柔性直流输电控制及保护系统.pdf

第３５卷第１９期Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．１９
２０１１年１０月１０日Ｏｃｔ．１０，２０１１

柔性直流输电控制及保护系统

董云龙１，包海龙２，田杰１，胡兆庆１，张建峰１，刘隽２
（１．南京南瑞继保电气有限公司，江苏省南京市２１１１００；２．上海市电力公司，上海市２００１２２）

摘要：介绍了柔性直流输电控制及保护系统的工作原理。结合上海南汇柔性直流输电示范工程，
描述了中国制造的柔性直流输电控制及保护系统的组成和软件配置，并给出了实时数字仿真器
（ＲＴＤＳ）仿真验证结果，表明其在稳态和暂态过程中均具有良好的控制效果，适合实际工程应用。
关键词：柔性直流输电；示范工程；控制及保护系统；实时数字仿真器（ＲＴＤＳ）

０引言行原理进行了描述。当忽略换流电抗器损耗和谐波
分量时，ＶＳＣ与交流电网之间传输的有功功率Ｐ和
柔性直流输电是一种新型的直流输电技术，其
无功功率分别为［２］：
特点是采用基于可控关断型器件的电压源型换流器Ｑ
ＵＳＶ
（ＶＳＣ）和脉宽调制（ＰＷＭ）技术进行直流输电［１］。Ｐ＝ｓｉｎδ（１）
Ｘｅｑ
ＡＢＢ公司首先实现了柔性直流输电技术的商业化
ＵＳ（ＵＳ－Ｖｃｏｓδ）
运行，并成功将其应用于多个领域［１－２］。Ｑ＝（２）
Ｘｅｑ
基于可控关断电力电子器件以及技术的式中为公共连接点处交流母线电压基波
ＰＷＭ：ＵＳ（ＰＣＣ）
柔性直流输电技术相对于传统直流输电技术具有以分量为输出电压基波分量为与之
；ＶＶＳＣ；δＶＵＳ
下优点：可以实现有功和无功功率的独立控制；间的相角差为等效电抗［２］
①；Ｘｅｑ。
能向无源网络系统供电能四象限运行无需
②；③；④由式（１）和式（２）可以看出，ＶＳＣ有功功率的传
站间通信便于构成并联的多端直流输电系统开
，；⑤输主要取决于δ，无功功率的传输主要取决于Ｖ。
关频率较高低次谐波少不需要或者只需很少容量
，，因此，可以通过控制δ来控制ＶＳＣ传输的有功功
的高次滤波器可以实现静止同步补偿器
；⑥率，通过控制Ｖ来控制ＶＳＣ发出或吸收的无功功
功能［３－５］对接入电网中的无功功率进［］
（ＳＴＡＴＣＯＭ），率２。如图１相量图所示，只要改变参考电压Ｖ的
行动态补偿。基于以上技术特点，柔性直流输电很幅值和相位，即可瞬时实现有功和无功功率的独立
适合应用于可再生能源并网、分布式电源并网、孤岛调节，实现四象限运行。
供电、城市电网供电、异步交流电网互联等领
域［１，６－７］。
柔性直流输电技术是当今世界电力电子技术应
用领域的制高点，也是智能电网关键技术之一。国
内首个柔性直流输电示范工程———上海南汇柔性直
流输电工程已于２０１１年５月３日成功实现试运行。
本文结合上海南汇柔性直流输电示范工程，介
绍了具有中国自主知识产权的柔性直流输电系统运
图柔性直流输电相量图
行原理和控制及保护系统的组成与软件配置并通１
，Ｆｉｇ．１ＰｈａｓｏｒｄｉａｇｒａｍｏｆＶＳＣ－ＨＶＤＣ
过实时数字仿真器（ＲＴＤＳ）对控制及保护系统各项
功能进行了验证。
２系统组成
运行原理
１柔性直流输电控制及保护系统主要由运行人员
文献［２］对柔性直流输电一次系统的结构及运工作站（ｏｐｅｒａｔｏｒｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ，ＯＷＳ）、控制保护屏、
现场终端屏和阀基控制屏组成。图２为控制及保护
系统结构示意图。
收稿日期：２０１１－０１－０７；修回日期：２０１１－０６－１７。
国家电网公司重大科技项目（ＳＧＫＪＪＳＫＦ［２００９］６３３）。

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行自动切换，从而提高系统的运行可靠性。同时，冗
余配置的控制及保护系统通过状态量的实时跟随，
确保故障时系统能够平稳切换且不产生大的扰动。

３软件配置
柔性直流输电控制及保护系统的核心单元是工
控机。每台工控机都安装了ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ实时操作
系统，配置了酷睿双核ＣＰＵ、３块高性能数字信号
处理（ＤＳＰ）板和１块通信管理板。因此，根据不同
的硬件配置，控制及保护程序可以分为ＣＰＵ主程
序和板卡程序。
图控制及保护系统结构示意图
２３．１主程序设计
Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｃｏｎｔｒｏｌａｎｄ
主程序运行于中，包括控制功能模块、保
ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍＣＰＵ
护功能模块和监测功能模块，主要实现ＶＳＣ外环控
现场终端屏是控制及保护系统的测控单元，完制器、保护系统的上层应用以及系统监测功能等。
成对一次系统模拟量的采集和数字量的收发控制。主程序架构如图３所示。
现场终端屏采集的模拟量包括ＰＣＣ处的交流电压、
换流变压器阀侧电压、交流电流、直流电压、直流电
流等。除了采集模拟量之外，现场终端屏还完成对
交流场和直流场所有开关、刀闸的分合状态以及水
冷却等系统状态的接收，同时完成对这些开关、刀闸
的分合操作命令及水冷却等其他系统的操作命令