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

黄 杞 张志杨

中国南方电网有限责任公司超高压输电公司柳州局 广西柳州 545000

摘要：近些年来，我国特高压直流输电的发展比较迅速，以国家电网方面为例比如金沙江一期的溪洛渡和向家坝送出工程已经完成640万千瓦的直流特高压电的输出。还有世界上电压最高级别的哈郑特高压工程，可以达到800万千瓦的输电容量，不仅如此还做到了直流电量最大和输送距离最长，完成了技术最先进的特高压直流输电线路的工程。为了更好的贯彻国家的战略规划加快电网基地的开发和外送，要始终对特高压直流输电相关的工作进行研讨。

关键词：特高压直流输电系统；换流阀控制系统；换口技术；换流阀

特高压直流输电具备点对点、超远距离输送和大容量的送电能力。而换流阀作为直流输电工程的关键设备，需要把电力电子技术、光控转换技术等等高压相关的技术全面做以研究，并应用到换流阀的设计当中，让换流阀可以将交流电连接到直流端然后得到控制。在换流阀的应用当中目前尚有很多难点，在换流阀的开发控制方面需要更多的科研力度。本文对特高压直流输电换流阀控制系统的原理和应用做以探讨。

1. 阀控系统

特高压直流输电换流阀是换流阀和零部件完成后到实体阀的关键步骤。在整个安装的过程需要对特高压换流阀性能进行科学的控制才能实现更好的稳定运行。其中换流阀控制系统包括控制主机、阀控单位、晶闸管控制单元三个部分组成。控制主机简称CCP，负责监视每个单独的晶闸管工作状态，一个CCP可以监视两个单阀，并产生出FP脉冲到每个晶闸管里。晶闸管控制单元简称TCU，负责监视晶匣管的状态，生成门级脉冲然后提供给每个晶闸管。最后的阀控单元是VCU，VCU可以同时监视每个晶闸管的整体工作，然后产生FP脉冲带到每个晶闸管里。

二、特高压直流输电

特高压直流输电的原理是在发电系统把交流电生产出来后，通过升压再经过送电端换流器对高压的交流电转变为高压直流电。再经过直流输电线路把高压直流电疏导到受电端。受电端通过换流器的工作再次把高压的直流电转变为交流电从而送到送电端的交流电网中。对此直流输电的优点比较显著，具有经济造价低、大容量输送电、输电距离可达非常远、灵活的控制和节约输电走廊占地面积等多方面的特点。

三、特高压直流输电换流阀控制系统组成以及原理

3.1特高压直流输电系统的组成

基本组成单元是换流站和直流输电线路。换流站对于直流输电系统是核心技术，其中有整流站和逆变站互相协作对电流转化和电压的转换进行工作。在双机系统管理中，要多个换流区相互搭配运作。特高压转流站对于直流输电效率和电流转化效率有很大的作用，为电网供电和社会人们对电量的需求带来了极大帮助。

3.2特高压直流输电换流阀控制系统原理

换流阀作为整个输电过程中的重要设备也是整个系统中最关键的部件，保证实现整个输电的整流逆变以及保证高压直流的稳定安全运行。通常用空气绝缘和水冷却的技术在室内进行安装换流阀，换流阀氛围汞孤阀和晶闸管阀以及IGBT换流阀三个类型。一般多数都采用晶闸管阀来满足大功率的电流输送。晶闸管、晶闸管控制单元、阻尼电容、饱和电抗器、阻尼电阻、均压电容、等等组合构成了换流阀。作为换流阀的核心零件的晶闸管对换流阀的同流起到了决定性的作用。为了到达系统的电压值需要多个晶闸管零部件进行串联，由此来控制电压的大小。

3.3换流阀的固定方法

一般对于直流输电换流阀的输送工作采用很多晶闸管串联，这就涉及到了现场安装实验以及运输的便利性。对其设计理念用模板化顺序连接的方法并在室内安装固定成一个完整的输电单元系统，固定的方式分为支撑式和悬吊式两种。

容量小的直流输电工程使用支撑式来固定，低功率的直流输电过程中多采用绝缘的支撑式方法，这种方法比较简单便利，而且没有对阀所在场地的架子强度有高的要求，对于地面强度和光滑整洁度有交个的要求。这种结构一般不用在常常发生震动的地区。在整体结构的稳定性做以强化的时候就需要支撑的机构质量较好比较功能化为考核要素。在固定的程序上要从上多下来进行安装加固，在高度上的标准相对来说较低。这样方便安装带来了高安全性的优势。在电压等级高工程涉及到更多的模块后就不要用支撑式固定方法了，在较低的直流输电中一般选择这种固定方法。

目前较为先进的固定方法是悬吊式的结构，这种结构比较简单，但是需要用电动葫芦和升降台来完成整个的搭建。其安装的过程基本都是在高空中完成的，工作人员借助升降台到达高空中，把电动葫芦固定在顶部的钢梁上。要求工作人员有较高的技术水平对安装的工艺和质量做好把控。在工作当中为了更好的满足防震和高压直流输电工程的进行多采用户内柔性悬吊式设计。过程中需要把阀塔用绝缘子连接好，然后使其在水平面任意的方向进行摆动，连接部分需要有铰链再配备足够强度的层间悬吊绝缘子就形成了一个高柔性抗震的固定方式。

3.4VBE和换流阀控制系统信号接口

VBE和PCP之间是直接单独的连接方式，他们之间的方式是一主一从。一般情况下VEB和PCP之间必须是热备用的工作状态，在脉冲指令产生后要求与主用系统的工作状态一致，其中的脉冲指令保罗保护、报警、监视等一系列的脉冲信号。同时VBE在备用状态下要对闭锁信号有检测功能，当接收到脉冲后要及时输送到PCP端。当主系统意外产生了故障要及时自动感应到，并自动进行切换工作，替换到备用系统。

4. 特高压直流输电换流阀控制系统的结构

4.1控制主机

对换流器有触发和控制的功能，工作原理是用产生CP脉冲控制阀控单元。

4.2阀控单元

阀控单元会产生FP脉冲下达到每个晶闸管单元上，使晶闸管得到触发指令。完成对晶闸管的控制工作。

4.3晶闸管控制单元

晶闸管控制单元对于阀控单元产生控制，晶闸管控制单元可以用晶闸管电压的状态来达到监视工作。

4.4闭合控制

首先阀控单元可以接收到控制主机的脉冲指令，把阀运行的状态实时提供给控制主机。而控制主机所发的指令是经过阀控单元编码后再发送给晶闸管控制单元。晶闸管控制单元接到指令马上对晶闸管发出命令。阀控单元对于接受晶闸管控制单元监视工作可以很好的完成，当换流阀产生意外状况后，阀控单元第一时间会发出跳闸的请求指令，阀控单元紧接着也会发出相关报警的措施。

结语：

我国在解决高电压、大容量送电和远距离送电过程中，直流输电是与电网系统进行互联的一个主要手段。直流输电可以将交流输电通过换流器转变为直流电，在经过换流阀的一些列工作汇入电网。在电网运行中直流输电在其中的优势较多，不仅输送灵活损耗小还能够节约输电走廊，更好的被快速控制，为了进一步提高直流电输电效率，节约宝贵的土地和资源问题，响应绿色节能的号召，我们需要对特高压直流输电换流阀控制系统进行不断的研究学习。

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