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特高压直流配套安全稳定控制系统的典型设计(2)

北极星智能电网在线  来源:电力系统自动化    2016/7/22 11:36:48  我要投稿  

二、接口

直流故障形态较多,暂态过程复杂,单纯依靠稳控装置难以准确而又快速的识别故障,须通过与直流控制保护之间的接口交换信息,实现对直流的状态监视、故障识别及紧急控制。根据工程实施的不同阶段,并随着电网实际需求的变化和技术的进步,稳控装置与直流控制保护的接口先后有三种方式。

直流侧单极接地故障下,配置联接变压器时,交直流系统接地点相互独立,交流系统电压和电流几乎不受影响;不配置联接变压器时,交直流系统共用接地点,单极接地时交流母线对地电压也将出现持续直流分量而产生过电压,对交流系统设备绝缘造成较大影响。直流双极短路时,系统中将出现很大的故障电流,电流通过换流阀中的反并联二极管传到交流侧,从而对交流系统造成影响。

1.纯开关量接口

是指稳控装置与直流控保之间仅以开关量接点方式进行信息交互,主要传输直流运行模式、直流非正常停运、紧急提升/回降直流(分档)等信息,如图2实线部分所示。该接口方式的优点是逻辑简单、易实现,缺点是交互信息少、仅能分档控制、抗干扰能力不强。

综合考虑系统的可靠性和安全性,该接口方式的典型设计原则为:开关量信号应经功率不小于5W的光耦继电器隔离,以提高抗干扰能力;启动接点和动作接点应配置在不同的模件上,避免由于单一模件损坏而导致的误动;启动接点和动作接点可分别采用“二取一”并联方式接入,避免单一模件损坏而导致的拒动。

2.“开关量+模拟量”接口

是指在“纯开关量接口”的基础上,稳控装置的“开关量”分档控制命令,变为了“模拟量”无极控制。这里的“模拟量”是指工业控制系统中常用来传输非电物理量(如温度、压力、角度等)的4~20mA电流信号,如图2虚线部分所示。

该接口的典型设计除了考虑与开关量类似的问题外,还应设计模拟量回路的异常监视功能,考虑开关量和模拟量之间的时序配合关系,避免误调、过调和欠调。该方式可满足在直流孤岛运行等情况下的精确控制要求,但由于交互信息仍然较少,无法实现直流功率回降故障的控制等更复杂策略。

3光纤数字接口

是指稳控装置与直流控保通过光纤接口交互数字信息。相对于前两种接口方式而言,本接口方式具有可靠性高、传输信息量大,抗干扰能力强等优点,可有效避免由于出口模件损坏、二次回路异常等情况下的装置不正确动作。根据工程经验,并结合稳控装置与直流控制保护系统的实际情况,典型接口设计建议采用IEC60044-8通信规约,传输速率为5Mbit/s,采用曼彻斯特编码,传输介质为多模光纤。

三、故障判据

1.交流元件故障判据

传统稳控装置判断交流元件的故障,通常分为故障跳闸和无故障跳闸两类。按照常规稳控工程的典型设计,故障跳闸一般采用电气量结合保护动作信号的判据,无故障跳闸则采用纯电气量的判据。若采用传统无故障判据,在直流线路故障后重启、直流闭锁等情况下,近区交流电网的线路可能会因潮流的突然转移而误判为跳闸,导致稳控装置误动作。为了防止上述情况发生,直流配套稳控系统的交流元件故障典型设计应引入相关断路器位置信号或者增加电气量辅助判据。

2.直流元件故障判据

直流稳控系统的主要策略触发条件是直流极/阀组闭锁故障,国内目前大多采用“换流变电气量+非正常停运信号”的判据快速可靠识别故障,判断逻辑与交流元件跳闸故障相似。

3.直流功率损失量判据

直流故障前后总损失的功率是稳控系统执行控制策略的重要依据。直流故障暂态过程复杂,若由稳控装置计算事故前功率与事故后的稳态功率差,事故前后的时间窗口Δt难以确定。实践表明:Δt过短(最初设计为30ms),可能会误判健全换流器的转带;而延长Δt,即便是增加至300ms,在某些运行工况下,仍然会出现误判为转带失败(如图3)或误判为转带成功(如图4)的情况。经过大量实验数据分析,若要确保在所有故障工况下装置均不会误判,则Δt至少需延长至500ms以上,无法满足电网的稳定控制需求。

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