特高压直流输电控制与保护技术分析

高峰

摘要 和高压直流相比，特高压直流的特点在于运行方式灵活且多样，在大功率及长距离输电中表现出了极大的优势，现已在世界各地得到了广泛的应用。直流输电控制和保护技术是整个特高压系统的大脑，在系统的运行中有着十分重要的地位，直接决定了直流工程的运行状态和安全性。近年来，在科技和经济等多种因素的作用下，直流输电的控制保护技术不断改进和发展，尤其是在保护手段和设备性能上。为此，本文结合当前实际，分析了特高压直流输电的控制保护技术，探讨了其应用效果和价值，希望能够为我国电力系统的稳定发展提供一些理论上的参考。

关键词 特高压；直流输电；控制保护技术；应用分析

中图分类号TM7 文献标识码A 文章编号2095—6363（2017）03—0061—02

如今，计算机技术的发展及用电需求量的增加，给直流输电技术提出了更高的要求，在这种情况下，直流输电控制保护技术也随之发展，表现为控制保护策略不断改进、换流元件不断进步、设备及装置性能提高等。这项技术的发展也为特高压直流输电系统的进步提供了基础条件。为此，本文结合上述情况，分析了特高压直流输电控制和保护技术的基本控制保护技术，希望能够为该项技术的应用提供一些参考和建议，具体内容如下。

1直流输电的基本控制保护技术分析

直流输电主要通过接入三相电压换流元件，并按照顺序完成交流电流，这个过程成为整流端。触发角指的是将换流元件和其相连的交流电压的过零点看做起点进行计算和预测所得的数据结果，当交流系统的参数为固定值时，触发角就成为了控制直流电压值的主要内容，它会导致整个直流回路电流值的变化，影响电力输送的过程。由此可以分析出，换流元件的触发角是控制直流输电的最终变量。另外，直流控制技术中最为重要的是Vd/Id曲线，这两条曲线描述了直流通电触发角和不同直流电压、电流的影响，是直接决定输电系统运行状态的重要参数。

当前，直流输电的基本控制技术可以概括为以下几点。首先，确定触发角，根据上文提到的，触发角是直流电流的控制技术的关键参数，在取直流电流、电压和取逆变侧换流器的电流关闭和断开时刻，不同的控制策略形成了以电流调节器、逆变侧熄弧角调节器、电压调节器为主的经典控制三角。其次，确定触发脉冲，触发脉冲如何发生，需要考虑到交流电压是否同步，以及是按照间距触发还是按相触发为主要方法。确定触发角主要是控制各个数据的精度，若精度准确，能够有效计算触发角轮回的计时和计数。在早期，直流输电主要通过硬件锁相倍频发生器来完成这一过程，而现在，随着计算机技术的发展，数字信号处理器利用软件方式就可以完成这一步骤，且触发角的进度得到了有效提高。采用按相储控制触发角是一种传统的模式，很容易造成交流电压不稳定，三相电压不对称的情况，导致换流器的触发脉冲不等距，影响整个直流输电系统的稳定性。而从20世纪60年代起，就已经以等间距控制为主要的触发角控制方式。

2特高压直流输电控制及保护技术分析

2.1直流控制技术

1）系统结构。从结构来看，直流控制系统的特点在于任何情况下都能够从极中修改换流阀，同时在运行过程中，可以直接维护其中某个换流阀，当换流阀出现故障时，可以在将其隔离开来，保护其他系统的正常运行。且极层电流的控制设备可以对每个换流阀进行独立设置，实现双极协调控制。特高压直流控制系统实现了极层、双极层和换流器层的分离，避免了某处发生故障后对其他结构所造成的影响。特高压针对换流层而提出了极层电流控制、换流层启动控制和串联顺序控制等特殊的功能。

2）LAN网安全性。在高压直流输电工程中，主要是利用双重化的LAN网将系统和计算机相连接，而特高压直流输电系统中，则是通过串流换流阀进行了双重化的LAN设置，这种方式能够将网络进行分区管理和控制，并通过防火墙和其他保护设置来保护直流输电系统的安全性，避免了外界的入侵，可有效提高系统的防御能力。另外，分区域的LAN管理还能够减少总线的复杂性，使系统更加安全可靠。

3）主机稳定性。传统的MACH2板卡较少发生故障，但是为了确保运行的流畅性，特高压直流输电系统中的DCC800还是去掉了有一定概率发生故障的板卡。从主机结构来看，特高壓直流的控制系统采用了冗余主机，不同层和系统之间通过光纤进行连接，这样能够避免软件的切换，可通过FPGA编程有效控制系统的快速切换。

4）控制算法。特高压直流输电控制算法主要包括功率补偿、阀组控制、换流单元的在线投退策略、融冰运行模式等部分，这是其与普通高压直流输电控制系统的最大区别，也是进行装置和系统修改的主要区域。

2.2直流保护技术

1）对换流变压器的保护。在双极运行不平衡、不对称或者中性线连接出现故障时，会产生较大的变压直流电流，为了进一步显示出换流变压器的饱和情况，避免直流电流进入换流变压器而导致直流饱和，特高压直流系统提出了利用安装直流电流互感器的方式来加强对换流变压器的保护，这是因为，变化变压器中性线中有1个中性点，这个点能代表着直流电流的周期性峰值，是反应换流变压器直流偏磁情况的一个关键部分。总的来说，对于换流变压器的保护主要是监测变压器中性线的直流电流和，确定各项参数在设置的定值之下，若出现参数异常的情况，系统会通过自行报警、切断电路和跳闸的方式进行有效闭锁。

2）不平衡运行保护。在运行中，如果不同站点的换流器数量不一致，会导致系统不平衡的情况，而直流保护技术会通过检测阀组数目，来确定是否进行保护动作。一旦检测出异常，会通过强制停运来对保护换流单元的运行。

3）旁通对过载保护。这一保护装置的目的在于避免旁通对过载过程中出现的可控硅过载，其原理为通过检测投入过程中旁通晶闸管的温度，确定晶闸管的承受能力，进而保护其他相应的阀组，通过动作锁闭、充足旁通断路器将该系统转变为隔离状态，以此来避免异常电流和电压的不良影响。

4）阀连接母线区保护。特高压直流系统和高压直流系统的不同在于，增加了阀连接母线区的保护，这项保护装置是用来检测每级脉冲换流器的接地故障问题，若脉冲换流器大于整定值，系统就会自动延时跳闸。

3结论

本文分析了特高压直流输电控制保护系统的具体技术，分析了其在系统保护中发挥的作用，并对比了和常规高压直流控制保护技术的不同。总的来说，特高压直流控制保护系统有着串联阀组的功能，可提高阀组之间的协调控制例，使直流输电系统的运行更加流畅和灵活。可以预见，随着技术的发展，特高压直流输电的控制和保护技术一定会发挥出更大的作用。