1.方案概述
在柔性直流输电技术领域, 南瑞继保公司作为柔性直流输电技术的自主创新者与电力系统保护控制领域的领导厂商, 能够提供全套的解决方案: 从一次设备的换流阀、二次的控制保护系统到直流测量系统和系统试验验证。南瑞继保提供的柔性直流输电典型解决方案和主要设备分别如下图所示。
图1 南瑞继保柔性直流输电系统典型解决方案图
图2 柔性直流输电系统主设备图
2.解决方案
2.1换流阀方案
1) 方案介绍
换流阀是柔性直流输电系统的核心设备。下图所示为南瑞继保生产的柔性直流换流阀组。其通过模块化设计以及多电平技术, 可以灵活改变变流器的输出电压及功率等级, 易于扩展到任意电平输出, 具有较低的谐波畸变, 且采用较低的开关频率, 降低了损耗, 提高了效率。
图3 柔性直流换流阀
2) 方案特点
换流阀采用多电平技术, 开关频率低、运行损耗小, 每个站损耗小于1%。
换流阀极易扩展到不同的电压及功率等级(最大可以达到3000MW), 满足不同等级及高压大容量的工程需求。
模块化、积木式设计, 维护及检修方便。
子模块、阀段、阀塔三级屏蔽设计, 电磁兼容好, 可靠性高; 具有较强的故障保护能力。
驱动自主研发, 可根据IGBT实测数据进行优化, 功能、参数可定制。
阀控高集成度, 无延时平行扩展: 自主研发多通道高速总线技术; 超大容量FPGA并行处理; 单阀控装置高达224个模块控制能力。
阀控系统采用高精度平衡算法与优化换流控制: 电压不平衡度控制在5%以内; 二倍频分量从15%抑制到1%以内。
2.2控制保护系统方案
1) 方案介绍
柔性直流输电控制保护系统是柔性直流输电系统的大脑, 南瑞继保PCS-9520柔性直流输电控制保护系统采用嵌入式构架, 使用分散、分布式结构, 面向对象开发。全系统所有组件均采用冗余配置, 配合完备的自检功能和毫秒级的自动切换功能, 使系统具备极高的可靠性;精心设计的控制策略能满足各种稳态或暂态性能的要求; 快速而准确的故障检测方法、有效的故障清除策略, 在任何情况下均能保护主设备的安全。
PCS-9520柔性直流输电控制保护系统能够完成对直流输电系统及换流站所有设备的监视、控制和保护的功能。包括如下子系统:
运行人员控制系统
该系统是整个柔性直流控制保护系统的监控平台和数据处理中心, 并负责全站对时、与远方调度中心/集控中心通讯接口等相关功能。系统以南瑞继保最新的PCS-9700为基础开发而成, 采用IEC-61850, 支持混合操作系统及多种通讯规约。
运行人员控制系统主要包括: 运行人员工作站、工程师工作站、站长工作站、系统服务器、文件服务器、SCADA LAN网、站时钟系统、与远方调度中心/集控中心接口系统等。
交流站控制系统
交流控制系统完成换流站内交流场、站用电等交流设备的监视与控制功能。
柔性直流控制保护系统
该系统是换流站控制的核心, 主要功能是通过对换流阀的输出电压相位和幅值进行调节, 实现系统有功功率和无功功率独立解耦输出, 同时实现交流场区保护、变压器保护、阀区保护和直流场区保护功能。控制保护系统可以采用一体化机箱配置, 亦可采用控制和保护分布式配置。
柔性直流控制保护系统主要包括: PCS-9520柔性直流控制保护单元、位于设备场的PCS-9559分布式IO单元以及连接主控单元与IO设备的光纤以太网现场总线, 使用PCS-9882工业以太网交换机设备组网。
2) 方案特点
PCS-9520柔性直流输电控制保护系统为嵌入式、分层分布式系统, 按照面向对象的原则设计, 以完全冗余配置实现高可靠性与高可用率。
本产品具有如下显著特点:
交流故障快速平稳穿越: 电流矢量控制叠加负序电压、电流控制, 抑制故障电流。
多端协调控制: 优化的直流电压无偏差接管策略, 故障站退出后系统仍可保持在额定电压运行。
单双极协调控制: 优化的单双极协调控制策略, 适用于柔直单极拓扑和双极拓扑的各种结构。
并网控制: 优化的并网控制策略, 适应柔性直流输电系统在不同场景的应用, 实现多站同时孤岛联网转换和新能源可靠接入, 提高了柔性直流输电系统的灵活性。
快速的故障检测与保护: 优化的多端直流线路故障定位和判断, 整体配置保护方案, 保证柔直系统稳定运行。
2.3直流测量方案
1) 方案介绍
为了实现柔性直流输电的监视、控制与保护功能, 换流站内配置了专用的直流电流互感器和直流电压互感器, 分别用于采集交、直流场的电流与电压数据。
南瑞继保提供直流输电系统中使用的电子式互感器设备, 具体设备功能与型号如下表所示:
2) 方案特点
型式试验及产品运行表明PCS-9250系列电子式互感器技术先进、性能优良、结构合理, 完全能够满足高压直流输电的应用需求。
其突出特点主要有:
采用自主研制的全对称鼠笼式分流器, 测量精度高(满足0.2级要求), 响应快(阶跃响应上升时间小于100μs)。
采用阻容分压网络隔离技术使多个远端模块的工作互不影响, 较好地解决了其他产品中存在的一个远端模块故障导致其他远端模块不能正常工作的问题。
采用内嵌光纤的复合绝缘子(光纤绝缘子), 绝缘结构简单可靠、体积小、重量轻, 便于运输及安装。
远端模块采用低功耗设计技术, 远端模块的工作电源由激光提供, 供能激光功率可根据远端模块的工况实时调节, 确保器件寿命与稳定运行。
远端模块采用两路独立模拟采样回路, 完成双重化采样, 实时比较、校验两路采样值, 实现采样回路硬件自检功能, 避免采样异常引起保护误动。
合并单元以IEC60044-8标准或TDM总线方式发送数据, 接口符合国际标准, 具有良好的兼容性, 便于系统集成。
具有完善的自监视功能, 便于运行监视及故障维护。
3.主要业绩
2011年7月, 亚洲首条柔性直流输电工程-上海南汇柔性直流输电示范工程: 南瑞继保提供南汇风电场换流站和书柔换流站的全套控制保护系统。
2013年12月, 世界首套多端柔性直流输电工程-南澳柔性直流输电工程: 南瑞继保提供金牛站换流阀(100MW)、阀控系统, 以及塑城、金牛、青澳三站的大部分电子式电压、电流测量设备。
2014年7月, 世界首套五端柔性直流输电工程-舟山柔性直流输电示范工程: 南瑞继保提供定海、岱山、衢山、洋山、泗礁五个换流站的全套控制保护系统, 定海站换流阀(400MW), 岱山站换流阀(300MW), 衢山站换流阀(100MW), 以及五站的大部分电子式电压、电流测量设备。
2015年12月, 世界首套双极柔性直流输电工程-厦门柔性直流输电工程(1000MW)正式试运行: 南瑞继保提供鹭岛换流站和浦园换流站的全套控制保护系统, 及电子式电压、电流测量设备。
“采用真双极接线柔性直流输电工程”厦门投运 破解世界性技术难题
原标题：【解决方案】南瑞继保柔性直流输电解决方案
