直流穩(wěn)壓電源工程功率分送控制策略研究與實現(xiàn)方案
2017-7-20 10:50:12??????點擊：
根據(jù)直流穩(wěn)壓電源工程特點和需求，本文從直流穩(wěn)壓電源功率控制模式、直流穩(wěn)壓電源功率自動控制、接地極電流限制等方面進行了詳細的研究，提出了單極直流穩(wěn)壓電源功率控制模式、單極直流穩(wěn)壓電源功率自動控制、接地極電流限制等功能的控制策略和實現(xiàn)原理。相關(guān)控制策略已通過直流穩(wěn)壓電源控制仿真系統(tǒng)實現(xiàn)和驗證，并在直流穩(wěn)壓電源工程中進行應(yīng)用。
永仁-富寧直流穩(wěn)壓電源工程（直流穩(wěn)壓電源工程）是云南省觀音巖水電站送出工程，直流穩(wěn)壓電源額定輸電容量3000MW，額定電壓為±500kV，起點位于云南省楚雄州永仁換流站，受端位于云南省文山州富寧換流站。工程已于2014年8月開工建設(shè)，計劃于2016年6月底建成投運。
直流穩(wěn)壓電源工程與常規(guī)±500kV直流穩(wěn)壓電源工程的主要不同在于富寧換流站需要考慮三種運行方式：直流穩(wěn)壓電源功率“全送廣西”、直流穩(wěn)壓電源功率“全送云南”、直流穩(wěn)壓電源功率“極1送廣西，極2送云南”，三種運行方式通過富寧換流站交流場不同接線方式實現(xiàn)[1]。
直流穩(wěn)壓電源功率“全送廣西”或“全送云南”運行方式采用的控制策略與常規(guī)±500kV直流穩(wěn)壓電源工程的控制策略基本一致[2-4]。但直流穩(wěn)壓電源功率“極1送廣西，極2送云南”這一特殊運行方式，為直流穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)和更高的控制要求。為適應(yīng)并滿足工程需求，本文從直流穩(wěn)壓電源功率傳輸控制模式、直流穩(wěn)壓電源功率自動控制、接地極電流限制等方面進行了詳細的研究，提出了新的設(shè)計理念和實現(xiàn)原理。相關(guān)控制策略已通過直流穩(wěn)壓電源控制仿真系統(tǒng)實現(xiàn)和驗證，并在直流穩(wěn)壓電源工程中進行應(yīng)用。
1 單極直流穩(wěn)壓電源功率控制模式
1.1 單極直流穩(wěn)壓電源功率控制模式的應(yīng)用
以往直流穩(wěn)壓電源輸電工程常用的直流穩(wěn)壓電源功率傳輸控制模式有兩種：雙極直流穩(wěn)壓電源功率控制和單極電流控制[5-8]。雙極直流穩(wěn)壓電源功率控制是直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的主要控制模式，在單極或雙極運行時保證整流站輸送的直流穩(wěn)壓電源功率等于運行人員設(shè)定的直流穩(wěn)壓電源功率整定值。單極電流控制在每個極單獨實現(xiàn)，在單極或雙極運行時保證本極直流穩(wěn)壓電源線路中流過的直流穩(wěn)壓電源電流等于運行人員設(shè)定的直流穩(wěn)壓電源電流整定值。
針對直流穩(wěn)壓電源工程直流穩(wěn)壓電源功率分送運行方式，雖然也可選擇雙極直流穩(wěn)壓電源功率控制和單極電流控制，但無法實現(xiàn)雙極運行時雙極直流穩(wěn)壓電源功率控制模式下兩極輸送不同的直流穩(wěn)壓電源功率。根據(jù)直流穩(wěn)壓電源工程特點和運行需求，分送運行方式下應(yīng)用單極直流穩(wěn)壓電源功率控制模式顯得尤為重要，可實現(xiàn)單極或雙極運行時兩個極能夠獨立控制本極輸送的直流穩(wěn)壓電源功率。故直流穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)需增加單極直流穩(wěn)壓電源功率控制模式，實現(xiàn)并滿足工程需求。
1.2 單極直流穩(wěn)壓電源功率控制模式的實現(xiàn)
單極直流穩(wěn)壓電源功率控制模式需要在每個極單獨實現(xiàn)，直流穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)需根據(jù)運行人員設(shè)定的單極直流穩(wěn)壓電源功率整定值和單極直流穩(wěn)壓電源功率升降速率整定值，調(diào)節(jié)該極輸送的直流穩(wěn)壓電源功率到整定值。
單極直流穩(wěn)壓電源功率控制模式是在單極電流控制模式的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，具體實現(xiàn)過程如下：1）根據(jù)運行人員設(shè)定的單極直流穩(wěn)壓電源功率整定值除以本極實時直流穩(wěn)壓電源電壓，得到本極電流參考值；2）根據(jù)運行人員設(shè)定的單極直流穩(wěn)壓電源功率升降速率整定值除以本極實時直流穩(wěn)壓電源電壓，得到本極電流升降速率參考值；3）根據(jù)計算出來的本極電流參考值和電流升降速率參考值，按照單極電流控制模式調(diào)節(jié)到設(shè)定的單極直流穩(wěn)壓電源功率整定值。
單極直流穩(wěn)壓電源功率控制模式實現(xiàn)原理如圖1所示。
圖1 單極直流穩(wěn)壓電源功率控制模式實現(xiàn)原理
由圖1可以看出：在單極直流穩(wěn)壓電源功率控制模式下，直流穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)是將運行人員設(shè)定的單極直流穩(wěn)壓電源功率整定值和單極直流穩(wěn)壓電源功率升降速率整定值轉(zhuǎn)化為電流整定值和電流升降速率整定值，控制器按照電流控制的方式來實現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源功率的傳輸。
通過增加單極直流穩(wěn)壓電源功率控制模式，在直流穩(wěn)壓電源功率分送運行方式下，每極輸送的直流穩(wěn)壓電源功率可實現(xiàn)獨立控制，保持在按極設(shè)置的單極直流穩(wěn)壓電源功率整定值，兩極互不影響。
1.3 不同運行方式下控制模式選擇
單極直流穩(wěn)壓電源功率控制模式的實現(xiàn)，使得直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)可以選擇更多的控制模式或組合。針對直流穩(wěn)壓電源工程三種運行方式，單極或雙極運行時，可以選擇不同的控制模式或組合，如下表1所示。
表1 直流穩(wěn)壓電源功率不同運行方式控制模式組合
|
直流功率輸送 |
極 |
雙極功率 |
單極功率 |
單極電流 |
|
方式 |
控制w |
控制P |
控制P |
|
|
全送廣西P |
極1 |
對 |
對 |
對 |
|
極2 |
對 |
對 |
對 |
|
|
全送7T南 |
極1 |
對 |
對 |
對 |
|
極2 |
對 |
對 |
對 |
|
|
極1送廣西 |
極1 |
錯 |
對 |
對 |
|
極2送云南 |
極2 |
錯 |
對 |
|
富寧站兩極分送運行方式下，為保證兩極的獨立性，單極或雙極運行時，每一極只有兩種控制模式可選擇，即單極直流穩(wěn)壓電源功率控制或單極電流控制。當選擇單極直流穩(wěn)壓電源功率控制時，直流穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)保證本極整流站的直流穩(wěn)壓電源功率為設(shè)定的直流穩(wěn)壓電源功率值；當選擇單極電流控制時，直流穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)保證本極直流穩(wěn)壓電源線路中流過的直流穩(wěn)壓電源電流為設(shè)定的電流值。
1.4 單極直流穩(wěn)壓電源功率控制模式切換驗證
通過直流穩(wěn)壓電源工程仿真系統(tǒng)，運行人員可以在運行人員工作站（Operator Work Station，OWS）進行不同控制模式之間的切換。如圖2所示，控制模式具有雙極直流穩(wěn)壓電源功率控制、單極直流穩(wěn)壓電源功率控制和單極電流控制三種，極1和極2控制模式相互獨立，互不影響。
由圖2可知，極1和極2均處于雙極直流穩(wěn)壓電源功率控制模式，此時極1和極2均具備切換到單極直流穩(wěn)壓電源功率控制或單極電流控制允許；當極1控制模式為單極直流穩(wěn)壓電源功率控制時，具備切換到雙極直流穩(wěn)壓電源功率控制或單極電流控制允許；當極1控制模式為單極電流控制時，具備切換到雙極直流穩(wěn)壓電源功率控制或單極直流穩(wěn)壓電源功率控制允許；極2相同。由此可知每一極只允許一種控制模式存在，其他兩種控制模式均為備用控制模式，方便運行人員根據(jù)不同的運行工況進行切換。
圖2 單極直流穩(wěn)壓電源功率自動控制功能實現(xiàn)原理
2 單極直流穩(wěn)壓電源功率自動控制功能
2.1 單極直流穩(wěn)壓電源功率自動控制功能的提出
以往直流穩(wěn)壓電源輸電工程設(shè)置有雙極直流穩(wěn)壓電源功率自動控制功能[9-10]，即雙極均為雙極直流穩(wěn)壓電源功率控制模式，至少單極解鎖運行，允許切換到雙極直流穩(wěn)壓電源功率自動控制功能，雙極直流穩(wěn)壓電源功率按照運行人員提前設(shè)置好的雙極直流穩(wěn)壓電源功率曲線運行。
針對直流穩(wěn)壓電源工程直流穩(wěn)壓電源功率分送運行方式，為滿足運行需求，需要實現(xiàn)單極直流穩(wěn)壓電源功率自動控制功能，即分送運行方式下單極直流穩(wěn)壓電源功率也可按照運行人員提前設(shè)置好的單極直流穩(wěn)壓電源功率曲線運行。
2.2 單極直流穩(wěn)壓電源功率自動控制功能的實現(xiàn)
單極直流穩(wěn)壓電源功率自動控制功能需要在每個極單獨實現(xiàn)，直流穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)需根據(jù)運行人員提前設(shè)置好的單極直流穩(wěn)壓電源功率運行曲線調(diào)節(jié)該極輸送的直流穩(wěn)壓電源功率到整定值。
單極直流穩(wěn)壓電源功率自動控制功能默認情況下應(yīng)處于退出狀態(tài)，即選擇運行人員手動設(shè)置的單極直流穩(wěn)壓電源功率整定值和單極直流穩(wěn)壓電源功率升降速率整定值。單極直流穩(wěn)壓電源功率自動控制功能的投入需根據(jù)運行的需求和調(diào)度的安排，并且需提前編制好單極直流穩(wěn)壓電源功率運行曲線，該曲線可以定義多個直流穩(wěn)壓電源功率-時間數(shù)值點，直流穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)根據(jù)該曲線自動調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源傳輸直流穩(wěn)壓電源功率。
單極直流穩(wěn)壓電源功率自動控制功能的投入需滿足以下條件：1）直流穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)處于系統(tǒng)控制層；2）分送運行方式下，選擇單極直流穩(wěn)壓電源功率控制的極；3）極處于解鎖運行狀態(tài)；4）有效控制位置為主控站的運行人員工作站。
單極直流穩(wěn)壓電源功率自動控制功能實現(xiàn)原理如圖3所示。
圖3 單極直流穩(wěn)壓電源功率自動控制功能實現(xiàn)原理
由圖3可以看出：單極直流穩(wěn)壓電源功率自動控制運行時，將閉鎖運行人員手動設(shè)定的直流穩(wěn)壓電源功率整定值和直流穩(wěn)壓電源功率升降速率整定值，選擇運行人員提前設(shè)定的自動直流穩(wěn)壓電源功率曲線自動下發(fā)的整定值。
在單極直流穩(wěn)壓電源功率自動控制模式運行下，為保證直流穩(wěn)壓電源輸電系統(tǒng)正常運行，自動控制功能在以下情況下將自動退出：1）直流穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)從系統(tǒng)控制層切換為站控層；2）分送運行方式下，單極直流穩(wěn)壓電源功率控制模式切換為單極電流控制模式；3）極解鎖狀態(tài)消失；4）主/從控站切換；5）主控站系統(tǒng)功能控制位置（運行人員或遠方調(diào)度）發(fā)生變化；6）引起參考值發(fā)生變化的外部條件，如直流穩(wěn)壓電源功率提升/回降、保護啟動降電流等。
通過增加單極直流穩(wěn)壓電源功率自動控制功能，在直流穩(wěn)壓電源功率分送運行方式下，每極輸送的直流穩(wěn)壓電源功率可實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)能力，提高了運行的靈活性和高效性。
3 接地極電流限制功能
3.1 接地極電流限制功能的提出
直流穩(wěn)壓電源工程直流穩(wěn)壓電源功率分送運行方式時，當雙極不平衡運行，或雙極平衡運行時一極因某種原因發(fā)生直流穩(wěn)壓電源功率變化，勢必會引起接地極電流增大，接地極電流過大會影響到直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)長期安全穩(wěn)定運行[11-12]。
為保證直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)能夠長期有效且安全可靠運行，需將接地極電流限制在合理的范圍之內(nèi)。根據(jù)工程特點和需求，直流穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)需增加接地極電流限制功能，當檢測到接地極電流超過有效范圍時，通過減小流過接地極電流大的極的直流穩(wěn)壓電源電流，將接地極電流控制在合理范圍內(nèi)。
3.2 接地極電流限制功能的實現(xiàn)
考慮到工程具有多種運行方式，接地極電流限制功能設(shè)置有投退功能，當處于不同運行方式下，運行人員可自由投退此功能，增加其應(yīng)用的靈活性。
接地極電流限制功能投入前，運行人員需根據(jù)調(diào)度要求通過工作站設(shè)置接地極電流限制值和電流升降速率。直流穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)實時檢測極1直流穩(wěn)壓電源電流、極2直流穩(wěn)壓電源電流和接地極電流，在接地極電流限制功能投入狀態(tài)下，需滿足以下條件此功能才可啟動：1）接地極電流大于限制值；2）極1直流穩(wěn)壓電源電流大于極2直流穩(wěn)壓電源電流時，啟動極1接地極限制功能；反之，啟動極2接地極限制功能。
接地極電流限制功能實現(xiàn)原理如圖4所示。
圖4 接地極電流限制功能實現(xiàn)原理
由圖4可以看出：接地極電流限制功能啟動時，斜坡發(fā)生器將本極當前的電流參考值按照運行人員設(shè)定的電流升降速率產(chǎn)生電流限制值，直流穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)將電流限制值與本極的電流參考值取小后直接用于閉環(huán)控制器，限制本極實際直流穩(wěn)壓電源電流。
當接地極電流低于設(shè)定的限制值后，斜坡發(fā)生器保持當前輸出的電流限制值，待本極實時計算的電流容量刷新本極直流穩(wěn)壓電源電流參考值，直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)將本極直流穩(wěn)壓電源電流保持在電流限制值后，斜坡發(fā)生器恢復(fù)到啟動前直流穩(wěn)壓電源電流不受限狀態(tài)。
通過減小流過接地極電流大的極的直流穩(wěn)壓電源電流，有效地將接地極電流限制在合理的范圍之內(nèi)，保證直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)長期有效且安全可靠運行。
4 結(jié)論
本文根據(jù)直流穩(wěn)壓電源工程的特點和需求，直流穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)為適應(yīng)和滿足多種直流穩(wěn)壓電源功率輸送方式，需增加新的控制策略。本文針對直流穩(wěn)壓電源功率分送運行方式，在直流穩(wěn)壓電源功率傳輸控制模式方面應(yīng)用了單極直流穩(wěn)壓電源功率控制模式，實現(xiàn)了每極可獨立控制本極輸送的直流穩(wěn)壓電源功率，兩極互不影響，提高運行的穩(wěn)定性和可控性。
在此基礎(chǔ)上，提出了單極直流穩(wěn)壓電源功率自動控制功能，實現(xiàn)了每極可自動調(diào)節(jié)本極輸送的直流穩(wěn)壓電源功率，提高運行的靈活性和高效性；鑒于直流穩(wěn)壓電源功率分送運行方式下雙極不平衡運行時，存在接地極電流過大的運行風險，提出并實現(xiàn)了接地極電流限制功能，保證直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)能夠長期有效且安全可靠運行。相關(guān)控制策略已在直流穩(wěn)壓電源控制仿真系統(tǒng)上得到實現(xiàn)和驗證，并在直流穩(wěn)壓電源工程中得到應(yīng)用。
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