直流控制保护

高压直流输电（HVDC）控制保护系统以电压、电流、触发角等为控制量，通过对两端换流器的快速调节，从而满足交、直流电网联合系统的运行要求。文章以南瑞PCS-9550 高压直流控制保护系统在±500kV 昭通换流站工程中的应用及调试为例，结合常规交流500kV 变电站，阐述其控制保护技术特点及现场安装调试和使用中的注意事项。

特高压直流输电工程规程规范和技术标准尚不成熟，控制保护策略的一些疏漏或薄弱环节。本项目开展了特高压直流控制保护策略研究，进行特高压直流控制保护策略的详细建模和仿真分析，开展了特高压直流控制保护策略研究和工程应用，解决了特高压直流控制保护策略研究风险的重大问题，并在楚穗、普侨特高压直流现场成功应用。

特高压直流投资大，运行要求高，其高电压大功率运行对电网影响大，不能直接用于故障分析、测试等，母线电压、换流变变比、回路电抗等参数可直接测量，但在交流系统不对称时换相电压的过零点漂移、触发脉冲控制方式以及弱交流强直流对换相失败等众多运行问题却不能直接通过运行设备进行研究。 同时，特高压直流控制保护非常复杂，内部包含大量控制和保护逻辑，任何参数波动和运行工况改变，其极控和阀控均对换流器进行控制和调节，因此直流控保逻辑试验和调整无法在运行工程中进行。直流保护对故障的反映和行为是直接影响直流系统可靠性的，直流保护完成系统数据的采集，并对数据分析形成保护行为，但故障发生是随机且无固定地点的，且故障程度随系统运行状态的改变而改变，因此无法利用运行设备研究直流保护。 此外，特高压直流输电传输距离远，遭受雷击概率高，对特高压输电的雷击影响研究与防范越显其现实意义，而实际设备难以形成雷电研究所需要的各种条件，即使在特高压实验室实现雷电模拟，也难以形成不同参数的直流系统和直流设备。 RTDS的动态特性模拟直流工程运行特性，可实现现场各种现象的仿真，是当前特高压直流输电研究问题和解决问题的最佳途径。

项目属于电力系统及其自动化学科领域；柔性直流技术相比于传统交、直流技术具有更高的灵活性，目前已成功应用于高压大容量直流输电中，并逐步向直流配电网延伸，具有广阔的应用前景。控制保护系统作为柔性直流技术的核心，对柔性直流的暂、稳态响应特性起着至关重要的作用。 项目围绕高压大容量柔性直流输电控制保护亟待解决的端间及单元间协调控制、交直流故障处理、成套装备稳定性与可靠性等关键问题，进行深入的研究与技术攻关，成功研制具有高控制精度、高可靠性的柔性直流输电控制保护系统并在工程实现。 项目已获授权发明专利12项，实用新型专利2项，软件著作权1项，发表国内外论文7篇。研究成果已成功应用于云南电网与南网主网鲁西背靠背直流异步联网工程、渝鄂背靠背等重要直流输电项目中，对新能源接入及大电网异步互联应用上起到关键性作用。

本项目采用消化吸收再创新的自主创新思路。首先研究南方电网现有晶闸管控制系统VBE装置、TE板、TVM板、RPU板的关键技术，突破国外技术封锁，完全掌握了晶闸管控制系统功能、架构、通讯、电磁兼容、散热，以及VBE装置系列板卡、TE板、TVM板、RPU板电路原理等方面的核心技术，结合现场运行维护成果，实现了VBE装置、TE板、TVM板和RPU板的国产化，并经第三方机构（开普实验室）检测合格，提出了换流站直流控制保护设备与换流阀二次接口规范，使我国高压直流输电直流控制保护技术提升了一个大台阶。 开展高压直流晶闸管控制系统板卡故障诊断及检测技术研究，并在借鉴和消化吸收国外先进故障诊断理论的基础上，结合VBE装置系列板卡、TE板、TVM板以及RPU板在功能、电路原理、接口和PCB板图等方面的研究成果，以及现场运行维护经验和实际需求，成功研制出国内首套高压直流输电VBE装置、TE板、TVM板、RPU板检测装置以及TE板连续运行试验装置，并经第三方机构（开普实验室）检测合格，填补了国内该领域研究的空白。

本项目在南方电网公司及超高压输电公司重点科技项目的支持下，立足自主创新，基于鲁西背靠背异步联网工程前期面临的高电压大容量柔性直流换流阀及其控制系统设备研制、控制保护功能设计所面临的技术难题，结合并联混合直流异步联网工程新设备精细运维遇到的新问题，以及工程建成投产后在一二次设备运行维护过程中出现的问题，主要从大容量高电压柔直换流阀及阀控系统、并联混合直流控制保护系统和设备运行维护等三个方面开展技术研究。 本项目获得国家发明专利授权10 项，实用新型专利授权8 项。在核心期刊发表论文9 篇。在中国电力出版社出版专著“背靠背柔性直流输电运行维护”1 部。形成南方电网公司企业标准《柔性直流电压源换流器状态评价导则》1 份，这是国内第一个柔性直流输电工程设备状态评价标准。该项目提出的高压力均匀传递功率模块结构和精密自校正压装工艺、利用柔直无功调节优势参与常规直流无功调节的背靠背混合直流无功协调控制策略、新型快速故障检测方法以及新型换相失败预测控制策略，研制的基于压接式和塑封式大容量功率器件的柔性直流换流阀及控制保护装置、柔直换流阀多维度数据集成系统，建立的基于多元线性回归的电压源换流器状态评价体系，均已直接应用于鲁西背靠背异步联网工程、云贵互联工程、昆柳龙直流输电工程，运行效果良好，有效提升了鲁西背靠背直流工程运行可靠性，促进了我国高电压大容量柔性直流输电整体设计技术、装备制造业、试验技术的发展创新，提升了我国在柔性直流输电领域的技术水平。

直流线路保护是柔性直流电网发展的关键，需要在3 ms内完成故障判别。现有学者提出基于数字孪生的柔性直流线路保护方法，具有速度快、灵敏性高等优点，但其可靠性易受互感器测量异常影响，可能导致保护误动作。现有不良数据检测方法的准确性和快速性难以满足直流控制保护设备的需求，因此为提高该保护方法的可靠性，文中提出一种基于移动平均法的不良数据自纠错方法。根据测量数据平稳变化的时序特性，利用移动平均法得到测量数据的预测值，通过比较预测误差与实际误差进行不良数据的检测与纠错，无需迭代计算和预先训练模型。利用四端柔性直流电网进行仿真检验，结果表明相较于已有方法，所提方法具有更好的准确性与快速性，纠错性能较好，能适配保护方法并提升抗干扰能力，有效提高保护的可靠性。

6月7日，在湖北省宜昌市，国网湖北直流公司±500千伏龙泉换流站经过国产化改造后正式投入运行，这意味着为期7个多月的±500千伏龙泉换流站直流控制保护系统换“芯”工程取得了圆满成功。

本成果提出了光电式电流互感器、零磁通电流互感器二次信号的模拟方法，研制了国内外具备光电式电流互感器、零磁通电流互感器加量能力的高压直流保护现场检验装置，在不解析光电转换协议、仅在二次侧施加模拟量的条件下，实现了直流控制保护系统现场检验。本成果填补了不解析光电转换协议的光电式电流互感器二次信号模拟方法、零磁通电流互感器二次信号模拟方法、直流控制保护系统现场检验方法和装置等多项国内外空白，基本解决了直流控制保护系统投运后现场检验的问题，通过鉴定结论为“成果达到国际先进水平，对提高高压直流控制保护系统的运行可靠性具有重要实际意义”。 本成果已应用于投运超过十年的江城+500kV高压直流鹅城换流站运维检修工作中，结合年度检修，对鹅城换流站直流控制保护系统定期开展现场检验，确保了检修质量，掌控了设备及内部板卡元件的状态，有效提高了鹅城换流站运行的可靠性，创造出显著的经济效率和社会效益。本成果具有行业全面推广的前景。目前特高压直流建设正进入高速发展阶段，远距离大容量的（特）高压直流输电已成为国民经济生活不可或缺的组成部分，其核心设备一直流控制保护系统的可靠性的提升关系到国计民生。本成果即基于二次信号模拟的直流控制保护系统现场检验装置，填补了国内外空白，在不解析光电转换协议、仅通过二次侧施加模拟量的条件下，实现了直流控制保护系统投运后定期现场检验，可有效地提高直流控制保护系统的运行可靠性；具备不同型号的光电式电流互感器、零磁通电流互感器加量能力，适用范围广、安全风险低，适合直流控制保护系统设备现状和（特）高压直流当前运维检修模式，为其在行业中全面推广创造了有利条件。