灵宝背靠背直流输电工程冗余极控系统的实现
第29卷第20期2005年10月25日
电力系统自动化
AutomationofElec仃icPowerSystems
V01.29No.20
Oct.25,2005
89
灵宝背靠背直流输电工程冗余极控系统的实现
曹
森1,王德意1,王涛1,郭宏光2,张望2
(1.西安理工大学水电学院,陕西省西安市710048;2.许继直流输电系统部,河南省许昌市461000)
摘要:直流输电系统中,极控系统输出小的变化可能导致传输功率产生很大的波动。为保证在运行系统故障时冗余系统之间无扰动切换,冗余极控系统的运行点要尽可能保持一致。介绍了灵宝背靠背直流输电工程中冗余极控系统的具体实现方法,系统选择单元的设计采用传统的电子设计技术,没有使用微处理器,从而不依赖于编程软件。该设计方法能保证系统选择单元和极控系统相互独立,不仅提高了系统的可靠性,而且保证了冗余系统之间快速切换。实时数字仿真器(RTDS)上的仿真结果进一步表明这种设计方法适用于直流输电系统冗余的需要。关键词:背靠背直流输电系统;极控系统;冗余设计;RTDS
中图分类号:TM721.1;TM7430
引言
灵宝背靠背直流输电工程是我国直流输电工程
时刻,2个极控系统中只能有1个系统对直流系统
进行控制,该系统被称为主系统;另一个系统处于热
建设项目规划中的第1个大区联网工程,该工程通
过直流输电环节实现西北330kV电网和华中
500
备用状态,称为热备用系统。热备用系统时刻跟踪主系统的内部状态和控制输出,2个系统时刻保持
一致。当主系统出现故障时,系统选择单元会自动
kV电网两大交流系统的互联。功率正向传输
的方向为华中到西北,主回路采用12脉冲双桥单极
结构,额定直流电压120kV,额定直流电流3kA,额定直流功率360Mw。工程分别由许继和南瑞各
将系统切换到备用系统运行;如果热备用通道正在检修或者也存在故障,系统选择单元将发出跳闸命令,停运整个直流系统。
串行光纤通信接口RACKLINK
提供一个完整成套的控制和保护系统,两套控制保
护系统分时运行。
本文主要介绍许继控制保护系统中极控系统冗余的原理和实现方法,同时讨论了冗余极控系统2个控制通道之间的切换试验结果。
—.L一一,.系缠1I系统选择单元l系统2..极控系统1
I里I垩童I.囫
1
囱.1垩堂I里I极控系统2
脉冲
熬I
电
J鞴
1
系统结构
灵宝背靠背直流输电工程控制保护系统分为运
++
行人员控制层、控制层、现场处理层3个层次。
极控系统位于控制层,是整个控制系统的核心,主要执行与极、换流器运行相关的高速闭环控制功能,包括直流系统的启停控制、直流功率和直流电流控制,以及换流变压器的分接头控制、无功功率控制、故障引导和稳定控制等功能。
如图1所示,灵宝背靠背直流输电工程中,极控
图1
Fig.1
光纤蚺喇/光烈或逻剐
…n面il基l电子:诞:磊]…
…—卞广…
FP触发脉冲;FD故障检测软件;LR光接收器;LT光发送器
灵宝背靠背直流输电工程冗余极控系统的构成
ConfigurationofredundantpolecontrolLing-Baoback‘to-backHVDC
systemof
project
极控系统和VBE绑定在一起,构成了一个整体
系统采用冗余配置,由硬件及软件完全相同的2个极控系统(极控系统1、极控系统2)、2个阀基电子设备(VBE)VBEl和VBE2、系统选择单元以及冗余极控系统之问的串行光纤通信接口等构成。任何
收稿日期:2004—12—30;修回日期:2005—07—01。
系统,当主系统中无论极控系统或VBE发生故障时,它们将作为一个整体向热备用系统切换。
由极控系统产生的换流器点火脉冲,通过接口
设备送到VBE,再由VBE送至换流阀。
90
电
功能要求
力
系统自
动
代
2
新,保证冗余系统运行状态的一致。
3.2监视功能的实现方法
直流输电系统中,直流线路电阻很小,2个换流站任意一端直流电压小的变化将引起直流电流大幅度的波动,从而引起传输功率很大的波动。对于灵宝背靠背直流输电工程,由于没有直流线路,直流回
灵宝背靠背直流输电工程中,极控系统所完成
的各种功能是在高速工业控制系统硬件平台上实现
的。这是一个高性能、模块化的数字控制系统,根据
系统功能通过图形化界面进行灵活配置。它采用多
路的直流电阻只有平波电抗器的直流电阻0.2
3
0,
直流电压如果变化0.6kV,直流电流波动将超过kA。所以,相对于远距离直流输电系统,灵宝背
靠背直流输电工程对控制系统的要求更苛刻,同时
处理器和并行总线技术,可将复杂的任务分布在多个处理器模块来完成,性能良好的背板总线支持分布式处理所需的快速数据传输。
系统软件具有完善的监视功能,对内存、输入、输出、通信通道、机箱的备用电池循环地进行检测。此外,根据灵宝背靠背直流输电工程的特点,极控系统的应用软件对极控系统的输入量进行监视,例如,
对直流电压、直流电流、直流功率、同步电压、电压过
对冗余的极控系统一致性的要求也更严格,只有在冗余极控系统的运行点一致或接近一致的情况下,系统切换过程才不会引起传输功率大的波动。
此外,冗余极控系统的实现也要求控制系统有完善的自监视功能。在运行系统出现故障时,要求极控系统能够快速地检测出系统故障,并且根据故障的严重程度和类型,发出告警信息或切换命令。极控系统收到告警信息后,只是将信息送到运行人
员工作站显示,通知运行人员注意;极控系统收到切
零信号、电流过零信号等输入通道进行监视。如果系统的输入通道出现故障,将发出系统切换命令到系统选择单元,系统选择单元将系统切换到热备用
系统运行。
换命令后,马上送到系统选择单元,系统选择单元快
速将整个系统切换到热备用系统运行,如果此时热
除了对输入和系统运行状态进行监视之外,极控系统还对系统的输出进行监视,例如对输出的触
发角进行监视,如果2个系统的输出差别比较大,则
备用系统出现故障,系统选择单元将发出跳闸命令,
停止直流系统运行。
禁止冗余系统之间进行系统切换。
同时,检测到的故障信息可以在相应处理器模
3关键实现方法
灵宝背靠背直流输电工程中,为实现极控系统完全冗余,以及冗余系统之间的无扰动切换,采取以
下实现方法。3.1数据处理方法
块的数码显示管上用故障代码显示出来,并产生SER信息,通过局域网(LAN),送到运行人员控制层显示。例如处理器模块面板上的数码显示管显示
“A”,则表示极控系统的应用软件出现故障,在运行
人员层可根据产生的SER信息查到故障的详细信
息。
’
1)保证冗余极控系统获得相同的输入信息。对于极控系统所需要的开关量输入信息(控制信息和状态信息),采用继电器对信号进行扩展,保证2个系统获得相同的输入信息。在模拟量数据采集通道
的处理上,通过采用高精度元件保证2个采集通道
3.3切换功能的实现方法
在灵宝背靠背直流输电工程中,冗余极控系统的切换是由系统选择单元实现的。系统选择单元由
切换逻辑(COL)、二选一输出切换(LFM)模块组
增益精度、温度系数等方面具有较高的一致性。同
时,在软件中还要对2个通道的增益和偏置误差等
成。根据极控系统电源、硬件、软件及VBE运行是否正常的状态信号,COL模块决定极控系统的主/热备用状态信号,通过LFM模块对冗余极控系统的输出进行选择。整个冗余极控系统输出选择逻辑
如图2所示。
LFM模块为一个二选一的逻辑模块,根据
做进一步补偿和校正,保证冗余的2个极控系统所采集的数据接近完全一致。
2)保证冗余极控系统的运行点一致。冗余的极
控系统的运行状态要保证一致,2个极控系统之间
的一些关键数据要实时、相互刷新。系统之间数据刷新的原则是:主极控系统的关键数据实时刷新热备用系统的关键数据。冗余的极控系统之间有一个
高速串行的光纤通道,称为RACKLINK。极控系
COL模块输出极控系统的主/热备用状态信号,选
择相应的控制信号进行输出。LFM模块采用传统
的TTL电路实现,信号的切换时间小于80“s。
COL模块除了决定冗余极控系统的主/热备用
状态之外,还有自监视功能。如果模块本身出现故
统通过这个通道对系统中的一些关键数据实时刷
・工程应用・曹森,等灵宝背靠背直流输电工程冗余极控系统的实现
91
障,将闭锁故障模块的功能,另一个COL模块仍然可以保证冗余极控系统运行;如果2个COL模块都出现故障,系统选择单元将发出停机命令,功率传输
的过程将停止。
COL模块有自动运行、手动运行2种运行方式。系统上电之后,COL模块默认极控系统1为主
系统。
图2冗余极控系统输出选择逻辑
Fig.2
Outputselectionlogicofredundantpole
control
system
自动运行方式下,极控系统将根据系统的运行状况自动选择主系统。如果极控系统1为主系统,极控系统2为热备用系统,当极控系统1出现故障后,COL模块自动将极控系统2切换为主系统,而极控系统1退出运行,并且极控系统1产生系统故
障信号。
手动运行方式下,可以通过操作COL模块上的按钮对主系统进行手动选择。系统运行时,如果极控系统1为主系统,极控系统2为热备用系统,可以通过操作COL2上的按钮,选择极控系统2为主系统,极控系统1切换为热备用系统。
通过操作COL模块上的按钮(按钮闭合时间超过3s),可以闭锁系统切换的功能。该功能有效时,
如果极控系统1为主系统运行并且出现故障,系统将不再切换,COL模块直接产生跳闸命令。这种情况主要用于对热备用系统进行检修口]。4试验结果
实时数字仿真器(RTDS)是由加拿大RTDS公司生产的实时数字仿真系统,用于电力系统的实时数字仿真。在本工程中,采用RTDS对极控系统的
控制功能和系统的特性包括冗余控制系统的故障切
换等,进行了验证试验和测试。
极控系统启动直流功率到额定工况下,极控系
统1’为主系统稳定运行,操作COL模块上面的按
钮,将控制系统切换到系统2运行,试验的录波图如
图3所示。
1
O立1
O≥1
O1
O6
《
2≥
8
缸弧垤帆如如抛抛4
蕤纛
挖邕竺竺竺=竺====坐坐盥坐竺型型坐生
125712
185l
20
244528
3
03936363344
4.22752
4
82160
t/s
图3稳定运行时极控系统的切换过程录波图
Fig.3
Recording
diagramofswitchingprocessof
polecontrolsystemunderstableoperation
从图3可以看出,在整个切换过程中,整流测的触发角和逆变侧的熄弧角的变化均不超过1。。同
时,直流电压和直流电流也没有明显的变化,系统的切换过程比较平稳。
5
结语
极控系统是整个控制保护系统的核心,极控系
统的控制性能将直接决定直流系统的各种响应特性
以及功率/电流稳定性,极控系统的冗余设计是保障极控系统稳定可靠运行的关键技术,本文描述了灵宝背靠背直流输电工程中许继冗余极控系统的设计原理和实现方法,并在RTDS上进行了仿真测试。结果表明,按照该设计方法设计的冗余极控系统可满足直流输电系统的需求,也为其他控制系统的冗余设计提供了一种新的设计思路。
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电
力
系统自
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RealizationofRedundantPoleControlSystemofLingbaoBack—to-backHVDC
CAOSenl,WANGDe—yil,WANGTa01
(1.Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an710048
Abstract:In
a
Project
GUOHong—guang2,ZHANGWan92
china;2.XuJiGroup,Xuchang461000,china)
output
can
highvoltagedirectcurrent(HVDC),a
toensure
very
smalldeviationofthecontrolsystem
lead
to
large
fluctuationofthetransmittedpower.Inorder
occurs
thesmoothchange—overbetweenthetworedundantsystemswhenfault
inthe
system,theoperation
stateof
thetworedundantpolecontrolsystemshouldbekeptexactlythesame.Thedesign
controlsystemis
very
ofthechange—overlogicfortheredundantpole
important.Thechange-overlogicimplementedinLingbao
back—to-backHVDCprojectisdesignedbyusingthetraditionalelectronicdesigntechnologyratherthanthemicroprocessors,so
itisindependentthe
ofsoftwareandtheindependencyofthetworedundantpolecontrolsystemisensured.Byusingthisprinciple,
reliabilityofthewholecontrolandprotectionsystemisalsoensured,andthefastswitchingbetweenthetworedundantpole
systemsisguaranteed.Simulationresultsin
a
control
real—timedigitalsimulator(RTDS)provethattheproposeddesign
methodiswellfitfortheredundancyofHVDCsystem.
Key
words:back-to—backHVDCsystem:polecontrolsystem;redundantdesign;real—timedigitalsimulator(RTDS)
oo∞∞∞∞oooooo∞oo∞oooo∞∞∞oooo∞o_o∞∞∞∞oooooooooo∞∞oo∞oo∞oo∞oooooo∞oo<×>∞o。oooooo∞
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continuedfrom
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70)
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can
resonant
provide
a
certaincapacity
offundamentalreactivepower
compensationwhileeliminatingtheharmonicseffectively.Itssuperiorityisprovedinpracticalapplicationswhereitsreactive
power
compensationabilityislargerwhileitsinvertercapacitysmall.Soithas
a
highengineeringapplicationvalue.
ThisworkissupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.60474041).
Keywords:activepower
filterwithsingleinjectioncircuit;passivefilter;harmoniccurrent;reactivepowercompensation
灵宝背靠背直流输电工程冗余极控系统的实现
作者:作者单位:
曹森, 王德意, 王涛, 郭宏光, 张望, CAO Sen, WANG De-yi, WANG Tao, GUO Hong-guang , ZHANG Wang
曹森,王德意,王涛,CAO Sen,WANG De-yi,WANG Tao(西安理工大学水电学院,陕西省,西安市,710048) , 郭宏光,张望,GUO Hong-guang,ZHANG Wang(许继直流输电系统部,河南省,许昌市,461000)
电力系统自动化
AUTOMATION OF ELECTRIC POWER SYSTEMS2005,29(20)2次
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本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dlxtzdh200520019.aspx授权使用:湖南大学(hunandx),授权号:a0e41e16-2333-44d2-9fbd-9e5800fc8d5b
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