田培濤，范雪峰，曹 森，郝俊芳，鄂士平，彭 松，吳慶范

（1.許繼電氣股份有限公司，河南 許昌461000；2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司，湖北 武漢430077；3.珠海許繼電氣有限公司，廣東 珠海519060）

0 引言

近年來(lái)能源需求的不斷增長(zhǎng)和環(huán)保壓力的持續(xù)增加給新能源的發(fā)展帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇，尤其是海上風(fēng)電。相比于陸上風(fēng)電，海上風(fēng)電具有較大優(yōu)勢(shì)，海上風(fēng)電是取之不盡的綠色低碳可再生能源，具有儲(chǔ)量大、風(fēng)速高、主導(dǎo)風(fēng)向穩(wěn)定、風(fēng)功率密度高等優(yōu)勢(shì)［1-3］，非常適合大容量機(jī)組運(yùn)行。而且海上風(fēng)電不占用土地，靠近沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)負(fù)荷中心，傳輸經(jīng)濟(jì)性好，市場(chǎng)接受度高［4-9］。

根據(jù)《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》［10］，“十三五”期間將積極穩(wěn)妥推進(jìn)海上風(fēng)電建設(shè)，重點(diǎn)推動(dòng)江蘇、浙江、福建、廣東等省的海上風(fēng)電建設(shè)，到2020 年四省海上風(fēng)電開(kāi)工建設(shè)規(guī)模均達(dá)到百萬(wàn)千瓦以上；積極推動(dòng)天津、河北、上海、海南等?。ㄊ校┑暮Ｉ巷L(fēng)電建設(shè)；探索性推進(jìn)遼寧、山東、廣西等?。▍^(qū)）的海上風(fēng)電項(xiàng)目。到2020年，全國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)工建設(shè)規(guī)模達(dá)到1 000萬(wàn)kW，力爭(zhēng)累計(jì)并網(wǎng)容量達(dá)到500萬(wàn)kW以上［11］，詳見(jiàn)表1。

表1 2020年全國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)布局Table 1 National offshore wind power development layout in 2020

海上風(fēng)電目前多采用交流送出方式實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，但存在傳輸距離短、傳輸容量小和需要增加無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備等問(wèn)題，柔性直流輸電具備獨(dú)立調(diào)節(jié)有功功率和無(wú)功功率的能力［12-14］，無(wú)需無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，傳輸距離長(zhǎng)、損耗低，更適合于大規(guī)模遠(yuǎn)海岸海上風(fēng)電送出［15-21］。

柔性直流送出作為海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)利用的有效技術(shù)手段，在歐洲特別是德國(guó)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，我國(guó)柔性直流輸電技術(shù)起步較晚，但發(fā)展較快，目前已投運(yùn)的最大輸電規(guī)模柔性直流工程為±420 kV/1 250 MW渝鄂背靠背聯(lián)網(wǎng)工程，在建的烏東德特高壓混合多端直流工程柔直輸電規(guī)模已經(jīng)達(dá)到±800 kV/5 000 MW，處于世界領(lǐng)先水平。海上風(fēng)電采用柔性直流輸電送出具備一定技術(shù)基礎(chǔ)。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)海上風(fēng)電柔性直流送出的研究集中在交流故障穿越、直流故障穿越［22-23］、無(wú)功補(bǔ)償策略［24-25］等方面的研究，對(duì)海上風(fēng)電的柔性直流送出控制保護(hù)系統(tǒng)工程應(yīng)用設(shè)計(jì)方案研究不多［26］，基于海上平臺(tái)造價(jià)高、空間小，設(shè)備維護(hù)成本高等特點(diǎn)［27-28］，本文提出了海上風(fēng)電柔性直流送出緊湊型控制保護(hù)設(shè)計(jì)原則，研制了適用于海上風(fēng)電特點(diǎn)的緊湊型控制保護(hù)主機(jī)。提出了緊湊型控制保護(hù)系統(tǒng)的總體方案。構(gòu)建了緊湊型控制保護(hù)系統(tǒng)RTDS 仿真平臺(tái)，試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了緊湊型控制保護(hù)設(shè)計(jì)方案的正確性，為海上風(fēng)電柔性直流送出工程應(yīng)用提供了重要參考。

1 海上風(fēng)電緊湊型控制保護(hù)設(shè)計(jì)原則

1.1 海上風(fēng)電柔性直流送出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

海上風(fēng)電柔性直流送出典型拓?fù)洌?9］如圖1所示。

圖1 海上風(fēng)電柔性直流送出典型拓?fù)鋱DFig.1 Topology diagram of flexible DC feed-out for offshore wind power

如圖1 所示，海上風(fēng)電通過(guò)升壓變和聯(lián)結(jié)變接入海上換流站將交流電變?yōu)橹绷麟姡ㄟ^(guò)海纜接入陸上換流站，將直流電變換為交流電后接入交流電網(wǎng)。

海上換流站和陸上換流站的控制保護(hù)設(shè)計(jì)在換流站平臺(tái)空間需求、運(yùn)行人員控制系統(tǒng)配置、控制保護(hù)系統(tǒng)緊湊化配置、換流站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制保護(hù)功能、換流站維護(hù)等方面存在顯著差異，具體見(jiàn)表2。

通過(guò)對(duì)海上換流站和陸上換流站的控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)差異分析，可知海上柔性直流送出系統(tǒng)需要考慮緊湊化的控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則。

1.2 海上風(fēng)電緊湊型控制保護(hù)設(shè)計(jì)原則

海上風(fēng)電緊湊型控制保護(hù)設(shè)計(jì)原則為：

1）陸上換流站按有人值班設(shè)計(jì)，站交、直流系統(tǒng)設(shè)統(tǒng)一的控制值班室（運(yùn)行人員控制室），海上換流站按無(wú)人值班設(shè)計(jì)。

2）在陸上換流站配置海上風(fēng)電柔性直流送出一體化監(jiān)控系統(tǒng)，除了實(shí)現(xiàn)海上換流站和陸上換流站直流系統(tǒng)的監(jiān)控以外，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)海上升壓站、風(fēng)電場(chǎng)的集中監(jiān)控功能，各系統(tǒng)服務(wù)器在陸上換流站配置，滿足換流站和風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)信息的接入要求。

3）采用控制保護(hù)系統(tǒng)緊湊化配置，如：直流站控功能集成在極控系統(tǒng)中、站用電功能集成在交流站控系統(tǒng)中、聯(lián)結(jié)變保護(hù)集成在極保護(hù)中；取消合并單元，減少測(cè)量環(huán)節(jié)等。

4）控制保護(hù)功能按照海上風(fēng)電柔性直流系統(tǒng)特殊要求配置，如：海上換流站采用無(wú)源啟動(dòng)方式，有功采用定頻率控制，無(wú)功采用交流電壓控制；配置雙聯(lián)接變保護(hù)功能等。

表2 海上換流站與陸上換流站控制保護(hù)設(shè)計(jì)差異Table 2 Design difference of control and protection between offshore and onshore converter stations

5）海上風(fēng)電緊湊型控制系統(tǒng)采用完全雙重化設(shè)計(jì)：I/O單元、直流控制系統(tǒng)柜、站控柜、輔助系統(tǒng)、站用電、現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)、站LAN網(wǎng)、系統(tǒng)服務(wù)器和所有相關(guān)的直流控制裝置都為雙重化設(shè)計(jì)?？刂葡到y(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)應(yīng)確保直流系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)槿我豢刂葡到y(tǒng)的單重故障而發(fā)生停運(yùn)，也不會(huì)因?yàn)閱沃毓收隙?duì)換流站的監(jiān)視。

6）為了提高系統(tǒng)的安全性和保護(hù)的可靠性，直流保護(hù)采用三重化模式，并且可允許任意一套保護(hù)退出運(yùn)行而不影響直流系統(tǒng)功率輸送。每重保護(hù)采用不同測(cè)量器件、通道、電源、出口的配置原則。

7）直流控制保護(hù)系統(tǒng)與換流閥閥控系統(tǒng)、換流閥閥冷控制保護(hù)系統(tǒng)、直流耗能控制系統(tǒng)、安穩(wěn)裝置、聯(lián)接變冷卻器控制系統(tǒng)的接口按照通用標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)范執(zhí)行。

8）當(dāng)柔直系統(tǒng)需降功率時(shí)，相關(guān)信息應(yīng)能從陸上站柔直監(jiān)控系統(tǒng)送至風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、升壓站監(jiān)控系統(tǒng)。直流監(jiān)控系統(tǒng)與風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、升壓站監(jiān)控系統(tǒng)間的通信協(xié)議應(yīng)相互開(kāi)放。若直流監(jiān)控系統(tǒng)與風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、升壓站監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法直接通信，可通過(guò)規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置實(shí)現(xiàn)互相通信。

9）控制系統(tǒng)采用商業(yè)化程度較高的硬件設(shè)備、軟件平臺(tái)和應(yīng)用程序，所有應(yīng)用軟件可視化程度高、界面友好，便于運(yùn)行人員理解和維護(hù)?？刂葡到y(tǒng)采用開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通信規(guī)約采用標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際通用協(xié)議，能方便其它系統(tǒng)的連接和數(shù)據(jù)傳輸。

10）控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足換流站RAM指標(biāo)對(duì)二次系統(tǒng)的要求，即高度的可靠性、可用率和可維護(hù)性，具有足夠的冗余度和100%的系統(tǒng)自檢能力，以保證整個(gè)直流系統(tǒng)的正常和安全運(yùn)行［30］。

2 緊湊型控制保護(hù)主機(jī)

基于完全自主開(kāi)發(fā)直流輸電控制保護(hù)主機(jī)，結(jié)合海上風(fēng)電海上平臺(tái)造價(jià)高、空間小，設(shè)備維護(hù)成本高等特點(diǎn)，研制了緊湊型控制保護(hù)主機(jī)，對(duì)其處理能力、通信接口和遠(yuǎn)程維護(hù)進(jìn)行了顯著提升，更適合海上風(fēng)電柔性直流送出的需求。

2.1 緊湊型控制保護(hù)主機(jī)

基于海上風(fēng)電海上平臺(tái)造價(jià)高、空間小的特點(diǎn)，研制了標(biāo)準(zhǔn)4U的主機(jī)，如圖2所示。

圖2 緊湊型控制保護(hù)主機(jī)圖Fig.2 Diagram of compact control and protection host

緊湊型控制保護(hù)主機(jī)在控制保護(hù)屏柜設(shè)計(jì)時(shí)，能夠節(jié)省更多的空間，便于集成其他輔助設(shè)備和必須配置的消防器材，減少控制保護(hù)占地面積，降低海上平臺(tái)面積及其造價(jià)。

2.2 核心性能提升

高性能處理器可以同步并行處理更多的任務(wù)，進(jìn)一步降低了功耗，實(shí)現(xiàn)主機(jī)無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，進(jìn)一步節(jié)約了空間并提高了可靠性。

千兆級(jí)多節(jié)點(diǎn)串聯(lián)TDM總線設(shè)計(jì)，支持多節(jié)點(diǎn)間超高速同步數(shù)據(jù)傳送，千兆級(jí)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)超高速控制總線設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)裝置間超高速通信。

以上性能的提升，滿足海上風(fēng)電控制保護(hù)系統(tǒng)對(duì)高速采樣、高速傳輸、高速處理的需求。

2.3 全面的標(biāo)準(zhǔn)接口

同 時(shí) 具 備 以 太 網(wǎng)、IEC-600448、IEC-61850、ProfiBus DP、TDM、高速控制總線等標(biāo)準(zhǔn)接口。全面的接口能力可對(duì)控制保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行靈活配置，滿足與換流站其他設(shè)備的接口需求。

2.4 遠(yuǎn)程維護(hù)管理

緊湊型控制保護(hù)主機(jī)通過(guò)可視化圖形化工具軟件，在陸上換流站通過(guò)工程師工作站，實(shí)現(xiàn)海上換流站控制保護(hù)主機(jī)內(nèi)部參數(shù)、保護(hù)定值查看核對(duì)等工作，或者進(jìn)行參數(shù)、定值的遠(yuǎn)程更新配置，而不需更新控制保護(hù)軟件，提高了控制保護(hù)主機(jī)的維護(hù)性，降低了運(yùn)維成本。

3 緊湊型控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)研制的緊湊型控制保護(hù)主機(jī)，提出適應(yīng)于工程的緊湊型控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

3.1 緊湊型控制保護(hù)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

采用分層分布式的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)功能劃分和控制級(jí)別分為：運(yùn)行人員控制層、控制保護(hù)層、現(xiàn)場(chǎng)層等3個(gè)層次，如圖3所示。

圖3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖Fig.3 The diagram of general structure design

如圖3所示，3層結(jié)構(gòu)的主要功能如下：

1）運(yùn)行人員控制層

運(yùn)行人員控制層由運(yùn)行人員控制系統(tǒng)（一體化監(jiān)控系統(tǒng)）、培訓(xùn)系統(tǒng)、硬件防火墻和網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等設(shè)備組成。運(yùn)行人員控制系統(tǒng)是運(yùn)行人員控制層的核心設(shè)備，由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、運(yùn)行人員工作站、工程師工作站等構(gòu)成，其主要功能是對(duì)直流系統(tǒng)一、二次設(shè)備和交直流系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，并為運(yùn)行人員提供監(jiān)視和控制操作的界面。除上述功能外，運(yùn)行人員控制層設(shè)備還具備事件順序記錄和報(bào)警、網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)信號(hào)的接收和下發(fā)、文檔管理，以及運(yùn)行人員培訓(xùn)等功能。

2）控制保護(hù)層

控制保護(hù)層設(shè)備包括極控、交流站控、站用電控、直流保護(hù)設(shè)備。極控、站控和直流保護(hù)是整個(gè)直流輸電系統(tǒng)最為核心的控制保護(hù)設(shè)備，基于統(tǒng)一的高速控制保護(hù)系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行構(gòu)建。

3）現(xiàn)場(chǎng)層

現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備提供與交直流系統(tǒng)一次設(shè)備和換流站輔助系統(tǒng)的接口，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備狀態(tài)和系統(tǒng)運(yùn)行信息的采集處理和上傳，順序事件記錄，控制命令的輸出以及就地控制和連鎖等功能。現(xiàn)場(chǎng)層的核心設(shè)備是分布式I/O單元。

以下對(duì)運(yùn)行人員控制系統(tǒng)和控制保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

3.2 運(yùn)行人員控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

運(yùn)行人員控制系統(tǒng)既要實(shí)現(xiàn)海上換流站和陸上換流站直流系統(tǒng)的監(jiān)控，還要實(shí)現(xiàn)對(duì)海上升壓站、風(fēng)電場(chǎng) 的集中監(jiān)控功能，整體設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 運(yùn)行人員控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案示意圖Fig.4 The diagram of operator control system design

圖4 所示，運(yùn)行人員控制系統(tǒng)主要包括陸上換流站監(jiān)控系統(tǒng)、海上換流站監(jiān)控系統(tǒng)和一體化監(jiān)控系統(tǒng)，其中陸上換流站監(jiān)控系統(tǒng)和海上換流站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備和功能設(shè)計(jì)與以往直流輸電工程基本一致，不再贅述。

一體化監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)備及功能設(shè)計(jì)如下：

1）一體化監(jiān)控服務(wù)器

一體化監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器作為一體化監(jiān)控系統(tǒng)主服務(wù)器，用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)建模，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，中間變量計(jì)算等功能。一體化監(jiān)控服務(wù)器采用LINUX系統(tǒng)，雙重化配置。

2）升壓站接入服務(wù)器

升壓站本身配置單獨(dú)的監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)規(guī)約，將升壓站數(shù)據(jù)接入升壓站接入服務(wù)器。因升壓站數(shù)據(jù)比風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)少，換流站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)一并通過(guò)該服務(wù)器接入到一體化監(jiān)控系統(tǒng)中。升壓站接入服務(wù)器采用LINUX系統(tǒng)，雙重化配置。

3）風(fēng)電場(chǎng)接入服務(wù)器

風(fēng)電場(chǎng)本身配置單獨(dú)的監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)規(guī)約，將風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)接入風(fēng)電場(chǎng)接入服務(wù)器。風(fēng)電場(chǎng)接入服務(wù)器采用LINUX系統(tǒng)，雙重化配置。

4）一體化監(jiān)控工作站

一體化監(jiān)控系統(tǒng)配置相應(yīng)數(shù)量的監(jiān)控工作站，用戶風(fēng)電場(chǎng)，升壓站，換流站的監(jiān)視和控制。一體化監(jiān)控工作站采用LINUX系統(tǒng)，最少雙重化配置。

5）正向隔離網(wǎng)關(guān)

一體化監(jiān)控系統(tǒng)需要進(jìn)行WEB發(fā)布，數(shù)據(jù)的發(fā)布需要從安全I(xiàn)區(qū)到公網(wǎng)。故需要加1套正向隔離網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的單向傳輸。

6）轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器用于將一體化監(jiān)控服務(wù)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，并單向傳輸?shù)絎EB服務(wù)器中。

7）WEB服務(wù)器

WEB 服務(wù)器用于將一體化監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)發(fā)布，便于WEB瀏覽和手機(jī)APP查看。

3.3 緊湊型控制保護(hù)設(shè)備配置方案

海上風(fēng)電柔性直流控制設(shè)備配置包括：交流站控、站用電控制和極控制（集成直流站控功能），均采用雙重化冗余配置，默認(rèn)其中一套系統(tǒng)為值班狀態(tài)，另一套為備用狀態(tài)，提出通過(guò)基于控制光纖通信的高速冗余切換裝置實(shí)現(xiàn)兩套控制系統(tǒng)的值班、備用狀態(tài)切換，實(shí)現(xiàn)值班系統(tǒng)高速平穩(wěn)切換、避免單一元件故障導(dǎo)致?lián)Q流站停運(yùn)。

海上風(fēng)電柔性直流保護(hù)設(shè)備配置包括：極保護(hù)和聯(lián)結(jié)變保護(hù)，均采用三重化冗余配置，通過(guò)三取二邏輯判斷后輸出動(dòng)作信號(hào)。

在極保護(hù)AB 系統(tǒng)中共配置2 套獨(dú)立的硬件三取二裝置同時(shí)，在控極制AB 系統(tǒng)中共配置2 套具體完整功能的軟件三取二邏輯，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。緊湊型極控系統(tǒng)和極保護(hù)設(shè)備配置及全光纖式設(shè)計(jì)方案如圖5所示。

圖5所示，極控主機(jī)與極保護(hù)主機(jī)、極保護(hù)主機(jī)與三取二裝置、三取二裝置與極控主機(jī)、冗余切換裝置間均采用光纖通信，全光纖式的控制保護(hù)設(shè)計(jì)方案，降低了工程現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試難度，增強(qiáng)了設(shè)備防腐能力，提高了系統(tǒng)的可靠性。

圖5 全光纖式緊湊型控制保護(hù)設(shè)計(jì)方案Fig.5 The diagram of all fiber compact control and protection design

3.4 緊湊型控制保護(hù)功能配置

換流站控制設(shè)備按照功能范圍的不同分別配置不同系統(tǒng)，主要包括：極控系統(tǒng)、交流站控系統(tǒng)和站用電。

極控系統(tǒng)性能將直接決定直流系統(tǒng)的各種響應(yīng)特性以及直流電壓和傳輸功率穩(wěn)定性，主要功能包括：換流站控制模式選擇、運(yùn)行方式選擇、運(yùn)行控制模式、直流系統(tǒng)充電、交流故障穿越、直流故障穿越、直流場(chǎng)刀閘聯(lián)鎖控制、交流連接區(qū)刀閘連鎖控制、聯(lián)接變分接頭控制、直流系統(tǒng)解閉鎖控制、過(guò)負(fù)荷限制、與安穩(wěn)系統(tǒng)接口、與直流耗能裝置接口、與換流閥接口、換流閥橋臂電壓參考值計(jì)算、抑制振蕩控制、極控保護(hù)性監(jiān)視功能等。

交流站控功能主要完成交流場(chǎng)開(kāi)關(guān)聯(lián)鎖、開(kāi)關(guān)分合閘及交流場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視。通過(guò)控制交流場(chǎng)開(kāi)關(guān)配合極控完成檢修、冷備、熱用、閉鎖等順序控制。

保護(hù)系統(tǒng)包含聯(lián)結(jié)變保護(hù)和直流保護(hù)，其中聯(lián)結(jié)變保護(hù)功能與以往工程基本一致，不再贅述。陸上換流站直流保護(hù)分區(qū)如圖6所示。

直流保護(hù)分區(qū)具體包括：直流耗能保護(hù)區(qū)、閥側(cè)交流連接線保護(hù)區(qū)、換流器保護(hù)區(qū)、極保護(hù)區(qū)和線路保護(hù)區(qū)。

直流耗能保護(hù)區(qū)保護(hù)功能配置為DC chopper差動(dòng)保護(hù)、DC chopper過(guò)流保護(hù)、DC chopper電阻器過(guò)負(fù)荷。

閥側(cè)交流連接線保護(hù)功能配置為交流連接線差動(dòng)保護(hù)、交流連接線過(guò)流保護(hù)、啟動(dòng)電阻過(guò)負(fù)荷保護(hù)、啟動(dòng)電阻過(guò)流保護(hù)、聯(lián)接變閥側(cè)零序過(guò)壓保護(hù)、閥側(cè)交流套管差動(dòng)保護(hù)、接地電抗過(guò)負(fù)荷保護(hù)（僅陸上站）、接地電抗過(guò)流保護(hù)（僅陸上站）、接地電阻過(guò)負(fù)荷保護(hù)（僅陸上站）、接地電阻過(guò)流保護(hù)（僅陸上站）、中性點(diǎn)偏移保護(hù)（僅海上站）。

換流器保護(hù)功能配置為橋臂差動(dòng)保護(hù)、橋臂過(guò)流保護(hù)、橋臂電抗器差動(dòng)保護(hù)、高頻諧波保護(hù)。

極保護(hù)功能配置為換流器差動(dòng)保護(hù)、直流低電壓保護(hù)、直流過(guò)電壓保護(hù)、直流電壓不平衡保護(hù)、高頻諧波保護(hù)。

線路保護(hù)功能配置為直流電抗器差動(dòng)保護(hù)（僅陸上站）、低電壓保護(hù)、線路縱差保護(hù)、行波保護(hù)（選用）、電壓突變量保護(hù)（選用）。

5 RTDS仿真試驗(yàn)

5.1 仿真試驗(yàn)平臺(tái)

通過(guò)RTDS 搭建的仿真試驗(yàn)?zāi)Ｐ桶ń涣飨到y(tǒng)等值系統(tǒng)、聯(lián)結(jié)變壓器、啟動(dòng)回路、橋臂電抗器、MMC 模塊、平波電抗器、直流線路、接地電抗、電阻等元件。RTDS模型的輸出信號(hào)經(jīng)D/A 轉(zhuǎn)換后，弱信號(hào)直接輸出至控制保護(hù)設(shè)備，部分信號(hào)通過(guò)光纖以IEC60044-8協(xié)議輸出模擬量至控制保護(hù)設(shè)備，控制系統(tǒng)通過(guò)光纖將調(diào)制波等信號(hào)傳輸給閥控系統(tǒng)，閥控系統(tǒng)將各子模塊的開(kāi)、關(guān)等命令信號(hào)通過(guò)光纖以Aurora 協(xié)議傳輸給RTDS，控制保護(hù)系統(tǒng)輸出控制信號(hào)或保護(hù)動(dòng)作信號(hào)至RTDS，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，能夠真實(shí)地反映海上風(fēng)電柔性直流輸電系統(tǒng)的特性。

參照某工程典型參數(shù)搭建RTDS 仿真模型，仿真模型搭建的主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1 所示，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用偽雙極拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)主要參數(shù)如表2所示。

5.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

基于搭建的仿真試驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)海上風(fēng)電柔性直流輸電控制保護(hù)功能進(jìn)行全面的驗(yàn)證和研究，在搭建的平臺(tái)上共進(jìn)行了220 余項(xiàng)控制保護(hù)功能試驗(yàn)，全面驗(yàn)證了控制保護(hù)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能完全滿足工程應(yīng)用，部分主要性能指標(biāo)如表3所示。

表2 海上風(fēng)電系統(tǒng)主要參數(shù)Table 2 Main parameters of offshore wind power

表3 控制保護(hù)系統(tǒng)主要性能參數(shù)Table 3 Main performance parameters of control protection system

限于篇幅限制，本文對(duì)各功能試驗(yàn)結(jié)果不作詳細(xì)介紹，以系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行為例，仿真試驗(yàn)波形如圖7所示。

圖7 海上風(fēng)電柔性直流送出穩(wěn)定運(yùn)行波形圖Fig.7 Stable operation waveform of offshore wind power flexible DC transmission

圖7 中Uac1SofS1Uac2SofS1Uac3SofS1 為網(wǎng)側(cè)三相電壓，Iac1SofS1Iac2SofS1Iac3SofS1 為網(wǎng)側(cè)三相電流，UDC_S1 為直流電壓，IDL_S1 為直流電流，IbPAS1IbPBS1IbPCS1 為上橋臂三相電流，IbNAS1IbNBS1IbNCS1為下橋臂三相電流。

6 結(jié)語(yǔ)

由于海上風(fēng)電的發(fā)展規(guī)劃和采用柔性直流送出方式具有更大的優(yōu)勢(shì)，本文基于海上平臺(tái)造價(jià)高、空間小，設(shè)備維護(hù)成本高等特點(diǎn)，提出了海上風(fēng)電柔性直流送出緊湊型控制保護(hù)設(shè)計(jì)原則。結(jié)合海上風(fēng)電特點(diǎn)和控制保護(hù)設(shè)計(jì)原則，研制了適用于海上風(fēng)電特點(diǎn)的緊湊型控制保護(hù)主機(jī)，主機(jī)尺寸小、任務(wù)處理能力高，具有標(biāo)準(zhǔn)接口和遠(yuǎn)程維護(hù)管理功能，滿足了海上風(fēng)電柔性直流控制保護(hù)系統(tǒng)緊湊型、高可靠、易維護(hù)等需求。提出了緊湊型控制保護(hù)系統(tǒng)的總體方案，包含一體化運(yùn)行人員控制系統(tǒng)、緊湊型控制保護(hù)配置方案和控制保護(hù)功能配置方案。最后構(gòu)建了緊湊型控制保護(hù)系統(tǒng)RTDS 仿真平臺(tái)，完成了220 余項(xiàng)控制保護(hù)功能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了緊湊型控制保護(hù)設(shè)計(jì)方案的正確性，為海上風(fēng)電柔性直流送出工程應(yīng)用提供了重要參考。

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