[發明專利]一種柔性直流輸電系統換流站的控制保護方法及結構

無效

• 申請號: 201410279229.3
• 申請日: 2014-06-21
• 公開（公告）號: CN104022577A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 彭冠炎;魯麗娟;倫振堅;施世鴻;劉繼權;蔡田田;朱海華;賈紅舟;陳冰
• 申請（專利權）人: 中國能源建設集團廣東省電力設計研究院
• 主分類號: H02J13/00
• 分類號: H02J13/00;H02J3/36
• 代理公司: 廣州廣信知識產權代理有限公司 44261
• 代理人: 張文雄

技術領域

本發明涉及一種柔性直流輸電系統換流站的控制保護方法及結構，屬于柔性直流輸送電及設備技術領域。

背景技術

海上風電電網消納是海上風電建設中的一大難題，柔性直流輸電基于電壓源變流器和脈沖寬度調制技術將直流電壓逆變為幅值和相位都可控的交流電壓，并可以獨立快速控制所傳輸的有功功率和無功功率，極大地增強了輸電的靈活性，成為實現大型風電場與主網之間的穩定聯結的最有潛質的電力傳輸方式。

目前世界上已投運的柔性直流輸電工程均按照結構分層設計原則將控制保護系統劃分為三層：運行人員控制層、控制保護層、接口層。其中控制保護層主要包括系統級控制及換流器級控制系統，系統級控制系統主要實現控制模式轉換的功能，換流器級控制是控制保護層的核心，主要實現電流閉環控制、鎖相以及調制波生成，同時實現換流閥快速保護功能。柔性直流輸電控制系統是一個復雜的多輸入多輸出系統，為了提高其運行的可靠性，必須限制任一控制環節故障造成的影響。柔性直流換流站的控制保護系統的結構設計是否可靠關乎到整個換流站能否安全、可靠和高效運行。

ABB技術路線的控制保護層是系統級控制與換流器控制在同一主機合并設計，主要功能包括接收運行人員指令、有功功率控制、無功功率控制、直流電壓控制、交流電壓控制、順序控制、電流閉環控制、鎖相控制等功能。閥控設備接收控制保護層發送的換流閥導通的指令，控制換流閥的導通/關斷。由ABB技術路線的分層結構可以看出系統級及換流器級控制合成一個主機。在工程的實施過程中必須由ABB公司的技術負責人進行指導，而且只能向ABB公司進行設備采購，存在技術壁壘，不利于開展競爭。柔性直流輸電系統的控制保護設備需求日益增加，不能因為技術壟斷受制于國外的廠家，影響工程投資及科研發展。

西門子技術路線的控制保護層是基于同一平臺，系統級控制與換流器級控制分兩個主機設計。統級控制負責與監控系統的接口(操作指令接收)、順控操作及相關接地接口；換流器級控制實現核心控制保護功能，包括有功、無功控制、參考電壓計算、電流電壓平衡等。由西門子技術路線的分層結構可以看出系統級及換流器級控制分成兩個主機。但是基于同一平臺的設計，核心的技術同樣掌握在同一個設備供貨商上。存在與技術一同樣的缺點。

發明內容

本發明的目的之一，是針對現有柔性直流輸電工程的控制保護受制于外國廠家的缺點，提出一種柔性直流輸電系統換流站的控制保護方法。

本發明的目的之二，是為了提供一種柔性直流輸電系統換流站的控制保護結構。該控制保護結構將系統級及換流器級控制分成兩個主機而且基于不同平臺進行設計，不僅打破國外廠家技術壟斷的地位，也更清晰劃分控制保護系統的層次設計結構，提高控制保護的可靠性。

本發明的目的之一可以通過采取如下技術方案達到：

一種柔性直流輸電系統換流站的控制保護方法，其特征在于：將柔性直流輸電換流站的控制保護系統設置成模塊化、分層分布式和開放式結構，具體是將所述控制保護系統分為三個層次，按其功能由高至低依次為系統及換流站級控制保護層、換流器級控制保護層、閥級及子模塊級控制保護層；

1)系統及換流站級控制保護層，對柔性直流輸電系統的控制中心開放，接收柔性直流輸電系統的調度端SCADA發送的有功、無功指令、系統運行方式指令及啟停控制指令，并根據接收調度端SCADA發來的指令對站內的控制保護及輔助系統下發控制指令；

2)換流器級控制保護層，對系統及換流站級控制保護層開放，接受系統及換流站級控制保護的換流器控制模式指令，完成有功控制、無功控制和電流控制，生成各個換流閥控制電壓的調制波信號；

3)閥級及子模塊級控制保護層，對換流器級控制保護層開放，閥級控制保護層控制閥層子模塊投切的脈沖發生信號、模塊電容電壓平衡控制、橋臂環流控制，對子模塊的狀態進行監測并上報至控制保護層的監控單元；子模塊控制保護層實現子模塊單元的觸發、電容電壓檢測和子模塊狀態監測，并將信息回報給閥控制單元。

本發明的目的之一還可以通過采取如下技術方案達到：

進一步地，換流站級與系統級控制保護層包括如下功能模塊：

1)數據處理模塊，數據處理模塊的輸入端連接柔性直流輸電系統的MU合并單元的輸出端，數據處理模塊的輸出端連接直流電壓控制模塊的輸入端、有功綜合控制模塊的輸入端和無功綜合控制模塊的輸入端；數據處理單元主要計算以下量：三相交流電壓正序有效值、分相交流電壓有效值幅值及其變化率、三相交流有功功率、三相交流無功功率；