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根據(jù)直流穩(wěn)壓電源工程特點(diǎn)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(dòng)控制、接地極電流限制等方面進(jìn)行了詳細(xì)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(dòng)控制、接地極電流限制等功能的控制策略和實(shí)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(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證，并在直流穩(wěn)壓電源工程中進(jìn)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(diǎn)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(jì)劃于2016年6月底建成投運(yùn)。

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(yùn)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(yùn)行方式通過富寧換流站交流場不同接線方式實(shí)現(xiàn)[1]。

直流穩(wěn)壓電源功率“全送廣西”或“全送云南”運(yùn)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(yùn)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(dòng)控制、接地極電流限制等方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究，提出了新的設(shè)計(jì)理念和實(shí)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(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證，并在直流穩(wěn)壓電源工程中進(jìn)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(yùn)行時(shí)保證整流站輸送的直流穩(wěn)壓電源功率等于運(yùn)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(gè)極單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，在單極或雙極運(yùn)行時(shí)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(yùn)行人員設(shè)定的直流穩(wěn)壓電源電流整定值。

針對(duì)直流穩(wěn)壓電源工程直流穩(wěn)壓電源功率分送運(yùn)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(shí)現(xiàn)雙極運(yùn)行時(shí)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(diǎn)和運(yùn)行需求，分送運(yùn)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(shí)現(xiàn)單極或雙極運(yùn)行時(shí)兩個(gè)極能夠獨(dú)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(shí)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(shí)現(xiàn)

單極直流穩(wěn)壓電源功率控制模式需要在每個(gè)極單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，直流穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)需根據(jù)運(yùn)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(shí)現(xiàn)的，具體實(shí)現(xiàn)過程如下：1）根據(jù)運(yùn)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(shí)時(shí)直流穩(wěn)壓電源電壓，得到本極電流參考值；2）根據(jù)運(yùn)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(shí)時(shí)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(jì)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(shí)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(shí)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(yùn)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(shí)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(yùn)行方式下，每極輸送的直流穩(wěn)壓電源功率可實(shí)現(xiàn)獨(dú)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(yùn)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(shí)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(duì)直流穩(wěn)壓電源工程三種運(yùn)行方式，單極或雙極運(yùn)行時(shí)，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(yùn)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(duì)	對(duì)	對(duì)
	極2	對(duì)	對(duì)	對(duì)
全送7T南	極1	對(duì)	對(duì)	對(duì)
	極2	對(duì)	對(duì)	對(duì)
極1送廣西	極1	錯(cuò)	對(duì)	對(duì)
極2送云南	極2	錯(cuò)	對(duì)

由表1可以看出：富寧站全送廣西或全送云南運(yùn)行方式下，單極或雙極運(yùn)行時(shí)，每一極都有三種控制模式可以選擇。當(dāng)選擇雙極直流穩(wěn)壓電源功率控制或單極直流穩(wěn)壓電源功率控制時(shí)，直流穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)保證整流站雙極或單極的直流穩(wěn)壓電源功率為設(shè)定的直流穩(wěn)壓電源功率值；當(dāng)選擇單極電流控制時(shí)，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。

富寧站兩極分送運(yùn)行方式下，為保證兩極的獨(dú)立性，單極或雙極運(yùn)行時(shí)，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(dāng)選擇單極直流穩(wěn)壓電源功率控制時(shí)，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(dāng)選擇單極電流控制時(shí)，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(yàn)證

通過直流穩(wěn)壓電源工程仿真系統(tǒng)，運(yùn)行人員可以在運(yùn)行人員工作站（Operator Work Station，OWS）進(jìn)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(dú)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(shí)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(dāng)極1控制模式為單極直流穩(wěn)壓電源功率控制時(shí)，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(dāng)極1控制模式為單極電流控制時(shí)，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(yùn)行人員根據(jù)不同的運(yùn)行工況進(jìn)行切換。

圖2 單極直流穩(wěn)壓電源功率自動(dòng)控制功能實(shí)現(xiàn)原理

2  單極直流穩(wěn)壓電源功率自動(dòng)控制功能

2.1  單極直流穩(wěn)壓電源功率自動(dòng)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(dòng)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(yùn)行，允許切換到雙極直流穩(wěn)壓電源功率自動(dòng)控制功能，雙極直流穩(wěn)壓電源功率按照運(yùn)行人員提前設(shè)置好的雙極直流穩(wěn)壓電源功率曲線運(yùn)行。

針對(duì)直流穩(wěn)壓電源工程直流穩(wěn)壓電源功率分送運(yùn)行方式，為滿足運(yùn)行需求，需要實(shí)現(xiàn)單極直流穩(wěn)壓電源功率自動(dòng)控制功能，即分送運(yùn)行方式下單極直流穩(wěn)壓電源功率也可按照運(yùn)行人員提前設(shè)置好的單極直流穩(wěn)壓電源功率曲線運(yùn)行。

2.2  單極直流穩(wěn)壓電源功率自動(dòng)控制功能的實(shí)現(xiàn)

單極直流穩(wěn)壓電源功率自動(dòng)控制功能需要在每個(gè)極單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，直流穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)需根據(jù)運(yùn)行人員提前設(shè)置好的單極直流穩(wěn)壓電源功率運(yùn)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(dòng)控制功能默認(rèn)情況下應(yīng)處于退出狀態(tài)，即選擇運(yùn)行人員手動(dòng)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(dòng)控制功能的投入需根據(jù)運(yùn)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(yùn)行曲線，該曲線可以定義多個(gè)直流穩(wěn)壓電源功率-時(shí)間數(shù)值點(diǎn)，直流穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)根據(jù)該曲線自動(dòng)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(dòng)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(yùn)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(yùn)行狀態(tài)；4）有效控制位置為主控站的運(yùn)行人員工作站。

單極直流穩(wěn)壓電源功率自動(dòng)控制功能實(shí)現(xiàn)原理如圖3所示。

圖3 單極直流穩(wěn)壓電源功率自動(dòng)控制功能實(shí)現(xiàn)原理

由圖3可以看出：單極直流穩(wěn)壓電源功率自動(dòng)控制運(yùn)行時(shí)，將閉鎖運(yùn)行人員手動(dòng)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(yùn)行人員提前設(shè)定的自動(dòng)直流穩(wěn)壓電源功率曲線自動(dòng)下發(fā)的整定值。

在單極直流穩(wěn)壓電源功率自動(dòng)控制模式運(yùn)行下，為保證直流穩(wěn)壓電源輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行，自動(dòng)控制功能在以下情況下將自動(dòng)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(yùn)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(yùn)行人員或遠(yuǎn)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(hù)啟動(dòng)降電流等。

通過增加單極直流穩(wěn)壓電源功率自動(dòng)控制功能，在直流穩(wěn)壓電源功率分送運(yùn)行方式下，每極輸送的直流穩(wěn)壓電源功率可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)能力，提高了運(yùn)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(yùn)行方式時(shí)，當(dāng)雙極不平衡運(yùn)行，或雙極平衡運(yùn)行時(shí)一極因某種原因發(fā)生直流穩(wěn)壓電源功率變化，勢必會(huì)引起接地極電流增大，接地極電流過大會(huì)影響到直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)長期安全穩(wěn)定運(yùn)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(yùn)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(diǎn)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(dāng)檢測到接地極電流超過有效范圍時(shí)，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(shí)現(xiàn)

考慮到工程具有多種運(yùn)行方式，接地極電流限制功能設(shè)置有投退功能，當(dāng)處于不同運(yùn)行方式下，運(yùn)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(yùn)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(shí)時(shí)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(dòng)：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(shí)，啟動(dòng)極1接地極限制功能；反之，啟動(dòng)極2接地極限制功能。

接地極電流限制功能實(shí)現(xiàn)原理如圖4所示。

圖4 接地極電流限制功能實(shí)現(xiàn)原理

由圖4可以看出：接地極電流限制功能啟動(dòng)時(shí)，斜坡發(fā)生器將本極當(dāng)前的電流參考值按照運(yùn)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(shí)際直流穩(wěn)壓電源電流。

當(dāng)接地極電流低于設(shè)定的限制值后，斜坡發(fā)生器保持當(dāng)前輸出的電流限制值，待本極實(shí)時(shí)計(jì)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(dòng)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(yùn)行。

4  結(jié)論

本文根據(jù)直流穩(wěn)壓電源工程的特點(diǎn)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(duì)直流穩(wěn)壓電源功率分送運(yùn)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(shí)現(xiàn)了每極可獨(dú)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(yùn)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(dòng)控制功能，實(shí)現(xiàn)了每極可自動(dòng)調(diào)節(jié)本極輸送的直流穩(wěn)壓電源功率，提高運(yùn)行的靈活性和高效性；鑒于直流穩(wěn)壓電源功率分送運(yùn)行方式下雙極不平衡運(yùn)行時(shí)，存在接地極電流過大的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，提出并實(shí)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(yùn)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(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證，并在直流穩(wěn)壓電源工程中得到應(yīng)用。