陳帥帥

摘 要：為將柔性直流輸電閥控系統(tǒng)運(yùn)行安穩(wěn)性提升，本文基于介紹魯西背靠背換流站廣西側(cè)柔直閥控系統(tǒng)的構(gòu)架、控制策略的基礎(chǔ)上，展開(kāi)分析柔直跳閘事故。閥控系統(tǒng)故障主要是由于柔性直流輸電背靠背工程中閥控系統(tǒng)上位機(jī)和交換機(jī)通信故障所導(dǎo)致。由此提出相應(yīng)的處理措施。

關(guān)鍵詞：柔性直流;背靠背換流站閥控系統(tǒng);故障處理

柔性直流輸電也被稱作是電壓源型換流器（VSC）的高壓直流輸電（VSC-HVDC），屬于新型的直流輸電技術(shù)，為我國(guó)智能電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域。柔性直流輸電被廣泛的應(yīng)用于分布式發(fā)電并網(wǎng)、城市配網(wǎng)供電以及異步電網(wǎng)互聯(lián)等領(lǐng)域。柔直系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分就是換流閥、站控系統(tǒng)、極控系統(tǒng)以及閥控系統(tǒng)，閥控系統(tǒng)對(duì)換流閥模塊的信息，應(yīng)該實(shí)時(shí)的向上位機(jī)以及運(yùn)行人員的工作站進(jìn)行傳送，才可以更全面的了解到柔直系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。下面進(jìn)行分析柔性直流背靠背換流站閥控系統(tǒng)故障和處理措施，帶給實(shí)踐工作有價(jià)值的借鑒。

1 閥控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 換流器介紹

魯西背靠背換流站柔直換流器中，運(yùn)用到了三相橋式全控整流/逆變電路，換流器建立在模塊化多電平（MMC）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)很多的功率模塊串聯(lián)產(chǎn)生。換流器本體包括多種模塊，逐級(jí)的分解成閥塔、閥段、功率模塊以及相單元、橋臂單元等。

1.2 閥控系統(tǒng)構(gòu)架

首先，VCMl閥控制與檢測(cè)接口屏功能配置。VCMI閥控制與檢測(cè)接口屏包括兩套接口系統(tǒng)，一個(gè)是VCMI—A（跟CCP—A通信），另一個(gè)是VCMI—B（跟CCP—B通信），處于冗余運(yùn)行的狀態(tài)。VCMI—A/B控制六個(gè)橋臂中功率模塊電容電壓，以及進(jìn)行橋臂環(huán)流抑制，把控制結(jié)果給各橋臂的VGC 設(shè)備發(fā)放，向每個(gè)功率模塊的觸發(fā)脈沖分配。VCMI閥控制與檢測(cè)接口屏中，主要的構(gòu)成內(nèi)容就是VCMI機(jī) 箱、工控機(jī)分別一臺(tái)，人機(jī)交互界面一個(gè)，以態(tài)網(wǎng)交換機(jī)三個(gè)。

其次，閥組控制設(shè)備VGC。VGC系統(tǒng)的構(gòu)成中，包括的硬件分別是VGC—AU、VGC—AL、VGC—BU、VGC—BL、VGC—CU、VGC—CL，還有完全相同的軟件的屏柜，各屏柜跟VCMI—A、VCMI—B、功率模塊的接口，都是光纖，界面屬于無(wú)人機(jī)交互界面，每面屏柜中的機(jī)箱分別是三個(gè)。VGC主要所接收的數(shù)據(jù)信息，均是源于VCMI—A、VCMI—B的調(diào)制電壓，以及相應(yīng)的操作指令等，掌握住模塊溫度以及了解工作狀態(tài)等。

另外，閥控系統(tǒng)監(jiān)視上位機(jī)。閥控的構(gòu)成包括了實(shí)時(shí)熱備份的A套以及B套系統(tǒng)，具有相同的硬件、軟件。上位機(jī)運(yùn)行的監(jiān)控軟件，主要功能就是顯示出閥控運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置環(huán)流抑制使能，進(jìn)行模塊比對(duì)，查看冗余模塊功能、模塊故障狀態(tài)等等，通過(guò)上位機(jī)把指令給閥控的CPU下達(dá)得以實(shí)現(xiàn)這些功能。上位機(jī)跟閥控系統(tǒng)的主控板之間，連接的渠道就是以太網(wǎng)線，重要功效包括了環(huán)流抑制功能、模塊比對(duì)功能、冗余控制功能等。

1.3閥控系統(tǒng)功能

閥控系統(tǒng)涵蓋的功能諸多，主要包括以下幾方面：接受源于CCP的調(diào)制電壓，形成驅(qū)動(dòng)功率模塊內(nèi)IGBT的觸發(fā)脈沖;對(duì)每個(gè)橋臂中功率模塊的電容電壓進(jìn)行控制，確保均衡狀態(tài);對(duì)于功率模塊內(nèi)部電容電壓、模塊溫度等等進(jìn)行監(jiān)測(cè);故障狀態(tài)中的冗余功率模塊，進(jìn)行及時(shí)有效的切換;出現(xiàn)故障問(wèn)題比較嚴(yán)重的情況下，經(jīng)控制功率模塊內(nèi)的旁路開(kāi)關(guān)、晶閘管，展開(kāi)有效的保護(hù);發(fā)揮出良好的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、錄波功能，監(jiān)測(cè)好全部模塊的電容電壓、旁路狀態(tài)、故障問(wèn)題，進(jìn)行故障定位，能夠具體至功率模塊等等。

2 閥控系統(tǒng)故障分析處理

2.1換流閥控制系統(tǒng)A/B屏與其他系統(tǒng)的通信中斷問(wèn)題

分析：閥控屏里的裝置實(shí)現(xiàn)的功能是完成換流閥脈沖調(diào)制、脈沖分配及相關(guān)的保護(hù)功能，并接收上層 PCP 控制保護(hù)命令，并反饋換流閥的部分狀態(tài)信息;以及向下層脈沖分配裝置發(fā)送控制命令和接收脈沖分配裝置的狀態(tài)和保護(hù)信息。如果與其他系統(tǒng)通信中斷則喪失該功能，無(wú)法使直流繼續(xù)正常運(yùn)行。

處理方法：如果設(shè)備具有冗余功能，且備用系統(tǒng)工作在備用狀態(tài)，則控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到備用系統(tǒng)。如果是嚴(yán)重的通訊故障，并且不具備冗余切換時(shí)，會(huì)導(dǎo)致閥控系統(tǒng)會(huì)發(fā)緊急閉鎖跳閘命令。待故障排除后，再恢復(fù)系統(tǒng)的運(yùn)行。

2.2 換流閥控制系統(tǒng)A/B屏閉鎖和報(bào)警

分析：在閥控系統(tǒng)發(fā)閉鎖和報(bào)警信號(hào)的時(shí)候，說(shuō)明直流運(yùn)行出現(xiàn)了異常，可能使一次設(shè)備，也可能使二次設(shè)備出現(xiàn)了故障，運(yùn)行人員要及時(shí)根據(jù)SER報(bào)文以及裝置信號(hào)確定其異常以確保直流是否能繼續(xù)運(yùn)行。

閉鎖處理方法：在故障情況下為了保護(hù)閥組單元和設(shè)備安全，閥控系統(tǒng)會(huì)緊急閉鎖換流閥并發(fā)出跳閘命令跳開(kāi)交流斷路器已保護(hù)換流閥的安全。暫時(shí)性閉鎖也會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行中的換流閥緊急閉鎖，但整個(gè)閥控系統(tǒng)處于待解鎖狀態(tài)，功率單元電容電壓處于保持狀態(tài)等待暫時(shí)性故障清楚后重新快速進(jìn)入解鎖狀態(tài)。

告警處理方法：為了便于發(fā)現(xiàn)和監(jiān)控?fù)Q流閥以及閥控器的工作狀態(tài)，閥控監(jiān)控系統(tǒng)能夠提前提醒告知運(yùn)行人員一些潛在的危險(xiǎn)信息，閥控告警信息會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)更新在監(jiān)控界面，引起運(yùn)行人員的重視但不會(huì)影響整個(gè)閥控系統(tǒng)的正常運(yùn)行，告警處理運(yùn)行人員可根據(jù)閥控系統(tǒng)當(dāng)前具體情況酌情處理。

2.3 脈沖分配屏裝置報(bào)警和閉鎖

分析：脈沖分配屏的脈沖板接收到閥控裝置控制的數(shù)據(jù)后，根據(jù)每個(gè)子模塊的情況處理完數(shù)據(jù)后將調(diào)制波和控制指令發(fā)送給子模塊單元。同時(shí)接受子模塊單元反饋的直流電壓和單元狀態(tài)。

處理方法：出于對(duì)閥組功率單元的保護(hù)和不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行在脈沖板發(fā)生通信故障時(shí)，此脈沖板所控制的子模塊都會(huì)被強(qiáng)制為旁路狀態(tài)，閥控制器以報(bào)文提示和脈沖板通訊故障，并把此脈沖板的旁路單元號(hào)反饋到閥控監(jiān)控界面，運(yùn)行人員要從閥控的監(jiān)控界面確定的子模塊剩余的冗余數(shù)以填報(bào)相應(yīng)的缺陷。

2.4 換流閥控制系統(tǒng)A/B屏上位機(jī)死機(jī)或黑屏

分析：一些重要的故障、事件、告警都是以帶時(shí)標(biāo)的格式記錄顯示在上位機(jī)界面上，已備原因查找和問(wèn)題分析。

處理方法：立即使用上位機(jī)開(kāi)機(jī)鍵進(jìn)行重啟，點(diǎn)擊桌面運(yùn)行閥控監(jiān)視和控制程序。原來(lái)魯西站設(shè)置了如果兩套閥控上位機(jī)同時(shí)故障超過(guò)10min會(huì)導(dǎo)致閥控系統(tǒng)會(huì)發(fā)緊急閉鎖跳閘命令的邏輯。但重要的故障、事件、告警也可以通過(guò)站LAN網(wǎng)上傳至后臺(tái)機(jī)。雖然內(nèi)容可能不比上位機(jī)顯示的清楚，但依舊起到監(jiān)控直流運(yùn)行的作用，所以這個(gè)跳閘邏輯可以取消。

2.5 短時(shí)閉鎖邏輯

閥控在橋臂電流超過(guò)2100A，閥應(yīng)立即暫時(shí)性閉鎖，并向PCP上發(fā)暫時(shí)性閉鎖信號(hào)，閥控經(jīng)過(guò)1ms延時(shí)之后，判斷橋臂電流是否下降到一定閥值（100A），若滿足，則清除暫時(shí)性閉鎖信號(hào);若不滿足，則繼續(xù)等待電流下降到閥值。閥控暫時(shí)性閉鎖信號(hào)若維持一定時(shí)間（100ms）未清除，則閥控請(qǐng)求跳閘。暫時(shí)性閉鎖信號(hào)清除之后，若此時(shí)低電壓穿越信號(hào)存在，PCP經(jīng)過(guò)一定延時(shí)（15ms）之后，重新下發(fā)解鎖命令，在一次穿越過(guò)程中，重新解鎖多次（3次）失敗后，則跳閘。若穿越信號(hào)不存在，一旦接受到暫時(shí)性閉鎖信號(hào)，PCP立即跳閘。

結(jié)語(yǔ)：

本文進(jìn)行介紹柔直換流器閥控系統(tǒng)整體構(gòu)架，闡述其功能，并且聯(lián)系起故障事件分析處理，提出有關(guān)的處理措施。主要的目的就是給后續(xù)柔性直流輸電實(shí)際工程設(shè)計(jì)、建設(shè)有價(jià)值的借鑒，促使將柔性直流工程可靠度、安全性有效的增強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘爾生，樂(lè)波，梅念，苑賓. ±420 kV中國(guó)渝鄂直流背靠背聯(lián)網(wǎng)工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2021，45（05）：175-183.

[2]楊立敏，朱藝穎，郭強(qiáng)，孫栩，劉翀，劉世成，王峰淵，陳曉剛. 基于HYPERSIM的柔性直流輸電系統(tǒng)數(shù)?；旌戏抡娼＜霸囼?yàn)[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2020，44（11）：4055-4062.

[3]路建良，關(guān)兆亮，王新穎，李強(qiáng)，賀之淵，李君，陳堃. 高壓大容量柔性直流輸電閥基控制設(shè)備及其動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)研究[J]. 廣東電力，2020，33（05）：105-116.

[4]李家羊，郭樹(shù)永，戴甲水. 魯西500 kV背靠背換流站閥控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電工技術(shù)，2020，11（05）：35-37.

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