特高压直流输电换流阀控制系统应用 

特高压直流输电换流阀控制系统应用 

孙璐

国网宁夏电力有限公司检修公司 宁夏银川 750001

摘要：换流阀作为换流站中的关键设备，能实现交流电与直流电之间相互转换，对于特高压直流输电工程建设具有重要意义。文章介绍了直流输电的优势，然后结合实际案例，分析了特高压直流输电换流阀控制系统的结构及应用原理，为类似工程的建设提供参考。

关键词：特高压；直流输电；换流阀；控制系统

引言

特高压直流输电系统以其更远的输送距离，更大的输送功率，更大区域的非同步互联，更低的功率损耗，灵活的功率调节，更低的线路造价等优势而被越来越多的应用在电力传输领域。特高压直流输电换流阀的本体，作为关键设备，其运行稳定性、安全性、可靠性是通过设计、制造、安装、调试的全过程质量控制才能得以实现的。特高压直流输电换流阀的安装过程，是换流阀从图纸和零部件完成到实体阀的最后关键阶段，需要对整个安装过程中影响特高压换流阀性能的关键节点进行合理控制，才能彻底保证特高压换流阀的优良品质，实现更好的长期稳定运行。

1阀控系统

PCS-8600换流阀控制系统主要由3部分构成：1）控制主机，即CCP，负责换流器触发控制，为每一个单阀生成CP脉冲；2）阀控单元，即VCU，产生FP脉冲并分配到每个晶闸管，同时监视每一个晶闸管工作状态，1个阀控单元主机负责2个单阀；3）晶闸管控制单元，即TCU，为每一片晶闸管生成门极脉冲GP，监视晶闸管状态并通过回报脉冲IP发送给VCU。VCU接收CCP发出的并行控制脉冲，实时地向CCP提供阀的运行状态。VCU实时接收CCP下发的触发命令，编码后发送给TCU；TCU根据接收到的触发命令完成对本级晶闸管触发；VCU接收TCU返回的监视信息。若换流阀出现异常，VCU将采取相应的报警、请求跳闸等措施；若VCU出现异常，VCU发送报警、VCUnotok等信息。

2直流输电

和交流输电技术相比，直流输电技术在长距离输电中具有明显优势：直流线路输送电力损耗相对较小，输送容量相对较大；直流输电架空线仅仅需要正负两极导线，杆塔结构简单，线路造价相对较低；稳定性较好，可以有效传输大容量电能；可以让电力系统非同步联网，并不需要增加交流系统短路容量；可以将大地视为导体，有效提升输电系统可靠性；分期建设、增容扩建开展较为方便，提升投资效益。

±８００ｋＶ以上特高压直流输电技术因其容量大、输入距离长以及损耗低等优点，在我国具有良好的发展前景。我国特高压直流输电技术已经逐渐走出国门，２０１９年，国家电网公司负责建设的巴西美丽山二期特高压直流输电工程已投入运营。在全球能源互联网背景下，发展特高压直流输电技术对于我国电力事业发展具有重要意义。而换流阀在直流输电技术应用中占有重要地位，在送电端，换流阀为整流器，利用换流阀可以将交流电整流为直流电，输送能量。

3特高压直流输电换流阀控制系统原理及结构

3.1晶闸管控制单元（TCU）

晶闸管控制单元（TCU）作为晶闸管的触发、监测及保护的关键部件，从晶闸管级取得工作所需要的能量，主要实现正常触发和监测晶闸管、过电压保护触发、恢复期保护等功能。

TCU正常触发和监视。在TCU检查到晶闸管两端的正电压大于30V时，向VCU发出IP指示。VCU将同一阀的晶闸管发出的IP信号相或，生成“OR”信号。CP与OR信号相与，生成FP通过发光二极管发给TCU。TCU收到FP光信号后，触发晶闸管。

TCU过电压保护（VBO）。某些原因下，如果某晶闸管未收到来自VCU的FP，而其他晶闸管收到FP并触发后，此晶闸管就要承受高电压。为了防止晶闸管损坏，当电压升到设定门槛值6.8kV时，TCU板卡内部发出触发脉冲，触发晶闸管。

TCU恢复期保护。在晶闸管反向恢复期间，不能承受过高的dV／dt，因此在TCU上要通过电路实现反向恢复期间保护，当在反向恢复期的900μs内检测到电压超过1300V时，TCU发送脉冲触发晶闸管导通。

3.2阀控单元（VCU）

阀控单元屏柜组成主要包括一面阀控接口柜及三面阀控柜。阀控接口柜主要包含１台ＰＣＳ－９５８７阀漏水与避雷器监视装置、２台ＰＣＳ－９８８２交换机（Ａ系统、Ｂ系统各有１台）以及２个ＰＣＳ－９５１９ＶＣＵ接口单元（Ａ系统、Ｂ系统各一个）。在各阀控柜中，主要包含２个ＰＣＳ－９５８６阀控制单元，每台装置均包含Ａ系统和Ｂ系统，每个系统都有同一相２个桥臂相对应。６台ＰＣＳ－９５８６与１台ＰＣＳ－９８８２、１台ＰＣＳ－９５８７Ａ互相连接，另一台交换机和Ｂ系统连接，各个系统分别与监控系统Ａ网、Ｂ网连接，利用ＩＥＣ－６１８５０协议完成传输任务。Ａ系统、Ｂ系统采用冗余配置，运行具有完全独立性，如果值班系统有故障情况出现，那么可以利用备用系统进行持续运行，这种方法可以提升系统运行的可靠性。如果有电源板故障、处理器板故障出现，应及时更换。

3.3系统结构

ＰＣＳ－８６００换流阀控制系统结构主要包含以下三个组成部分。

（１）控制主机。利用控制主机产生ＣＰ脉冲至阀控单元，实现换流器触发控制功能。

（２）阀控单元。阀控单元产生ＦＰ脉冲，并将每组ＦＰ脉冲分配至各个晶闸管单元，完成晶闸管触发，一般情况下，一个阀控单元主机需要负责２个单阀的触发工作。

（３）晶闸管控制单元。晶闸管控制单元可以利用晶闸管两端电压的建立、变化对晶闸管状态进行有效监视，并利用回报脉冲ＩＰ的方法将其状态信息发送至阀控单元，完成闭环控制。

在阀控系统中，阀控单元可以接收控制主机发出的并行控制脉冲，并将阀运行状态实时提供给控制主机；对于控制主机下发的触发命令，阀控单元可以在编码完成后，将其发送至晶闸管控制单元；晶闸管控制单元接收触发命令后，完成本级晶闸管触发工作；与此同时，阀控单元可以接收晶闸管控制单元返回的监视信息。如果换流阀有异常情况出现，阀控单元可以及时采取请求跳闸、报警等相关措施，如果阀控单元有异常情况出现，阀控单元也可以发出相应的报警信息。

4VCU与换流阀控制系统信号接口

VCU采用双冗余配置的方案，VCU与CCP系统之间采用“一对一”连接，正常运行中采用“一主一从”的方式。处于主用（ACTIVE）状态的CCP和VCU系统实际负责换流阀的控制并出口闭锁指令，处于备用（SDANDBY）状态的CCP和VCU系统除非不可用，否则必须处于热备用状态，即除不发送触发脉冲至阀塔外，其他触发脉冲产生、回报脉冲产生、保护、报警、闭锁、监视、事件等功能同主用系统相同。处于备用状态的VCU检测到闭锁信号（VCU_Trip）要输出至CCP，但相应的CCP不得输出。主系统故障，自动切换至备用系统。VCU产生的事件、报警信息等通过现场总线直接发送运行人员工作站（OWS）。VCU与CCP系统之间的所有开关量信号均采用光调制信号，VCU通过Profibus总线向事件服务器（SCADA系统）提供阀控系统相关事件信息。

结语

本文通过对换流阀控制系统的介绍，分析了阀控系统的典型组成、结构以及保护配置。对阀控单元与换流器控制系统之间交换的信号进行了介绍，为今后换流阀系统的运行维护提供参考。

参考文献

[1]赵婉君.高压直流输电工程技术[M].北京:中国电力出版社,2005.

[2]篓颜涛,刘宁,王江平.两种结构形式特高压换流阀均压设计对比分析[J].高压电器,2016，46（10）.

[3]±800kV/5000A自主化换流阀性能分析,南方电网技术,2012.6(6).