柔性直流背靠背換流站閥控系統(tǒng)介紹及故障處理

陳帥帥

摘 要：為將柔性直流輸電閥控系統(tǒng)運行安穩(wěn)性提升，本文基于介紹魯西背靠背換流站廣西側(cè)柔直閥控系統(tǒng)的構(gòu)架、控制策略的基礎(chǔ)上，展開分析柔直跳閘事故。閥控系統(tǒng)故障主要是由于柔性直流輸電背靠背工程中閥控系統(tǒng)上位機和交換機通信故障所導(dǎo)致。由此提出相應(yīng)的處理措施。

關(guān)鍵詞：柔性直流;背靠背換流站閥控系統(tǒng);故障處理

柔性直流輸電也被稱作是電壓源型換流器（VSC）的高壓直流輸電（VSC-HVDC），屬于新型的直流輸電技術(shù)，為我國智能電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域。柔性直流輸電被廣泛的應(yīng)用于分布式發(fā)電并網(wǎng)、城市配網(wǎng)供電以及異步電網(wǎng)互聯(lián)等領(lǐng)域。柔直系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分就是換流閥、站控系統(tǒng)、極控系統(tǒng)以及閥控系統(tǒng)，閥控系統(tǒng)對換流閥模塊的信息，應(yīng)該實時的向上位機以及運行人員的工作站進行傳送，才可以更全面的了解到柔直系統(tǒng)運行狀態(tài)。下面進行分析柔性直流背靠背換流站閥控系統(tǒng)故障和處理措施，帶給實踐工作有價值的借鑒。

1 閥控系統(tǒng)設(shè)計

1.1 換流器介紹

魯西背靠背換流站柔直換流器中，運用到了三相橋式全控整流/逆變電路，換流器建立在模塊化多電平（MMC）拓撲結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過很多的功率模塊串聯(lián)產(chǎn)生。換流器本體包括多種模塊，逐級的分解成閥塔、閥段、功率模塊以及相單元、橋臂單元等。

1.2 閥控系統(tǒng)構(gòu)架

首先，VCMl閥控制與檢測接口屏功能配置。VCMI閥控制與檢測接口屏包括兩套接口系統(tǒng)，一個是VCMI—A（跟CCP—A通信），另一個是VCMI—B（跟CCP—B通信），處于冗余運行的狀態(tài)。VCMI—A/B控制六個橋臂中功率模塊電容電壓，以及進行橋臂環(huán)流抑制，把控制結(jié)果給各橋臂的VGC 設(shè)備發(fā)放，向每個功率模塊的觸發(fā)脈沖分配。VCMI閥控制與檢測接口屏中，主要的構(gòu)成內(nèi)容就是VCMI機 箱、工控機分別一臺，人機交互界面一個，以態(tài)網(wǎng)交換機三個。

其次，閥組控制設(shè)備VGC。VGC系統(tǒng)的構(gòu)成中，包括的硬件分別是VGC—AU、VGC—AL、VGC—BU、VGC—BL、VGC—CU、VGC—CL，還有完全相同的軟件的屏柜，各屏柜跟VCMI—A、VCMI—B、功率模塊的接口，都是光纖，界面屬于無人機交互界面，每面屏柜中的機箱分別是三個。VGC主要所接收的數(shù)據(jù)信息，均是源于VCMI—A、VCMI—B的調(diào)制電壓，以及相應(yīng)的操作指令等，掌握住模塊溫度以及了解工作狀態(tài)等。

另外，閥控系統(tǒng)監(jiān)視上位機。閥控的構(gòu)成包括了實時熱備份的A套以及B套系統(tǒng)，具有相同的硬件、軟件。上位機運行的監(jiān)控軟件，主要功能就是顯示出閥控運行狀態(tài)，設(shè)置環(huán)流抑制使能，進行模塊比對，查看冗余模塊功能、模塊故障狀態(tài)等等，通過上位機把指令給閥控的CPU下達得以實現(xiàn)這些功能。上位機跟閥控系統(tǒng)的主控板之間，連接的渠道就是以太網(wǎng)線，重要功效包括了環(huán)流抑制功能、模塊比對功能、冗余控制功能等。

1.3閥控系統(tǒng)功能

閥控系統(tǒng)涵蓋的功能諸多，主要包括以下幾方面：接受源于CCP的調(diào)制電壓，形成驅(qū)動功率模塊內(nèi)IGBT的觸發(fā)脈沖;對每個橋臂中功率模塊的電容電壓進行控制，確保均衡狀態(tài);對于功率模塊內(nèi)部電容電壓、模塊溫度等等進行監(jiān)測;故障狀態(tài)中的冗余功率模塊，進行及時有效的切換;出現(xiàn)故障問題比較嚴重的情況下，經(jīng)控制功率模塊內(nèi)的旁路開關(guān)、晶閘管，展開有效的保護;發(fā)揮出良好的狀態(tài)監(jiān)測、錄波功能，監(jiān)測好全部模塊的電容電壓、旁路狀態(tài)、故障問題，進行故障定位，能夠具體至功率模塊等等。

2 閥控系統(tǒng)故障分析處理

2.1換流閥控制系統(tǒng)A/B屏與其他系統(tǒng)的通信中斷問題

分析：閥控屏里的裝置實現(xiàn)的功能是完成換流閥脈沖調(diào)制、脈沖分配及相關(guān)的保護功能，并接收上層 PCP 控制保護命令，并反饋換流閥的部分狀態(tài)信息;以及向下層脈沖分配裝置發(fā)送控制命令和接收脈沖分配裝置的狀態(tài)和保護信息。如果與其他系統(tǒng)通信中斷則喪失該功能，無法使直流繼續(xù)正常運行。

處理方法：如果設(shè)備具有冗余功能，且備用系統(tǒng)工作在備用狀態(tài)，則控制系統(tǒng)會自動切換到備用系統(tǒng)。如果是嚴重的通訊故障，并且不具備冗余切換時，會導(dǎo)致閥控系統(tǒng)會發(fā)緊急閉鎖跳閘命令。待故障排除后，再恢復(fù)系統(tǒng)的運行。

2.2 換流閥控制系統(tǒng)A/B屏閉鎖和報警

分析：在閥控系統(tǒng)發(fā)閉鎖和報警信號的時候，說明直流運行出現(xiàn)了異常，可能使一次設(shè)備，也可能使二次設(shè)備出現(xiàn)了故障，運行人員要及時根據(jù)SER報文以及裝置信號確定其異常以確保直流是否能繼續(xù)運行。

閉鎖處理方法：在故障情況下為了保護閥組單元和設(shè)備安全，閥控系統(tǒng)會緊急閉鎖換流閥并發(fā)出跳閘命令跳開交流斷路器已保護換流閥的安全。暫時性閉鎖也會導(dǎo)致運行中的換流閥緊急閉鎖，但整個閥控系統(tǒng)處于待解鎖狀態(tài)，功率單元電容電壓處于保持狀態(tài)等待暫時性故障清楚后重新快速進入解鎖狀態(tài)。

告警處理方法：為了便于發(fā)現(xiàn)和監(jiān)控換流閥以及閥控器的工作狀態(tài)，閥控監(jiān)控系統(tǒng)能夠提前提醒告知運行人員一些潛在的危險信息，閥控告警信息會實時監(jiān)測更新在監(jiān)控界面，引起運行人員的重視但不會影響整個閥控系統(tǒng)的正常運行，告警處理運行人員可根據(jù)閥控系統(tǒng)當前具體情況酌情處理。

2.3 脈沖分配屏裝置報警和閉鎖

分析：脈沖分配屏的脈沖板接收到閥控裝置控制的數(shù)據(jù)后，根據(jù)每個子模塊的情況處理完數(shù)據(jù)后將調(diào)制波和控制指令發(fā)送給子模塊單元。同時接受子模塊單元反饋的直流電壓和單元狀態(tài)。

處理方法：出于對閥組功率單元的保護和不影響系統(tǒng)正常運行在脈沖板發(fā)生通信故障時，此脈沖板所控制的子模塊都會被強制為旁路狀態(tài)，閥控制器以報文提示和脈沖板通訊故障，并把此脈沖板的旁路單元號反饋到閥控監(jiān)控界面，運行人員要從閥控的監(jiān)控界面確定的子模塊剩余的冗余數(shù)以填報相應(yīng)的缺陷。

2.4 換流閥控制系統(tǒng)A/B屏上位機死機或黑屏

分析：一些重要的故障、事件、告警都是以帶時標的格式記錄顯示在上位機界面上，已備原因查找和問題分析。

處理方法：立即使用上位機開機鍵進行重啟，點擊桌面運行閥控監(jiān)視和控制程序。原來魯西站設(shè)置了如果兩套閥控上位機同時故障超過10min會導(dǎo)致閥控系統(tǒng)會發(fā)緊急閉鎖跳閘命令的邏輯。但重要的故障、事件、告警也可以通過站LAN網(wǎng)上傳至后臺機。雖然內(nèi)容可能不比上位機顯示的清楚，但依舊起到監(jiān)控直流運行的作用，所以這個跳閘邏輯可以取消。

2.5 短時閉鎖邏輯

閥控在橋臂電流超過2100A，閥應(yīng)立即暫時性閉鎖，并向PCP上發(fā)暫時性閉鎖信號，閥控經(jīng)過1ms延時之后，判斷橋臂電流是否下降到一定閥值（100A），若滿足，則清除暫時性閉鎖信號;若不滿足，則繼續(xù)等待電流下降到閥值。閥控暫時性閉鎖信號若維持一定時間（100ms）未清除，則閥控請求跳閘。暫時性閉鎖信號清除之后，若此時低電壓穿越信號存在，PCP經(jīng)過一定延時（15ms）之后，重新下發(fā)解鎖命令，在一次穿越過程中，重新解鎖多次（3次）失敗后，則跳閘。若穿越信號不存在，一旦接受到暫時性閉鎖信號，PCP立即跳閘。

結(jié)語：

本文進行介紹柔直換流器閥控系統(tǒng)整體構(gòu)架，闡述其功能，并且聯(lián)系起故障事件分析處理，提出有關(guān)的處理措施。主要的目的就是給后續(xù)柔性直流輸電實際工程設(shè)計、建設(shè)有價值的借鑒，促使將柔性直流工程可靠度、安全性有效的增強。

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