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  • 頭條柔性直流輸電閥控及子模塊控制全接入試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
    2022-06-15 作者:王琦、楊張斌 等  |  來源:《電氣技術(shù)》  |  點(diǎn)擊率:
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    導(dǎo)語針對模塊化多電平柔性直流輸電系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)階段閥控和子模塊設(shè)計(jì)驗(yàn)證環(huán)節(jié)均存在簡化和缺失現(xiàn)象,中國三峽建工集團(tuán)有限公司、重慶大學(xué)等單位的研究人員王琦、楊張斌、彭代曉、劉小勇,在2022年第2期《電氣技術(shù)》上撰文,設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)閥控設(shè)備和子模塊控制全接入的試驗(yàn)平臺。該平臺包括與工程采樣率一致的合并單元(MU)模擬裝置、與工程接口一致的控制模式多樣化的極控裝置、功能完善的鏈路延時測試裝置,以及可完整實(shí)現(xiàn)工程子模塊接口和原程序驗(yàn)證的子模塊功能模擬裝置。通過接入如東工程閥控設(shè)備和子模塊程序?qū)崿F(xiàn)了對閥控系統(tǒng)設(shè)備和子模塊原程序邏輯的驗(yàn)證,同時也驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺功能的完整性和優(yōu)良性。

    基于模塊化多電平換流器的高壓直流輸電系統(tǒng)(modular multilevel converter based high voltage direct current, MMC-HVDC),相比常規(guī)高壓直流輸電系統(tǒng)具有控制模式靈活、無需交直流側(cè)濾波器、可提供無功輸出、無換相失敗、占地面積少等優(yōu)勢。

    但MMC-HVDC也存在缺陷,如器件耐壓水平和通流能力低,尤其在換流閥閥控和子模塊自身控制方面,MMC-HVDC控制環(huán)節(jié)多、接口復(fù)雜、閥控與子模塊之間傳輸數(shù)據(jù)量大、子模塊自身控制保護(hù)邏輯復(fù)雜,因此閥控設(shè)備的穩(wěn)定性和子模塊自身控制保護(hù)邏輯的正確性對于現(xiàn)場柔直換流閥設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和后期維護(hù)工作至關(guān)重要。尤其當(dāng)子模塊自身控制保護(hù)邏輯存在問題時,會造成子模塊損壞或整個直流輸電系統(tǒng)停運(yùn)。

    工程現(xiàn)場子模塊自身控制保護(hù)邏輯需要修改時,必須停運(yùn)所涉及的整個柔直換流閥,才可對所有功率子模塊控制板卡進(jìn)行程序燒寫更新操作。同時,針對個別柔直工程復(fù)雜的拓?fù)湎到y(tǒng)和特殊的控制策略,需要驗(yàn)證在個別特殊運(yùn)行工況下子模塊控制保護(hù)的響應(yīng)能力,避免工程現(xiàn)場柔直換流閥停運(yùn)而造成整個電力系統(tǒng)嚴(yán)重的功率損失。

    隨著MMC-HVDC技術(shù)的逐漸成熟、MMC功率器件性能的進(jìn)一步提升,基于模塊化多電平換流器的高壓直流輸電技術(shù)在電力傳輸和新能源接入領(lǐng)域應(yīng)用越來越多,閥控系統(tǒng)控制保護(hù)復(fù)雜度逐漸增加,需要在設(shè)計(jì)和驗(yàn)證環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把控,尤其在控制保護(hù)聯(lián)調(diào)階段能夠?qū)⑺杏布蛙浖O(shè)計(jì)全覆蓋進(jìn)行檢測驗(yàn)證,避免將硬件設(shè)計(jì)缺陷和控制保護(hù)邏輯設(shè)計(jì)隱患帶入工程現(xiàn)場,給柔性直流輸電工程的穩(wěn)定運(yùn)行和電網(wǎng)系統(tǒng)安全帶來隱患。

    初期基于MMC的柔性直流輸電控制系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)階段,子模塊中控板控制層被忽略,閥控控制層采用簡化接入方式,尤其是閥控脈沖分配控制層采用等效模擬的方式,試驗(yàn)占用場地小,能夠便利快速地接入RTDS/RTLAB實(shí)時仿真裝置,但也造成閥控設(shè)備部分接口和控制功能及子模塊控制層的驗(yàn)證缺失。

    針對以上問題,有學(xué)者采用閥控系統(tǒng)和半實(shí)物動模系統(tǒng)相結(jié)合的測試方式,能夠?qū)崿F(xiàn)閥控系統(tǒng)的全接入,并且能夠驗(yàn)證子模塊部分控制保護(hù)邏輯,但在極端故障工況下需要驗(yàn)證閥控動態(tài)控制性能和子模塊的電氣應(yīng)力特性,動模系統(tǒng)模擬極端故障工況可能會造成設(shè)備損壞,因此動模系統(tǒng)無法完成極端故障工況的試驗(yàn)驗(yàn)證。有學(xué)者提出閥控系統(tǒng)全接入的試驗(yàn)方案,滿足了實(shí)際工程現(xiàn)場閥控系統(tǒng)軟硬件接口的測試要求,同時能夠涵蓋子模塊和閥控接口部分功能的驗(yàn)證,但對子模塊控制保護(hù)邏輯驗(yàn)證不夠完善,僅能夠模擬等效簡化后的子模塊控制保護(hù)邏輯,無法接入子模塊控制原程序。

    對于子模塊控制層保護(hù)的驗(yàn)證,有學(xué)者提出柔直換流閥的型式試驗(yàn)和單獨(dú)的子模塊試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案和試驗(yàn)方法,可滿足換流閥電力電子器件設(shè)計(jì)和性能驗(yàn)證,以及子模塊部分控制保護(hù)邏輯的驗(yàn)證,但無法遍歷換流閥的運(yùn)行工況和驗(yàn)證換流閥在各種故障工況下的控制保護(hù)特性,同時無法實(shí)現(xiàn)工程閥控系統(tǒng)的接入和驗(yàn)證。

    相比以往工程控保聯(lián)調(diào)試驗(yàn)閥控系統(tǒng)測試,本試驗(yàn)平臺具有的優(yōu)勢如下:

    1)以往工程控保聯(lián)調(diào)缺省或簡化閥控設(shè)備脈沖分配層,本試驗(yàn)平臺具備工程閥控設(shè)備的全接入,能夠驗(yàn)證工程閥控設(shè)備所有硬件及內(nèi)外部接口通信協(xié)議,工程閥控的接入不存在簡化或缺省環(huán)節(jié)。

    2)工程控保聯(lián)調(diào)試驗(yàn)閥控設(shè)備測試需要集合各廠家所有設(shè)備,本試驗(yàn)平臺具有標(biāo)準(zhǔn)化的功能和性能測試設(shè)備,可實(shí)現(xiàn)閥控設(shè)備的快速功能驗(yàn)證和性能驗(yàn)證。

    3)工程控保聯(lián)調(diào)缺少子模塊層控制保護(hù)及接口驗(yàn)證,本試驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)的子模塊模擬裝置可運(yùn)行工程子模塊中控板程序,可實(shí)現(xiàn)子模塊級控制保護(hù)邏輯及子模塊與閥控接口協(xié)議的驗(yàn)證。

    考慮到基于MMC的柔性直流輸電工程閥控和子模塊控制保護(hù)邏輯的重要性,本文提出全功能便利的閥控和子模塊控制保護(hù)試驗(yàn)平臺,該試驗(yàn)平臺能夠完整接入工程閥控設(shè)備,并且配置有利的極控模擬功能,能夠適應(yīng)半橋、全橋、全半橋混合換流閥閥控的全接入測試,完整驗(yàn)證閥控系統(tǒng)控制保護(hù)邏輯和硬件性能,同時為每個子模塊設(shè)計(jì)了獨(dú)立的現(xiàn)場可編程門陣列(field programmable gate array, FPGA)芯片,能夠直接運(yùn)行工程子模塊中控板的程序,可實(shí)現(xiàn)工程子模塊中控板程序的完全移植,具備完整驗(yàn)證換流閥閥控系統(tǒng)層和子模塊控制層的控制保護(hù)邏輯及其各類硬件接口及通信協(xié)議的功能。

    1 閥控和子模塊控制功能簡介

    基于MMC拓?fù)涞娜嶂睋Q流閥控制保護(hù)包括換流器控制保護(hù)層、閥控控制保護(hù)層、子模塊控制保護(hù)層。MMC主電路和控制如圖1所示。

    換流器控制保護(hù)層實(shí)現(xiàn)當(dāng)前換流器整體控制保護(hù),包括直流電壓控制、有功無功功率控制、交流電壓頻率控制、內(nèi)環(huán)電流控制等。換流器控制保護(hù)下發(fā)閥控的數(shù)據(jù)包括輸出的調(diào)制波和配合系統(tǒng)運(yùn)行工況的解閉鎖命令及主備狀態(tài)。

    柔性直流輸電閥控及子模塊控制全接入試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    圖1 MMC主電路和控制

    閥控控制保護(hù)層接收上層控制保護(hù)的調(diào)制波,疊加環(huán)流抑制輸出補(bǔ)償,最終調(diào)制波用于電平逼近調(diào)制、電容電壓平衡控制,計(jì)算結(jié)果通過各橋臂的脈沖分配裝置下發(fā)到對應(yīng)的功率模塊,實(shí)現(xiàn)換流閥6個橋臂的獨(dú)立控制,同時將換流閥運(yùn)行狀態(tài)和閥控工作狀態(tài)反饋給換流器控制保護(hù)層,實(shí)現(xiàn)閥控與極控間順控時序配合。

    子模塊控制保護(hù)層接收閥控控制保護(hù)層下發(fā)的子模塊控制保護(hù)命令及對應(yīng)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷指令,實(shí)現(xiàn)子模塊的充電、自檢、解鎖、投入、切除和旁路等工作方式,同時子模塊將自身的運(yùn)行狀態(tài)反饋給閥控控制保護(hù)層。

    2 試驗(yàn)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

    實(shí)際工程閥控系統(tǒng)包含雙冗余的閥控主控A、閥控主控B、閥控錄波及換流閥健康狀態(tài)在線監(jiān)測和診斷裝置,換流閥每個子模塊也均配置了獨(dú)立控制保護(hù)硬件。

    為了實(shí)現(xiàn)閥控系統(tǒng)和子模塊的全覆蓋功能驗(yàn)證,本文設(shè)計(jì)一種閥控層和子模塊層全接入試驗(yàn)系統(tǒng),系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖如圖2所示,配置了多種控制模式可在線切換的控制保護(hù)模擬設(shè)備,及其輔助模擬裝置,其中所接入閥控設(shè)備與工程現(xiàn)場完全一致。閥控控制層中脈沖分配設(shè)備可根據(jù)需求采用單橋臂接入或多橋臂接入方式,子模塊采用原程序接入方案,提供每個子模塊獨(dú)立原程序運(yùn)行芯片,可實(shí)現(xiàn)閥控和子模塊控制保護(hù)層及閥控輔助設(shè)備功能的驗(yàn)證,滿足閥控和子模塊一些特殊試驗(yàn)功能的需求。

    柔性直流輸電閥控及子模塊控制全接入試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    圖2 控制試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖

    3 閥控控制層接入設(shè)計(jì)

    與閥控系統(tǒng)連接的裝置有極控功能模擬裝置、測量系統(tǒng)模擬裝置、鏈路延時測試裝置和子模塊模擬裝置,每個外部設(shè)備接口均采用與工程現(xiàn)場一致的協(xié)議和接口設(shè)計(jì)。

    1)極控功能模擬裝置

    極控設(shè)備A/B經(jīng)FT3板與閥控設(shè)備A/B一一對應(yīng)連接,極控功能模擬裝置如圖3所示,其中,每個FT3板有7對收發(fā)光口,每對光口數(shù)據(jù)收發(fā)采用標(biāo)準(zhǔn)FT3格式,與閥控之間的接口協(xié)議與實(shí)際工程一致,同時可針對不同工程接口需求開發(fā)多種接口協(xié)議兼容的模式。

    柔性直流輸電閥控及子模塊控制全接入試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    圖3 極控功能模擬裝置

    2)測量系統(tǒng)模擬裝置

    測量系統(tǒng)模擬裝置經(jīng)FT3板發(fā)送閥控控制保護(hù)所需橋臂電流信號,模擬實(shí)際工程中閥控測量系統(tǒng)功能。測量系統(tǒng)模擬裝置如圖4所示,其中閥控與測量接口協(xié)議和數(shù)據(jù)發(fā)送周期為10μs,與工程現(xiàn)場測量系統(tǒng)接口協(xié)議及采樣率一致。

    柔性直流輸電閥控及子模塊控制全接入試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    圖4 測量系統(tǒng)模擬裝置

    3)閥控與延時測試裝置

    閥控系統(tǒng)性能測試主要包括閥控保護(hù)鏈路延時測試、閥控控制鏈路延時測試、換流閥狀態(tài)反饋鏈路延時測試,每項(xiàng)性能測試均需要相關(guān)的特殊功能和特殊發(fā)送反饋數(shù)據(jù)的配合,因此設(shè)計(jì)鏈路延時測試裝置如圖5所示,裝置中設(shè)計(jì)了分光器模擬和延時自動計(jì)算顯示功能,及通過人機(jī)交互界面可實(shí)現(xiàn)測試模式的在線切換模式,選擇需要測試的延時選項(xiàng),可實(shí)現(xiàn)閥控鏈路延時測試的快速化、自動化、標(biāo)準(zhǔn)化。

    柔性直流輸電閥控及子模塊控制全接入試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    圖5 鏈路延時測試裝置

    4)閥控與子模塊模擬裝置接口

    閥控與子模塊模擬裝置接口示意圖如圖6所示,其中閥控脈沖分配裝置中脈沖板連接子模塊控制保護(hù)模擬裝置,接入子模塊數(shù)量及接口協(xié)議與實(shí)際工程一致,換流閥橋臂對應(yīng)的脈沖分配屏和子模塊控制保護(hù)接口屏一一對應(yīng)連接,閥控脈沖分配裝置下發(fā)子模塊充電、解閉鎖、投入、切除等控制保護(hù)命令,子模塊控制保護(hù)模擬裝置反饋?zhàn)幽K電容電壓、運(yùn)行狀態(tài)及子模塊故障時的故障狀態(tài)。

    柔性直流輸電閥控及子模塊控制全接入試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    圖6 閥控與子模塊模擬裝置接口示意圖

    4 子模塊控制保護(hù)層接入設(shè)計(jì)

    4.1 子模塊模擬裝置硬件設(shè)計(jì)

    基于MMC換流閥單個子模塊的主要組成包含兩部分。

    1)第一部分為功率器件及一次設(shè)備,包括:絕緣柵雙極性晶體管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)、二極管、直流支撐電容器、旁路開關(guān)、旁路晶閘管(如有)、均壓電阻。

    2)第二部分為二次板卡及故障檢測,包括:高位取能電源板、IGBT驅(qū)動器、晶閘管觸發(fā)板、旁路開關(guān)控制板、直流電壓采樣板、中控板、電容壓力超限傳感器等。

    功率器件一次設(shè)備可使用仿真系統(tǒng)(RTDS)進(jìn)行模擬,二次板卡及故障檢測由子模塊模擬裝置實(shí)現(xiàn),該模擬裝置主要采用大規(guī)??删幊唐骷﨔PGA芯片,具有時序精確、修改模型方便、兼容性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),可以模擬半橋拓?fù)?、全橋拓?fù)?、全半橋混合拓?fù)渥幽K結(jié)構(gòu)。

    子模塊功能模擬裝置如圖7所示,子模塊模擬裝置與閥控脈沖分配屏之間光口一一對應(yīng)連接,每個橋臂子模塊功能模擬裝置模擬的子模塊數(shù)量與工程橋臂子模塊級數(shù)一致,可通過擴(kuò)展子模塊功能模擬裝置機(jī)箱或屏柜來擴(kuò)充子模塊功能模擬裝置模擬的子模塊級數(shù)。

    圖7中子模塊功能模擬機(jī)箱中的模擬板,對外接口方式和工程子模塊與閥控接口方式一致。模擬板主要由5顆FPGA芯片組成,其中板上FPGA1、FPGA2、FPGA3、FPGA4四顆FPGA用來運(yùn)行現(xiàn)場4個功率模塊實(shí)際工程的中控板程序,F(xiàn)PGA5用于模擬功率單元上各開關(guān)器件動作特性及二次輔助設(shè)備功能模擬。

    柔性直流輸電閥控及子模塊控制全接入試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    圖7 子模塊功能模擬裝置

    FPGA1、FPGA2、FPGA3、FPGA4四顆FPGA均配有EEROM、RS232接口,一個2位撥碼開關(guān)及40MHz晶振和上電復(fù)位電路。另外,這四顆FPGA及外圍電路均為獨(dú)立電源供電,通過FPGA5控制其是否得電,模擬取能電源的工作特性。

    FPGA5配有EEROM、復(fù)位按鈕、40MHz晶振、2MHz晶振及一個4位撥碼開關(guān)。FPGA5分別與FPGA1,F(xiàn)PGA2,F(xiàn)PGA3,F(xiàn)PGA4連接,配有28個IO接口,可用于模擬子模塊外圍設(shè)備。

    模擬板可實(shí)現(xiàn)工程子模塊上下行光纖通信驗(yàn)證、子模塊控制保護(hù)邏輯驗(yàn)證、模擬采樣板電容電壓的采集、各部分運(yùn)行狀態(tài)及故障代碼上送和接收閥控下發(fā)的通信數(shù)據(jù)的解析并執(zhí)行。模擬板功能拓?fù)淙鐖D8所示。

    柔性直流輸電閥控及子模塊控制全接入試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    圖8 模擬板功能拓?fù)?/p>

    4.2 子模塊模擬裝置功能設(shè)計(jì)

    模擬板含子模塊二次模擬部分與子模塊控制部分,子模塊二次模擬部分與子模塊控制部分分別在不同的FPGA芯片上執(zhí)行,子模塊二次功能模擬芯片和子模塊控制芯片之間的通信接口及信號定義如下。

    1)子模塊功率器件驅(qū)動功能模擬

    功率器件驅(qū)動模擬與子模塊控制模擬之間接口共有四組信號,考慮子模塊為全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),每組包含子模塊控制模擬發(fā)送給驅(qū)動模擬的IGBT驅(qū)動信號,以及驅(qū)動模擬反饋給控制模擬的IGBT動作信號。子模塊上下功率器件驅(qū)動信號互補(bǔ),死區(qū)和最小脈寬與實(shí)際參數(shù)設(shè)置可根據(jù)不同工程修改。

    驅(qū)動故障可以通過仿真終端進(jìn)行設(shè)定,指定器件驅(qū)動反饋脈沖寬度和延時,子模塊功能模擬板根據(jù)反饋脈沖的延時和寬度來檢測當(dāng)前子模塊是否出現(xiàn)驅(qū)動故障。

    2)旁路開關(guān)功能和接口模擬

    旁路開關(guān)接口主要包含子模塊控制部分發(fā)給旁路開關(guān)驅(qū)動信號和旁路開關(guān)反饋狀態(tài)。當(dāng)子模塊發(fā)生故障觸發(fā)旁路邏輯時,子模塊功能模擬裝置發(fā)送實(shí)時仿真(RTDS)裝置旁路開關(guān)閉合命令,在設(shè)定時間內(nèi)反饋狀態(tài)為閉合則旁路成功,否則旁路失敗,旁路命令發(fā)送延時和旁路開關(guān)狀態(tài)反饋延時可通過人機(jī)交互設(shè)定。

    3)高位取能電源模塊接口功能

    模擬實(shí)際子模塊高位取能電源上電時序,子模塊電容過電壓大于設(shè)定電壓參數(shù)時子模塊控制FPGA芯片才能正常運(yùn)行,閥控與子模塊建立通信。取能電源上電電壓、故障延時和故障位均可通過人機(jī)交互界面進(jìn)行設(shè)置。

    4)電容壓力超限監(jiān)測模塊接口

    模擬電容電壓超限監(jiān)測模塊,通過人機(jī)交互終端設(shè)置故障位,模擬電容壓力傳感器輸出。

    5)子模塊電容電壓測量回路模擬

    模擬子模塊電容電壓測量AD芯片采樣時序,與實(shí)際功率子模塊電容電壓邏輯保持一致。子模塊電容電壓由實(shí)時仿真裝置按照Aurora協(xié)議發(fā)送給RTDS接口箱,RTDS接口箱轉(zhuǎn)發(fā)給對應(yīng)的子模塊模擬裝置,模擬板對應(yīng)板卡FPGA5芯片模擬直流電壓采樣、AD采樣時鐘信號、AD采樣輸出。

    6)晶閘管功能接口模擬

    模擬晶閘管驅(qū)動功能,模擬板接收到晶閘管觸發(fā)信號經(jīng)一定延時后發(fā)送對應(yīng)晶閘管觸發(fā)命令,可在人機(jī)交互終端設(shè)置晶閘管觸發(fā)延時,驗(yàn)證工程旁路開關(guān)和晶閘管動作的時序配合。

    5 試驗(yàn)功能

    閥控及子模塊控制全接入實(shí)時仿真系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)閥控系統(tǒng)內(nèi)外部接口通信協(xié)議驗(yàn)證、閥控系統(tǒng)控制保護(hù)功能驗(yàn)證、閥控系統(tǒng)性能延時驗(yàn)證。閥控功能性能試驗(yàn)見表1。

    柔性直流輸電閥控及子模塊控制全接入試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    表1 閥控功能性能試驗(yàn)

    閥控及子模塊控制全接入試驗(yàn)平臺可實(shí)現(xiàn)子模塊控制保護(hù)功能的驗(yàn)證、子模塊二次輔助設(shè)備功能的模擬,以及子模塊故障模擬,其中子模塊故障試驗(yàn)見表2。

    柔性直流輸電閥控及子模塊控制全接入試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    表2 子模塊故障試驗(yàn)

    6 試驗(yàn)驗(yàn)證

    為了驗(yàn)證閥控及子模塊全接入試驗(yàn)平臺功能和性能,采用RTDS系統(tǒng)和實(shí)際工程閥控設(shè)備接入的驗(yàn)證模式,系統(tǒng)參數(shù)和換流閥參數(shù)采用如東海上柔性直流輸電工程參數(shù),RTDS裝置接收子模塊模擬裝置脈沖觸發(fā)命令,實(shí)時仿真計(jì)算換流閥設(shè)備及交直流系統(tǒng)等一次設(shè)備的工作特性。

    仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖9所示,系統(tǒng)容量為1 100MW,直流電壓為±400kV,網(wǎng)側(cè)電壓和閥側(cè)電壓分別為525kV、416.4kV,換流閥子模塊級數(shù)為432級,橋臂電抗器電感值為133mH,極控模擬機(jī)箱選擇控制模式為直流電壓和無功功率控制,子模塊電容電壓額定值為2kV。

    柔性直流輸電閥控及子模塊控制全接入試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    圖9 仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    系統(tǒng)解鎖后直流電壓參考值設(shè)定為800kV,無功參考值設(shè)定為300Mvar。系統(tǒng)錄波數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)COMTRADE格式,試驗(yàn)波形如圖10所示,以A相波形為例分析說明試驗(yàn)平臺對閥控系統(tǒng)功能及子模塊控制保護(hù)功能的驗(yàn)證。

    1)閥側(cè)電壓和正、負(fù)極電壓分別如圖10(a)和圖10(b)所示,試驗(yàn)平臺極控模擬裝置實(shí)現(xiàn)了上層極控控制器功能,為閥控系統(tǒng)提供與工程現(xiàn)場一致的接口、控制保護(hù)命令和調(diào)制波,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制功能驗(yàn)證。

    柔性直流輸電閥控及子模塊控制全接入試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    圖10閥控功能驗(yàn)證和子模塊故障試驗(yàn)波形

    2)閥控電平逼近調(diào)制如圖10(c)所示,上、下橋臂投入模塊個數(shù)逼近極控下發(fā)調(diào)制波,電平逼近輸出波形光滑無跳變,驗(yàn)證了閥控電平逼近調(diào)制計(jì)算的正確性。

    3)圖10(d)為A相上、下橋臂電流,橋臂電流上下對稱無畸變,可見環(huán)流抑制效果良好,通過對橋臂電流的諧波含量分析可進(jìn)一步驗(yàn)證閥控環(huán)流抑制控制性能。

    4)圖10(e)為A相上橋臂子模塊電容電壓最大、最小值,可見閥控電容電壓平衡控制功能正確。

    5)圖10(f)~圖10(h)為子模塊故障時刻波形,A相上橋臂原有故障模塊為8個,在2.488s左右拔掉測試子模塊與閥控連接的上行光纖,故障子模塊個數(shù)加1,如圖10(f)所示;在故障時刻測試模塊電壓由于上行通信中斷電壓無數(shù)據(jù)更新保持恒定,如圖10(g)所示;故障時刻子模塊故障碼為32768,轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制對應(yīng)故障位為上行通信故障,如圖10(h)所示。

    7 結(jié)論

    本文所述試驗(yàn)平臺依據(jù)工程現(xiàn)場閥控外接設(shè)備功能需求設(shè)計(jì)了極控功能模擬裝置、鏈路延時測試裝置、測量模擬裝置、子模塊模擬裝置及實(shí)時仿真設(shè)備接口裝置,使閥控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、控制功能、保護(hù)邏輯、接口通信協(xié)議及設(shè)計(jì)性能均能夠在實(shí)時仿真平臺得到充分驗(yàn)證。

    所設(shè)計(jì)子模塊模擬裝置能夠獨(dú)立運(yùn)行工程現(xiàn)場子模塊中控板程序,并且具備模擬子模塊輔助設(shè)備的控制、驅(qū)動和工作特性,使該試驗(yàn)平臺具備充分驗(yàn)證工程子模塊控制保護(hù)軟件設(shè)計(jì),以及閥控系統(tǒng)硬件軟件設(shè)計(jì)、接口協(xié)議、控制功能和設(shè)計(jì)性能,極大降低了將閥控和子模塊控制保護(hù)設(shè)計(jì)缺陷帶入工程現(xiàn)場的概率。

    通過接入如東工程實(shí)際閥控設(shè)備和子模塊中控板程序,驗(yàn)證了如東海上柔性直流輸電陸上換流站閥控系統(tǒng)和子模塊控制保護(hù)的功能和性能,體現(xiàn)了所設(shè)計(jì)試驗(yàn)平臺驗(yàn)證功能的完整性和優(yōu)越性。

    本文編自2022年第2期《電氣技術(shù)》,論文標(biāo)題為“柔性直流輸電閥控及子模塊控制全接入試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”,作者為王琦、楊張斌 等。