一种站间通讯故障时三端混合直流阀组故障退出方法
阅读说明：本技术 一种站间通讯故障时三端混合直流阀组故障退出方法 (Method for quitting fault of three-terminal hybrid direct-current valve bank during inter-station communication fault ) 是由 黄剑湘 杨涛 付天乙 鞠翔 龙磊 刘航 李晓霞 韩建伟 朱旭东 李少森 陈诺 于 2019-11-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及特高压多端混合直流输电故障处理的领域,具体而言,涉及一种站间通讯故障时三端混合直流阀组故障退出方法。整流侧LCC站的一个阀组发生故障极停运后,应确保逆变侧定功率VSC站先极停运,逆变侧定直流电压VSC站最后停运,这样才能确保各站退出时,直流电压能维持稳定,避免直流系统发生振荡,直流系统失去稳定。在三端站间通讯故障下,阀组故障退出时,对应站均采用极停运的方法,可以有效避免故障阀组闭锁后非故障阀组由于过压造成保护再次动作。LCC站的阀组故障,在整流侧极停运后,采用低电流闭锁方法可以确保逆变侧定直流功率VSC站和逆变侧定直流电压VSC站先后平稳闭锁,有效避免VSC站发生失控。(The invention relates to the field of extra-high voltage multi-terminal hybrid direct-current transmission fault processing, in particular to a fault quitting method of a three-terminal hybrid direct-current valve bank during inter-station communication fault. A valves of rectification side LCC station breaks down and extremely shuts down the back, should ensure that contravariant side decides power VSC station extremely shutdown earlier, and contravariant side decides direct current voltage VSC station and stops down at last, just so can ensure that when each station withdraws from, direct current voltage can remain stable, avoids direct current system to take place the oscillation, and direct current system loses stably. Under the communication fault between the three terminals, when the valve group fault exits, the corresponding stations all adopt the extreme shutdown method, so that the protection action again caused by overvoltage on the non-fault valve group after the fault valve group is locked can be effectively avoided. The valve group fault of the LCC station can ensure that the inversion side fixed direct current power VSC station and the inversion side fixed direct current voltage VSC station are stably locked successively by adopting a low current locking method after the rectification side is extremely stopped, and the condition that the VSC station is out of control is effectively avoided.)
技术领域
本发明涉及特高压多端混合直流输电故障处理的领域，具体而言，涉及一种站间通讯故障时三端混合直流阀组故障退出方法。
背景技术
特高压三端混合直流输电技术是新兴的电力技术，世界上现在仅有我国有一个特高压三端混合直流输电工程处于建设中，尚无特高压三端混合直流输电工程投运。
特高压三端混合直流输电工程中，送端站S1站采用基于电网换相换流器LCC-HVDC，受端站S2站和S3站采用基于模块化多电平换流器MMC-HVDC的三端并联运行的混合直流输电系统。
在站间通讯正常时，阀组故障退出时，故障阀组所在的换流站可以将阀组保护退出指令快速传送到另外两站，三站通过顺控以及电压控制器和电流控制器的配合能够快速、安全实现阀组的保护退出。
在站间通讯故障情况下，三端控制保护系统之间无法进行数据交互，原有的直流控制保护功能不能完成三站间阀组协调退出。对于常规LCC特高压三端直流系统，站间通讯故障时一个换流站阀组故障退出时，另外两站在各自电压、电流控制器调节下，将通过直流低电压保护27DC动作各自退出一个阀组。但对于采用LCC和MMC的混合三端直流，在整流侧LCC站一个阀组闭锁后，逆变站定直流电压VSC站仍然可以将直流电压控制到800kV左右，因此在阀组故障时必须主动停运极，才能确保非故障阀组不发生过压。对于VSC站的阀组故障，直流系统呈现的故障特性也不一样，很容易出现直流电压、直流电流的突变和长时间的振荡等异常现象，甚至会导致整个直流系统失去稳定。因此，研究一种通讯故障情况下阀组故障退出方法是特高压三端混合直流控制保护系统的关键技术和难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种站间通讯故障时三端混合直流阀组故障退出方法，其能保证换流器安全退出的同时将对直流运行的影响控制在最小范围，确保直流输电系统安全稳定运行。
本发明的实施例是这样实现的：
一种站间通讯故障时三端混合直流阀组故障退出方法，三端混合直流输电系统包括LCC送端站和两个VSC受端站；两个VSC受端站分别为定直流电压VSC受端站和定直流功率VSC受端站；LCC送端站包括两个串联的LCC换流器阀组；定直流电压VSC受端站和定直流功率VSC受端站均包括两个串联的MMC换流器阀组；其特征是：在三站站间通讯故障情况下有如下三种阀组故障退出情况：
A.当LCC送端站的一个阀组故障退出时：
步骤1：若阀组保护发紧急停运命令，故障阀组立即移相，同时发保护性闭锁指令给本极另一阀组，另一阀组收到本阀组保护性闭锁指令立即移相；故障阀组将阀组紧急停运命令转换为极紧急停运命令，20ms后极停运；
若阀组保护发闭锁脉冲命令，故障阀组立即闭锁，同时发保护性闭锁指令给本极另一阀组，另一阀组收到本阀组保护性闭锁指令立即移相；故障阀组将阀组保护性闭锁触发脉冲命令转换为极紧急停运命令，20ms后极停运；
步骤2：LCC送端站极停运后，定直流功率VSC受端站降低直流端口电压；当定直流电压VSC受端站端口电压大于定直流功率VSC受端站的直流端口电压后，定直流电压VSC受端站向定直流功率VSC受端站返送功率；
步骤3：配置定直流功率VSC受端站和定直流电压VSC受端站的通讯故障时最小直流电压参考值限值限值UREF_MIN，配置定直流电压VSC受端站和定直流功率VSC受端站最大反送功率限值PMAX；
步骤4：设置定直流电压VSC受端站最小电流闭锁逻辑；当定直流功率VSC受端站实际电流＜I_SET，延时T1后由直流低电流闭锁动作停运极，极退出完成；
步骤5：当定直流电压VSC受端站实际电流＜I_SET，延时T2后由直流低电流闭锁动作停运极，极退出完成；
B、当定直流电压VSC受端站的一个阀组故障退出时：
步骤1：故障阀组立即闭锁触发脉冲，同时发控零压指令给本极另一阀组，故障阀组将阀组紧急停运命令转换为极紧急停运命令，20ms后极停运，极退出完成；
步骤2：若定直流功率VSC受端站的阀组未发生故障，直流系统维持在LCC送端站定电流控制；定直流功率VSC受端站继续控制直流功率；
若定直流功率VSC受端站的阀组发生故障；定直流功率VSC受端站闭锁触发脉冲并同时发控零压指令以使本极另一阀组控零压；故障阀组将阀组紧急停运命令转换为极紧急停运命令，20ms后极停运；
步骤3：LCC送端站直流电压升高到电压控制参考值，LCC送端站进入定电压控制并空载运行；
步骤4：LCC送端站直流低电流停运动作，极停运，三站停运；
C、当定直流功率VSC受端站的一个阀组故障退出时：
步骤1：故障阀组立即闭锁触发脉冲，同时发控零压指令给本极另一阀组，故障阀组将阀组紧急停运命令转换为极紧急停运命令，20ms后极停运，极退出完成；
步骤2：若定直流电压VSC受端站的阀组未发生故障，直流系统维持在LCC送端站定电流控制；定直流电压VSC受端站继续控制直流电压；
若定直流电压VSC受端站的阀组发生故障；定直流电压VSC受端站闭锁触发脉冲并同时发控零压指令以使本极另一阀组控零压；故障阀组将阀组紧急停运命令转换为极紧急停运命令，20ms后极停运；
步骤3：LCC送端站直流电压升高到电压控制参考值U_LCC_REF，LCC送端站进入定电压控制并空载运行；
步骤4：LCC送端站直流低电流停运动作，极停运，三站停运。
进一步地，UREF_MIN的设置范围是0.6～0.7p.u.；PMAX的设置范围是0.05～0.06p.u.；I_SET的设置范围是0.05～0.07p.u.；T1的取值范围是120～150s，T2的取值比T1的取值多0.5～1s；U_LCC_REF的取值范围是1.03～1.04p.u.。
进一步地，I_SET为0.07p.u.；T1为120s；T2为120.5s。
进一步地，当两VSC受端站极均停运后，LCC送端站的实际电流值＜I_SET，延时15～20s后由直流低电流闭锁动作停运极，三站极停运完成。
进一步地，所述MMC换流器阀组由半桥子模块和全桥子模块混合而成，全桥子模块和半桥子模块的构成比例不低于50％。
进一步地，每个换流器阀组都配置有旁路开关Q93、旁路隔离刀闸Q3、阳极隔离开关Q2、阴极隔离开关Q1。
进一步地，每个极都配置了极母线隔离开关Q9、高速中性母线开关HSNBS；VSC受端站还配置了高速并联开关HSS。
本发明的有益效果是：
在三端站间通讯故障下，本发明提出特高压三端混合直流串联阀组均在解锁状态下，阀组故障退出时，对应站均采用极停运的方法，可以有效避免故障阀组闭锁后非故障阀组由于过压造成保护再次动作。同时本发明针对特高压三端混合直流的特点，设计了一种直流低电流闭锁方法：对于整流侧LCC送端站的阀组故障，在整流侧极停运后，可以确保逆变侧定直流功率VSC受端站和逆变侧定直流电压VSC受端站先后平稳闭锁，有效避免VSC受端站发生失控；同时对于一VSC受端站阀组故障极停运后，另一VSC受端站也发生阀组故障极停运后的工况，整流侧也可以通过低电流闭锁，避免整流侧LCC送端站长时间空载运行，能保证换流器安全退出的同时减小对整个直流系统的冲击。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为串联双阀组特高压三端混合直流输电系统接线方式示意图；
图2为送端LCC型换流器6脉动换流器电路图；
图3为送端LCC型换流器12脉动换流器详细电路图；
图4为送端LCC型换流器12脉动换流器简化电路图；
图5为受端混合式MMC电路结构图；
图6为受端混合式MMC电路的半桥子模块示意图；
图7为受端混合式MMC电路的全桥子模块示意图；
图8为本发明实施例提供的LCC送端站阀组故障退出的流程图；
图9为本发明实施例提供的定直流电压VSC受端站阀组故障退出的流程图；
图10为本发明实施例提供的定直流功率VSC受端站阀组故障退出的流程图；
图11为本发明实施例提供的VSC受端站直流低电流闭锁逻辑示意图；
图12为本发明实施例提供的LCC送端站直流低电流闭锁逻辑示意图。
图标：1-LCC送端站，11-LCC换流器阀组，2-VSC受端站，21-MMC换流器阀组。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
实施例：
本实施例提供一种站间通讯故障时三端混合直流阀组故障退出方法，三端混合直流输电系统包括一个LCC送端站1和两个VSC受端站2。三端混合直流输电系统的结构示意图如图1所示。LCC送端站1为整流站，VSC受端站2为逆变站。LCC送端站1采用LCC型换流器阀组11，其拓扑结构如图2-图4所示。两个VSC受端站2均采用MMC换流器阀组22；MMC换流器阀组22由半桥子模块(Half Bridge Sub Modular，简称HBSM)和全桥子模块(Full Bridge SubModular,简称FBSM)混合而成，全桥子模块和半桥子模块的构成比例一般不低于50％。其拓扑结构如图5-图7所示。
为了实施串联阀组的投入和退出操作，无论LCC型阀组还是MCC型阀组，每个换流器阀组都配置有旁路开关Q93、旁路隔离刀闸Q3、阳极隔离开关Q2、阴极隔离开关Q1。为了实施极的隔离，每个极都配置了极母线隔离开关Q9、高速中性母线开关HSNBS。为了实施极(或站)的投入和退出，VSC受端站还配置了高速并联开关HSS。
特高压三端混合直流输电工程正常运行时，整流侧LCC送端站控制直流功率/直流电流，逆变侧一个VSC受端站控制直流电压(定直流电压VSC受端站)、逆变侧另一个VSC受端站控制直流功率/直流电流(定功率VSC受端站)，一般由功率容量较大的逆变侧VSC受端站控制直流电压，功率容量较小的逆变侧VSC受端站控制直流功率/直流电流。
LCC送端站包括两个串联的LCC换流器阀组。定直流电压VSC受端站和定直流功率VSC受端站均包括两个串联的MMC换流器阀组。
针对三端混合直流输电系统一极串联阀组均在运行时，三站站间通讯故障时的阀组故障退出，本发明的技术方案内容如下：
三站站间通讯故障时，各站均无法获取故障后对站各阀组的运行状态及控制保护动作指令等信号，各站直流电压控制器、直流电流控制器均将按照故障前的电压、电流指令进行调节。当整流侧LCC送端站的一个阀组发生故障后，若只闭锁故障阀组，由于逆变侧定直流电压VSC受端站仍将直流电压控制在800kV，则整流侧LCC送端站的非故障阀组将立即过压，由直流过压保护动作闭锁，停运极。当逆变侧定直流功率VSC受端站一个阀组发生故障后，若只闭锁故障阀组，由于逆变侧定直流电压VSC受端站仍将直流电压控制在800kV，则逆变侧定功率VSC受端站非故障阀组将立即过压、过流，直流过压、过流保护等保护将动作，停运极。当逆变侧定直流电压VSC受端站一个阀组发生故障后，若只闭锁故障阀组，由于逆变侧定直流功率VSC受端站为了维持直流功率其会将直流电压控制在800kV左右，则逆变侧定直流电压VSC受端站非故障阀组将立即过压、过流，直流过压、过流保护等保护将动作，停运极。本发明提出，在三站站间通讯故障情况下，极串联阀组均在运行发生阀组故障时，故障阀组保护动作应转为极停运指令，联跳另一阀组，并将极隔离，拉开中性母线隔离开关、分HSNBS，VSC受端站还应分开HSS，这样才能确保阀组故障退出时，设备不因过压、过流而损坏。
当整流侧LCC送端站的一个阀组发生故障时，阀组退出方法如图8所示。当整流侧LCC送端站的一个阀组发生故障，极闭锁后，若逆变侧定直流电压VSC受端站先于定直流功率VSC受端站极闭锁，则逆变侧定功率VSC受端站将无法维持直流电压稳定，直流电压将出现较大的波动，最终可能导致系统发生振荡，使直流系统失去稳定。本发明提出，在三站站间通讯故障情况下，整流侧LCC送端站的一个阀组发生故障，极闭锁后，应确保逆变侧定功率VSC受端站先极闭锁，逆变侧定直流电压VSC受端站最后闭锁，这样才能确保各站退出时，直流电压能维持稳定，避免直流系统发生振荡，直流系统失去稳定。
当LCC送端站的一个阀组故障退出时：若阀组保护发紧急停运命令，故障阀组立即移相，同时发保护性闭锁指令给本极另一阀组，另一阀组收到本阀组保护性闭锁指令立即移相；故障阀组将阀组紧急停运命令转换为极紧急停运命令，20ms后极停运。
若阀组保护发闭锁脉冲命令，故障阀组立即闭锁，同时发保护性闭锁指令给本极另一阀组，另一阀组收到本阀组保护性闭锁指令立即移相；故障阀组将阀组保护性闭锁触发脉冲命令转换为极紧急停运命令，20ms后极停运。
逆变侧定直流电压VSC受端站在整流侧LCC送端站极停运后，由于直流电流降低，直流线路压降降低，其直流电压参考值UD_REF_VARC增大，短时间内将升高直流电压；逆变侧定直流功率VSC受端站为了维持直流电流，降低其直流端口电压。当逆变侧定直流电压VSC受端站端口电压大于定直流功率VSC受端站的直流端口电压后，将向定直流功率VSC受端站进行功率反送，此时其电流方向将反向，其电流值Is3＜0，定直流功率VSC受端站电流值为Is2，且Is2、Is3两者的绝对值相等。若不设置逆变侧定直流电压VSC受端站最大反送功率限值PMAX，则反送的功率有可能达到故障前的定直流功率VSC站的功率值，将影响整个电力系统的潮流方向，甚至引起逆变侧定直流电压VSC站的频率波动。本发明提出，在三站站间通讯故障情况下，整流侧LCC站的一个阀组发生故障，极闭锁后，应限制逆变侧定直流电压VSC站最大反送功率限值PMAX，并在短时间内通过直流低电流将逆变侧定直流功率VSC站、定直流电压VSC站先后闭锁。
具体实现方式为：在两VSC站配置通讯故障是最小直流电压参考值限值UREF_MIN(一般取0.6～0.7p.u.),在逆变侧定直流电压VSC站设置最大反送功率限值PMAX(一般取0.06p.u.)；同时设置定直流电压VSC站最小电流闭锁逻辑，当VSC站的实际电流值小于I_SET(一般取0.07p.u.，该标幺值为定直流电压站的额定电流)一段时间后闭锁极。当逆变侧定直流功率VSC站实际电流Is2＜I_SET，延时T1(一般取120s)由直流低电流闭锁动作停运极，极退出完成。当逆变侧定直流电压VSC站实际电流Is3＜I_SET，延时T2(一般取120.5s)由直流低电流闭锁动作停运极，极退出完成。
如图11所示为本发明实施例提供的VSC受端站直流低电流闭锁逻辑示意图。STATCOM_MOD为静止无功补偿模式，OPEN_LINE_TEST为空载加压测试模式，DEBLOCK_IND指极处于解锁状态，ACTIVE指极控系统控制主机为主系统，INVERTER指逆变侧受端柔直VSC站，TWO_VSC_MODE指两个纯柔直VSC站运行模式，IDCN_100指各换流站实际直流电流值，TCOM_OK指三端站间通讯均正常。
当逆变侧定直流功率VSC站和定直流电压VSC站相继发生阀组故障时，阀组退出方法如图9和图10所示。当逆变侧定直流功率VSC站和定直流电压VSC站相继发生阀组故障，两VSC站极先后停运后，整流侧LCC送端站直流电压将被不断升高。随着直流电压升高到电压控制参考值U_LCC_REF(U_LCC_REF的取值范围是1.03～1.04p.u.)，整流侧LCC送端站进入定电压控制，若不设置整流侧LCC送端站直流低电流闭锁逻辑，最终直流系统将维持在整流侧LCC送端站定电压控制，整流侧运行在空载状态。本发明提出，在三站站间通讯故障情况下，整流侧LCC站配置直流低电流闭锁逻辑，当VSC受端站极均停运后，LCC送端站的实际电流值Is1＜I_SET(一般取0.07p.u.)，延时T3(一般取15s)由直流低电流闭锁动作停运极，极退出完成。
如图12为本发明实施例提供的LCC送端站直流低电流闭锁逻辑示意图。图中OPEN_LINE_TEST为空载加压测试模式，DEBLOCK_IND指极处于解锁状态，ACTIVE指极控系统控制主机为主系统，IDCN_100指各换流站实际直流电流值，TCOM_OK指三端站间通讯均正常。
本发明的有益效果是：
在三端站间通讯故障下，本发明提出特高压三端混合直流串联阀组均在解锁状态下，阀组故障退出时，对应站均采用极停运的方法，可以有效避免故障阀组闭锁后非故障阀组由于过压造成保护再次动作。同时本发明针对特高压三端混合直流的特点，设计了一种直流低电流闭锁方法：对于整流侧LCC送端站的阀组故障，在整流侧极停运后，可以确保逆变侧定直流功率VSC受端站和逆变侧定直流电压VSC受端站先后平稳闭锁，有效避免VSC受端站发生失控；同时对于一VSC受端站阀组故障极停运后，另一VSC受端站也发生阀组故障极停运后的工况，整流侧也可以通过低电流闭锁，避免整流侧LCC送端站长时间空载运行，能保证换流器安全退出的同时减小对整个直流系统的冲击。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。