直流输电控制保护-基本控制功能

直流输电系统保护（HVDC protection）直流输电系统保护（HVDC protection）指检测发生于直流输电系统中交、直流开关场，或整流逆变两端交流系统的故障，并发出相应的处理指令，以保护直流系统免受过电流、过电压、过热和过大电动力的危害，避免系统事故的进一步扩大。

直流输电保护的特性要求直流输电系统保护除了与交流继电保护一样，应能满足快速性、灵敏性、选择性和可靠性的要求，还应特别注意其抗电磁干扰和抗暂态谐波干扰的性能、双极系统中两个单极的保护必须完全独立等特性；直流保护应为多重化配置，并应具有很强的软、硬件自检功能。

因此，新建的直流工程多采用微机型数字式直流系统保护。

直流输电系统保护通常分为如下保护分区：À换流站交流开关场保护区，包括换流变压器及其阀侧连线、交流滤波器和并联电容器及其连线、换流母线；Á换流阀保护区；Â直流开关场保护区，包括平波电抗器和直流滤波器，及其相关的设备和连线；Ã中性母线保护区，包括单极中性母线和双极中性母线；Ä接地极引线和接地极保护区；Å直流线路保护区。

各保护区的保护范围应是重叠的，不允许存在死区。

直流输电系统保护的特点是与直流控制系统的联系十分紧密，对于直流系统的异常或故障工况，通常首先通过控制的快速性来抑制故障的发展，例如，直流控制可在10mS左右将直流故障电流抑制到额定值左右；又如，当换相电压急剧下降时，直流控制将自动降低直流电流整定值以避免低压大电流的不稳定工况或故障的发展。

而且，根据不同的故障工况，直流保护启动不同的直流自动顺序控制程序，某些保护首先是告警，如果故障进一步发展，则启动保护停运程序。

直流系统保护停运的动作，首先是通过换流器触发脉冲的紧急移相或投旁通对后紧急移相，使直流线路迅速去能，然后闭锁触发脉冲并断开所联的交流滤波器和并联电容器，或进一步断开其它的交、直流场设备，如果需要与交流系统隔离，则进一步跳开交流断路器。

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直流输电系统控制原理1第四章主要内容▪4.1 概述▪4.2 控制系统的配置▪4.3 基本控制原理▪4.4 基本控制及其控制特性▪4.5 改善HVDC控制特性的其他控制24.1 概述直流输电系统运行控制基本要求①减小因交流系统电压变化引起的直流电流波动；②限制最大直流电流，防止换流器过载损害；③限制最小直流电流，避免电流间断引起振荡及过电压；④减小逆变器发生换相失败的概率；⑤尽量减小换流器消耗的无功功率；⑥保持直流电压在要求值水平运行。

3直流输电系统应具备的基本控制①直流电流控制，保持电流等于给定值；②直流电压控制，保持直流线路送端或受端电压在给定的范围内或等于给定值；③整流器触发延迟角(α)控制，使正常运行时α角较小，一般保持在10°～20°(或12°～18°)范围内，以减小无功消耗，并留有调节的余地。

④逆变器关断角(δ)控制，控制δ≥δmin(最小关断裕度角)，避免发生换相失败，在此前提条件下，尽量减小δ，以兼顾安全和减小换流单元无功功率消耗，提高功率因数。

4直流输电控制系统发展简介从控制系统本身结构特点看，大致可分为三阶段：（1）模拟型控制系统✓由分立模拟电子电路构成。

早期控制系统。

✓优点：响应快速、实时性好、控制方式简单可靠。

✓缺点：灵活性差、控制功能受限、结构涣散、易受温度等周围环境影响、控制精度低、控制系统自身的稳定性可靠性低等。

5直流输电控制系统发展简介（续）（2）数字型控制系统✓由中小规模数字集成电路构成，20世纪五、六十年代开始发展，但未得到推广应用。

✓优点：集成度较高、控制方式较灵活、逻辑处理能力较强。

✓缺点：控制功能实现较复杂、某些控制性能及可靠性还不如模拟型的，故未能得到推广应用。

✓同时期还研发了一种数模混合型控制系统，吸收了模拟型和数字型的优点，得到一定的推广应用。

6直流输电控制系统发展简介（续）（3）微机型控制系统✓20世纪70年代末，随着大规模集成电路和微机技术的迅速发展而发展起来的，目前直流输电控制系统基本上都是微机型的。

直流输电控制保护系统功能介绍一、直流输电基本概念二、直流保护功能的配置及说明一、直流输电基本概念1、直流输电类型•常规两端直流输电背靠背直流输电系统1、直流输电类型1、直流输电类型多端直流输电系统2、换流站主设备•换流的主要设备——换流器（四重阀）2、换流站主设备•换流的主要设备——换流器（双重阀）2、换流站主设备•换流的主要设备——换流变2、换流站主设备•换流变伸入阀厅的换流变套管2、换流站主设备•三广直流惠州站单相双绕组换流变2、换流站主设备•平波电抗器•直流滤波器交流滤波器3、±500kV直流输电直流运行方式常规直流共有5种运行方式：•双极大地回线运行方式•单极大地回线运行方式（极I、极II）•单极金属回线运行方式（极I、极II）常用功率控制方式有3种：•双极功率控制•单极功率控制•单极电流控制4、±500kV直流输电直流部分主接线图5、±500kV直流输电交流场主接线图6、±800kV直流输电主接线图复龙换流站侧奉贤换流站侧复奉直流极线路复奉直流极线路接地极7、简单的控制概念•整流站控制直流系统的电流。

•逆变站控制直流系统的电压。

•通常，每极直流输送功率定义为整流侧功率。

二、直流保护功能的配置及说明直流保护配置目前国网系统运行直流输电系统保护配置情况：•三取二。

•使用切换逻辑。

•完全双重化配置。

保护三取二逻辑保护切换逻辑保护完全双重化配置换流站所包含保护•直流保护（换流变阀侧绕组之间的区域，除直流滤波器）•换流变压器保护•直流滤波器保护•交流滤波器保护•交流滤波器母线保护•断路器保护•交流线路保护•母线保护换流站内保护的分区换流阀区直流线路区金属回线区接地极线区双极中性母线连接区直流滤波器区极中性母线区极高压母线区换流变区保护的配置原则测量的典型配置直流滤波器UacIDPIDNCUDNUDLIDLIDNEIDLIDME IDGNDIANE IDEL1IDEL2NBS NBGSMRTBGRTS直流滤波器UDN IDNENBS极1极2UDLIVYIVDY Y Y DUacIDPIDNCIVYIVDY Y Y D保护的配置原则要求：•配置要求：不存在死区，不存在未被保护的故障情况（全面性）。

浅析直流输电控制保护系统摘要：直流传输的稳定性对电力非常重要。

从直流传输的组成结构和换向技术入手，分析了DC传输的控制和保护水平，并根据常见故障提出了直流传输的保护措施。

关键词：电力系统；直流产量；防护等级；控制保护1变速器概述1.1传输系统的概念直流输电系统由直流线、逆变站、整流站、交流侧电力滤波器、直流侧电力滤波器、换流变压器、无功补偿装置、直流电抗器、保护和控制装置等组成。

通常是双端直流输电系统，其中整流站和逆变站都属于换流站，交流电源和直流电源之间的转换可以通过整流站和逆变站实现，换流站是直流输电系统的重要组成部分。

交流电首先由交流系统的送电端通过换流变压器送至整流器，完成交流电向直流电能的转换，然后直流电能通过线路输送至逆变器，逆变器将DC电能转换为交流电，最后输送至交流电力系统的受电端。

1.2换流站的换流技术整流站和逆变站都属于换流站，其核心部件是换流器，通常由一个或多个基本换流单元组成，大多采用串联方式。

电路中一般采用三相换流桥，常用的材料是晶闸管阀，也就是常说的晶体闸阀。

变换器工作时，控制桥阀可以触发控制调节装置，改变触发相位，从而实现对DC传输功率、流经电阻的直流电流、直流电压瞬时值等的调节。

同时，同一个触发脉冲可以控制所有桥阀的每个晶闸管。

当三相电源的波形为对称正弦波时，线电压由负变正，经过零点时，脉冲会触发桥阀，使阀两端电压变为正，从而完成开阀动作。

六个脉冲发生器可以独立地触发位于单桥变换器中的六个桥阀，使得交流正弦波可以刚好通过第一个周期。

当线路电压达到下一个零点时，交流串电源开始触发第二个周期。

但是工程上使用的大多是12脉波双桥变换器，因为12脉波双桥变换器可以产生脉冲较小的DC传输电压。

2 DC传输控制保护层高压直流输电系统的控制根据层次的不同可以分为三个层次，即现场控制层、过程控制层和操作员控制层。

2.1现场控制层现场控制层使交流/DC主设备能够进行本地控制，并通过硬线将交流/DC主设备与近设备接口相连，通过现场总线将交流/DC主设备与远设备接口相连。

高压直流输电的基本控制原理引言高压直流输电（High Voltage Direct Current Transmission，简称HVDC）是利用直流电进行长距离电能传输的一种电力传输方式。

相比传统的交流输电，HVDC具有输送能力强、输电距离远、输电损耗小等优势，因此被广泛应用于长距离大容量电力传输领域。

本文将介绍高压直流输电的基本控制原理。

1. 高压直流输电系统架构HVDC系统由两个互补的部分组成：直流变换站（Converter Station）和直流输电线路（Transmission Line）。

1.1 直流变换站直流变换站有两个关键组成部分：直流输电端（Rectifier），用于将交流输电线路的电能转换为直流电能；直流送电端（Inverter），用于将直流电能转换为交流电能。

直流变换站还包括转换器阀（Converter Valve）和控制系统，用于实现电能的双向转换和控制。

1.2 直流输电线路直流输电线路是连接两个直流变换站的输电线路，通常采用高压直流输电线路（High Voltage Direct Current Transmission Line）或双回线方式。

直流输电线路的主要组成部分有导线、绝缘子、支架等。

2. 高压直流输电的基本控制原理高压直流输电系统的基本控制原理是通过控制直流变换站和直流输电线路的参数来实现对系统的稳定性、功率传输和电压/电流等的调节。

2.1 直流变换站控制直流变换站通过改变直流输电端和直流送电端的工作状态，实现电流方向和功率的控制。

主要的控制策略有以下几种： - 换流控制：控制换流阀的开关时间，改变电流的方向； - 功率控制：通过调整换流阀的开关时间，控制功率的输入和输出； - 电压/电流控制：通过调整换流阀的开关时间，控制电压/电流的大小和稳定性。

2.2 直流输电线路控制直流输电线路的控制主要包括电流控制和电压控制两个方面： - 电流控制：通过调整输电线路的电流大小和方向，实现输电功率的调整和平衡。

1、<直流输电优缺点>优点：（1）直流输电架空线路只需正负两极导线、杆塔结构简单、线路造价低、损耗小。

（2）直流电缆线路输送容量大、造价低、损耗小，不易老化、寿命长，且输送距离不受限制。

（3）直流输电不存在交流输电的稳定问题，有利于远距离大容量输电。

（4）采用直流输电可实现电力系统之间的非同步联网。

（5）直流输电输送的有功功率和换流器消耗的无功功率均可由控制系统进行控制，可利用这种快速可控性来改善交流系统的运行性能。

（6）在直流电的作用下，只有电阻起作用，电感和电容均不起作用，直流输电采用大地为回路，直流电流则向电阻率低的大地深层流去，可很好地利用大地这个良导体。

（7）直流输电可方便地进行分期建设和增容扩建，有利于发挥投资效益。

（8）直流输电输送的有功及两端换流站消耗的无功均可用手动或自动方式进行快速控制，有利于电网的经济运行和现代化管理。

缺点：（1）直流输电换流站比交流变电所的设备多、结构复杂、造价高、损耗大、运行费用高、可靠性也较差。

（2）换流器对交流侧来说，除了是一个负荷（整流站）或电源（逆变站）以外，它还是一个谐波电流源；对直流侧来说，它还是一个谐波电压源。

（3）晶闸管换流器在进行换流时需消耗大量的无功功率（约占直流输送功率的40%~60%），每个换流站均需装设无功补偿设备。

（4）直流输电利用大地（或海水）为回路而带来一些技术问题。

（5）直流断路器由于没有电流过零点可以利用，灭弧问题难以解决，给制造带来困难。

2、<经济等价距离>当直流输电线路和换流站的造价与交流输电线路和变电站的造价相等时的输电距离称为经济等价距离。

3、<直流输电发展>(1)1882年，德国，HVDC首次成功试验 (2)1954年，瑞典，HVDC首次投入商业运行 (3)1972年，加拿大， HVDC首次全部采用晶闸管元件4、<晶闸管导通和关断>晶闸管的导通条件为：(1) 在阳极和阴极间加正向电压。

高压直流输电的控制和保护系统策略分析2河南绿控科技有限公司,河南许昌461000摘要：近几年来连缕的雾猩天气，己成为我国当前社会发展和能源策咯选择面临的最迫切需要解决的环境问题，火力发电中燃煤是影响雾靈的主要污染成分PM2.5的一个重要因素。

治理雾靈，首先要控制燃煤排放。

经济发展需要电力能源，但目前燃煤发电仍旧是我国主要电力来源。

随着国内环境和能源的问题突出，对我国电网结构和能源布局提出新的要求。

高压直流输电有着输送能量大、距离远、损耗低、运行可靠、调节快速等优点，越来越被广泛应用。

这就需要对高压直流输电的控制和保护系统策略进行进一步分析，实现最优策略方案。

关键词：高压直流输电；控制；保护系统中图分类号：G31文献标识码：A1引言高压直流输电系统直流分压器传感器故障是导致直流电压波动的直接原因。

从2005年07月至今，高肇直流、天广直流、兴安直流、普侨直流等国内直流工程多次出现电压波动。

发生电压波动时，逆变侧直流电压测量值比实际值偏低，整流侧直流电压在直流控制系统作用下比电压参考值高。

电压波动幅度越大对直流系统造成的影响越严重，甚至会造成整流侧电压幅值达到部分直流保护的电压定值，如直流低电压保护（27DC）或过电压保护（59/37DC），导致直流闭锁。

因此，研究直流电压控制原理，改进直流电压稳定控制方法，降低电压波动对直流系统稳定性的影响，具有十分重要的意义。

2高压直流输电系统电气回路接线方式2.1单极大地回线方式单极大地回线方式是利用整流站和逆变站的同一个极、同一极直流线路、两侧接地极线路和大地构成直流回路。

在此种接线方式下，大地相当于直流回路中的一根导线，流经大地的电流与流经直流线路的电流大小相等，为直流输电系统的运行电流。

这种方式下直流输电过程中的损耗与双极回线方式下一个极的损耗相比要偏大，因为增加了直流电流流经接地极线路和大地的损耗。

如果直流输电系统接地极长期通过比较大的入地电流，将造成极址附近金属设施的电腐蚀，还会导致中性点接地变压器铁芯磁饱和。

高压直流输电系统的保护与控制随着能源需求的不断增长和可再生能源的快速发展，高压直流输电系统作为一种高效、可靠的能源传输方式正逐渐受到广泛关注和应用。

本文将探讨高压直流输电系统的保护与控制措施，以期提高其安全性和稳定性。

一、高压直流输电系统的概述和应用高压直流输电系统是一种以直流电流传输能量的系统，在能量传输距离远、输电损耗小、控制方便等方面具有优势。

它通常由换流站、输电线路和接收站组成，可以广泛应用于远距离、大容量的能源传输，如跨越海洋、山区等地形复杂的区域。

二、高压直流输电系统的保护措施保护措施是高压直流输电系统不可或缺的一部分，它主要包括过电压保护、过电流保护和过温保护等。

过电压保护是指在高压直流输电系统中，当系统中出现电压异常升高的情况时，通过采取相应的保护措施来保护系统的安全运行。

其中，最常见的一种保护方法是安装过电压保护器，它可以有效限制电流的上升速度，避免电流超过设定值。

过电流保护是指在高压直流输电系统中，当系统中出现电流异常升高的情况时，通过采取相应的保护措施来保护系统的设备和电源。

在实际应用中，通常会采用电流保护器、熔断器等设备，当系统中的电流超过设定值时，这些保护装置将迅速切断电路，避免设备受损。

过温保护是指在高压直流输电系统中，当系统中的温度异常升高时，通过采取相应的保护措施来保护系统的设备和人员安全。

一般情况下，会在关键设备上安装温度传感器，当温度超过设定阈值时，保护装置将切断电路，以防止设备过热。

三、高压直流输电系统的控制措施高压直流输电系统的控制措施主要包括稳压控制、防止电弧故障和故障诊断等。

稳压控制是指通过控制换流站的换流变压器和逆变器的工作方式，以保持系统中的电压稳定。

通过使用先进的控制算法和自动化设备，可以实时监测系统中的电压变化，并根据需求调节换流站的工作状态，以确保稳定的电压输出。

防止电弧故障是高压直流输电系统中一个重要的控制环节。

电弧故障是指当系统中的电压或电流超过一定阈值时，导致电路中发生弧光放电。

龙泉换流站控制系统与直流保护介绍一、高压直流输电系统的基本介绍1、高压直流输电工程的组成部分：交流开关场、换流变、换流阀、直流开关场及直流输电线路。

2、特点适合大功率、远距离输电；输电线路相对于交流输电线路要经济的多；为全国大范围联网提供了便利的条件；填补了我国直流输电技术的空白。

直流设备对环境的要求较高；我国在直流输电方面起步较晚，主要依靠国外技术支持，因此现阶段直流输电设备较昂贵。

3、前景随着我国充分利用丰富的水利资源，大力发展水电建设，直流输电将发挥其重大的经济及社会效益。

二、控制与保护系统设备介绍（按位置及控制区域）1、盘柜介绍：PCP pole control and protectionBCP bipole control and protectionACP ac control and protectionAFP ac filter control and protectionDFT dc field terminationBFT bipole field terminationAFT ac field terminationASI Auxiliary system interfaceTFT Transformer Field TerminationATI auto transformer interfaceCP control pulseCRC cyclic redundancy checkDCOCT dc optical current transducerDPM digital signal processorGWS gate workstationOWS operator workstationEWS ENGINERRING WORKSTA TIONERCS electronic reactive control systemFP fire pulseI/O input/outputLAN local area networkCAN Control Area NetworkTDM Time Division MultiplexLFL line fault recorderMACH2 Modular Advanced Control HVDC(High V oltage Direct Current) and SVC(Static Reactive Power Compensation) 2nd editionDOCT digital optical current transducerOIB optical interface boardRPC reactive power controlSCM Station Control monitoringTHM thyristor monitoringVCU valve control unitCCP cooling control and protectionCFC Converter Firing ControlETCS Electronic Transformer Control SystemHDLC High-level Data Link ControlPCI Peripheral（外围设备）Component Interconnection SCADA Station Control and Data Acquisition(获得)TCC Tap Changer ControlACS自动监视系统COMM通讯程序（主计算机的软件部分）DSP数字信号处理器ETCS电力变压器控制系统GUI图形用户界面GWS网关站（远控）I/O输入/输出MACHMC1（2）主计算机EWS工程师工作站OWS操作员工作站PC个人电脑P IS设备信息系统SUP监视器TFR故障录波VSS软件库ESD静电释放PCB印刷电路板2、板卡介绍：PS801 高性能的DSP板（6个DSP板）PS820 HDLC通讯与监控板（6个DSP板）PS830 I/O处理板PS831 CAN/HDLC光桥PS832 CAN/CAN桥PS841 交流电压测量板PS842 交流电压测量板PS844 电压分配板PS8451A 电流测量板PS850 控制I/O板PS851 110V数字输入板PS853 数字量输入板PS860 高性能的输入/输出板PS862A 隔离模拟测量板PS868 PT100与4-20mA输入板（小电流/电压测量板）PS870 总线连接板PS871 I/O总线连接板PS872 时间同步板（从主时钟分配一个秒脉冲同步信号到最多五个本地用户）PS873 总线延伸与终端板PS876 TDM光通讯板PS877 VCU传输/接收板PS880 21槽底版PS891A 电源板PS900 阀控中央处理单元PS906 阀控16通道光通道输入/输出板控制系统三、控制主要包含的内容控制系统主要包括——ACP控制：断路器、隔离刀闸的顺序控制，主变的分接头控制等。