柔性直流背靠背换流站阀控系统介绍及故障处理

陈帅帅

摘 要：为将柔性直流输电阀控系统运行安稳性提升，本文基于介绍鲁西背靠背换流站广西侧柔直阀控系统的构架、控制策略的基础上，展开分析柔直跳闸事故。阀控系统故障主要是由于柔性直流输电背靠背工程中阀控系统上位机和交换机通信故障所导致。由此提出相应的处理措施。

关键词：柔性直流;背靠背换流站阀控系统;故障处理

柔性直流输电也被称作是电压源型换流器（VSC）的高压直流输电（VSC-HVDC），属于新型的直流输电技术，为我国智能电网发展的关键领域。柔性直流输电被广泛的应用于分布式发电并网、城市配网供电以及异步电网互联等领域。柔直系统的重要构成部分就是换流阀、站控系统、极控系统以及阀控系统，阀控系统对换流阀模块的信息，应该实时的向上位机以及运行人员的工作站进行传送，才可以更全面的了解到柔直系统运行状态。下面进行分析柔性直流背靠背换流站阀控系统故障和处理措施，带给实践工作有价值的借鉴。

1 阀控系统设计

1.1 换流器介绍

鲁西背靠背换流站柔直换流器中，运用到了三相桥式全控整流/逆变电路，换流器建立在模块化多电平（MMC）拓扑结构的基础上，通过很多的功率模块串联产生。换流器本体包括多种模块，逐级的分解成阀塔、阀段、功率模块以及相单元、桥臂单元等。

1.2 阀控系统构架

首先，VCMl阀控制与检测接口屏功能配置。VCMI阀控制与检测接口屏包括两套接口系统，一个是VCMI—A（跟CCP—A通信），另一个是VCMI—B（跟CCP—B通信），处于冗余运行的状态。VCMI—A/B控制六个桥臂中功率模块电容电压，以及进行桥臂环流抑制，把控制结果给各桥臂的VGC 设备发放，向每个功率模块的触发脉冲分配。VCMI阀控制与检测接口屏中，主要的构成内容就是VCMI机 箱、工控机分别一台，人机交互界面一个，以态网交换机三个。

其次，阀组控制设备VGC。VGC系统的构成中，包括的硬件分别是VGC—AU、VGC—AL、VGC—BU、VGC—BL、VGC—CU、VGC—CL，还有完全相同的软件的屏柜，各屏柜跟VCMI—A、VCMI—B、功率模塊的接口，都是光纤，界面属于无人机交互界面，每面屏柜中的机箱分别是三个。VGC主要所接收的数据信息，均是源于VCMI—A、VCMI—B的调制电压，以及相应的操作指令等，掌握住模块温度以及了解工作状态等。

另外，阀控系统监视上位机。阀控的构成包括了实时热备份的A套以及B套系统，具有相同的硬件、软件。上位机运行的监控软件，主要功能就是显示出阀控运行状态，设置环流抑制使能，进行模块比对，查看冗余模块功能、模块故障状态等等，通过上位机把指令给阀控的CPU下达得以实现这些功能。上位机跟阀控系统的主控板之间，连接的渠道就是以太网线，重要功效包括了环流抑制功能、模块比对功能、冗余控制功能等。

1.3阀控系统功能

阀控系统涵盖的功能诸多，主要包括以下几方面：接受源于CCP的调制电压，形成驱动功率模块内IGBT的触发脉冲;对每个桥臂中功率模块的电容电压进行控制，确保均衡状态;对于功率模块内部电容电压、模块温度等等进行监测;故障状态中的冗余功率模块，进行及时有效的切换;出现故障问题比较严重的情况下，经控制功率模块内的旁路开关、晶闸管，展开有效的保护;发挥出良好的状态监测、录波功能，监测好全部模块的电容电压、旁路状态、故障问题，进行故障定位，能够具体至功率模块等等。

2 阀控系统故障分析处理

2.1换流阀控制系统A/B屏与其他系统的通信中断问题

分析：阀控屏里的装置实现的功能是完成换流阀脉冲调制、脉冲分配及相关的保护功能，并接收上层 PCP 控制保护命令，并反馈换流阀的部分状态信息;以及向下层脉冲分配装置发送控制命令和接收脉冲分配装置的状态和保护信息。如果与其他系统通信中断则丧失该功能，无法使直流继续正常运行。

处理方法：如果设备具有冗余功能，且备用系统工作在备用状态，则控制系统会自动切换到备用系统。如果是严重的通讯故障，并且不具备冗余切换时，会导致阀控系统会发紧急闭锁跳闸命令。待故障排除后，再恢复系统的运行。

2.2 换流阀控制系统A/B屏闭锁和报警

分析：在阀控系统发闭锁和报警信号的时候，说明直流运行出现了异常，可能使一次设备，也可能使二次设备出现了故障，运行人员要及时根据SER报文以及装置信号确定其异常以确保直流是否能继续运行。

闭锁处理方法：在故障情况下为了保护阀组单元和设备安全，阀控系统会紧急闭锁换流阀并发出跳闸命令跳开交流断路器已保护换流阀的安全。暂时性闭锁也会导致运行中的换流阀紧急闭锁，但整个阀控系统处于待解锁状态，功率单元电容电压处于保持状态等待暂时性故障清楚后重新快速进入解锁状态。

告警处理方法：为了便于发现和监控换流阀以及阀控器的工作状态，阀控监控系统能够提前提醒告知运行人员一些潜在的危险信息，阀控告警信息会实时监测更新在监控界面，引起运行人员的重视但不会影响整个阀控系统的正常运行，告警处理运行人员可根据阀控系统当前具体情况酌情处理。

2.3 脉冲分配屏装置报警和闭锁

分析：脉冲分配屏的脉冲板接收到阀控装置控制的数据后，根据每个子模块的情况处理完数据后将调制波和控制指令发送给子模块单元。同时接受子模块单元反馈的直流电压和单元状态。

处理方法：出于对阀组功率单元的保护和不影响系统正常运行在脉冲板发生通信故障时，此脉冲板所控制的子模块都会被强制为旁路状态，阀控制器以报文提示和脉冲板通讯故障，并把此脉冲板的旁路单元号反馈到阀控监控界面，运行人员要从阀控的监控界面确定的子模块剩余的冗余数以填报相应的缺陷。

2.4 换流阀控制系统A/B屏上位机死机或黑屏

分析：一些重要的故障、事件、告警都是以带时标的格式记录显示在上位机界面上，已备原因查找和问题分析。

处理方法：立即使用上位机开机键进行重启，点击桌面运行阀控监视和控制程序。原来鲁西站设置了如果两套阀控上位机同时故障超过10min会导致阀控系统会发紧急闭锁跳闸命令的逻辑。但重要的故障、事件、告警也可以通过站LAN网上传至后台机。虽然内容可能不比上位机显示的清楚，但依旧起到监控直流运行的作用，所以这个跳闸逻辑可以取消。

2.5 短时闭锁逻辑

阀控在桥臂电流超过2100A，阀应立即暂时性闭锁，并向PCP上发暂时性闭锁信号，阀控经过1ms延时之后，判断桥臂电流是否下降到一定阀值（100A），若满足，则清除暂时性闭锁信号;若不满足，则继续等待电流下降到阀值。阀控暂时性闭锁信号若维持一定时间（100ms）未清除，则阀控请求跳閘。暂时性闭锁信号清除之后，若此时低电压穿越信号存在，PCP经过一定延时（15ms）之后，重新下发解锁命令，在一次穿越过程中，重新解锁多次（3次）失败后，则跳闸。若穿越信号不存在，一旦接受到暂时性闭锁信号，PCP立即跳闸。

结语：

本文进行介绍柔直换流器阀控系统整体构架，阐述其功能，并且联系起故障事件分析处理，提出有关的处理措施。主要的目的就是给后续柔性直流输电实际工程设计、建设有价值的借鉴，促使将柔性直流工程可靠度、安全性有效的增强。

参考文献：

[1]潘尔生，乐波，梅念，苑宾. ±420 kV中国渝鄂直流背靠背联网工程系统设计[J]. 电力系统自动化，2021，45（05）：175-183.

[2]杨立敏，朱艺颖，郭强，孙栩，刘翀，刘世成，王峰渊，陈晓刚. 基于HYPERSIM的柔性直流输电系统数模混合仿真建模及试验[J]. 电网技术，2020，44（11）：4055-4062.

[3]路建良，关兆亮，王新颖，李强，贺之渊，李君，陈堃. 高压大容量柔性直流输电阀基控制设备及其动态模拟试验研究[J]. 广东电力，2020，33（05）：105-116.

[4]李家羊，郭树永，戴甲水. 鲁西500 kV背靠背换流站阀控系统设计[J]. 电工技术，2020，11（05）：35-37.

（中国南方电网广东电网有限公司广州供电局， 广东 广州 510000）