故障辨識(shí)流程。與電纜線路不同，架空線路的故障可能是瞬時(shí)性的，因此在發(fā)生線路故障時(shí)，除了考慮直流斷路器快速清除故障以外，還要考慮故障線路的重啟流程，故障保護(hù)動(dòng)作流程如圖6所示。

圖6 直流線路故障保護(hù)動(dòng)作流程Fig.6 Protection process of DC line fault

(1)t1：故障發(fā)生；

(2)t1-t2：保護(hù)檢測到故障，并跳開斷路器；

(3)t2-t3：線路去游離，重合閘保護(hù)動(dòng)作；

(4)t3-t4：斷路器在t3重合，如果重合成功，則系統(tǒng)經(jīng)過一定時(shí)間的暫態(tài)過程恢復(fù)運(yùn)行；如果重合不成功，則系統(tǒng)再次跳開故障線路斷路器；

(5)t4-t5：線路再次去游離，重合閘保護(hù)動(dòng)作；

(6)t5-t6：斷路器在t5重合，如果重合成功，則系統(tǒng)經(jīng)過一定時(shí)間的暫態(tài)過程恢復(fù)運(yùn)行；如果重合不成功，則系統(tǒng)再次跳開故障線路斷路器。

通常在斷路器跳開后，故障線路需要一定時(shí)間的去游離以恢復(fù)絕緣，而各換流器將通過其他直流線路形成新的潮流分布。一定時(shí)間后，故障線路斷路器重合閘，一旦故障清除，則系統(tǒng)重新恢復(fù)正常潮流，如果故障未清除，則斷路器再次跳開以隔離故障。按照直流輸電系統(tǒng)的重啟流程，這一過程在永久性故障時(shí)會(huì)持續(xù)兩到三次。

智能告警利用圖7所示的推理邏輯實(shí)時(shí)判斷直流線路狀態(tài)，并分析線路狀態(tài)的變化軌跡。在此類故障中，故障演變狀態(tài)集State={狀態(tài)1，狀態(tài)2，狀態(tài)01，狀態(tài)02，狀態(tài)11}，在永久性故障下，故障軌跡Trajectory={狀態(tài)01→狀態(tài)1→狀態(tài)11→狀態(tài)2→狀態(tài)1→狀態(tài)02}；在瞬時(shí)性故障下，故障軌跡Trajectory={狀態(tài)01→狀態(tài)1→狀態(tài)11→狀態(tài)2}。當(dāng)智能告警根據(jù)開關(guān)變位、保護(hù)信號(hào)及電網(wǎng)潮流變化情況判出上述故障軌跡時(shí)，向監(jiān)控人員發(fā)送對應(yīng)類型的直流線路故障告警。

圖7 基于設(shè)備狀態(tài)演變過程的故障推理邏輯Fig.7 Logical analysis of DC line fault based on equipment state evolution

3 結(jié)語

隨著廈門、舟山等柔性工程相繼投產(chǎn)應(yīng)用，主站調(diào)控系統(tǒng)逐步具備了對柔直電網(wǎng)的監(jiān)視能力，然而隨著電壓等級(jí)和輸送容量的不斷提高，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備特性不斷發(fā)生變化，需要不斷完善主站調(diào)控系統(tǒng)的監(jiān)視功能。本文分析了華北±500 kV/3000 MW四端環(huán)形柔性直流電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及設(shè)備特性，面向HB-MMC型換流器+直流斷路器的組網(wǎng)方式，提出基于主站調(diào)控系統(tǒng)的監(jiān)視功能總體框架，以及穩(wěn)態(tài)建模、信息采集、拓?fù)浞治黾爸悄芨婢汝P(guān)鍵環(huán)節(jié)功能方案，有助于提升主站調(diào)控系統(tǒng)對高壓大容量柔直電網(wǎng)的監(jiān)視能力。

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(編輯 徐林菊)

MonitoringSolutions for a ±500 kV Multi-terminal VSC-HVDC Transmission System

ZHUANG Weijin, WANG Yan, SUN Mingyang, HUANG Longda, YU Fang, ZHANG Yonggang

(China Electric Power Research Institute(Nanjing), Nanjing 210003, China)

VSC-HVDC(voltage sourced converter based HVDC) transmission system has technical advantages in the AC and DC system interconnection, large-scale clean energy grid integration. With the application and promotion of the the high-voltage high-capacity multi-terminal VSC-HVDC transmission system, the master station monitoring function is hard to meet their development need. This paper analyzes the topology structure and key equipment features of ±500 kV/3000 MW four-terminal flexible DC power network. In the objective of unmanned converter stations, a monitoring functional framework based on existing monitoring functions of smart grid dispatching and control system (SGDCS) is proposed. Based on the most promising VSC-HVDC grid configuration of half bridge sub-module based modular multilevel converter (HB-MMC) + DC breaker, this paper presents the function schemes for 4 important monitoring modules, grid modeling, data acquisition, topology analysis and intelligent alarming. The proposed monitoring functions would be helpful for the project implementation in the future.

VSC-HVDC; grid modeling; topology analysis; intelligent alarming

2017-01-02；

2017-02-15

國家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(±500 kV柔性直流電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)研究)

TM734

A

2096-3203(2017)03-0038-07

莊衛(wèi)金

莊衛(wèi)金(1978 —)，男，江蘇南京人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化；

王 艷(1977 —)，女，江蘇南京人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與通信；

孫名揚(yáng)(1979 —)，男，江蘇南京人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化;

黃龍達(dá)(1978 —),男，江蘇南京人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏κ袌鲞\(yùn)營及平臺(tái)技術(shù);

于 芳(1985 —),女，江蘇南京人，工程師，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化;

張永剛(1983 —),男，江蘇南京人，工程師，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和電能質(zhì)量。