袁也，胡果莉，姚言超
南方电网超高压输电公司广州局，广东 广州 510000
摘 要：±800kV云广特高压直流系统的换流变分接开关控制是调节换流器平稳运行极其关键的阀组控制功能，组控程序中的分接开关控制功能单独作用于本阀组，并通过升高或降低阀组6台换流变分接头档位，以调节换流变阀侧相电压和维持阀组的触发角均在一定范围内，从而保护换流器平稳正常运行。
关键词：特高压直流；分接开关；定电压控制；定电流控制；触发角
中图分类号：TM721.1
0 引言
±800kV云广双回特高压直流输电系统是南方电网“十一五”西电东送的重要输电通道。自2008年以来，云广特高压直流工程一回（楚穗直流）、二回（普侨直流）先后投产，系统主要参数一致，额定直流电压±800kV，额定直流电流3125A，额定双极输送功率5000MW，投运后对南方电网的安全稳定运行起到举足轻重的作用[1]。本文结合西门子TDC软件逻辑和实际运行数据，分析归纳云广特高压换流变分接开关的定电压和定角度控制原理，有利于理解特高压直流系统的电压、电流、触发角及分接开关档位之间的互相关系。
1 换流变分接开关档位监视
云广特高压直流换流变分接开关档位从-6到18档总共有25个档位，电压调整区间为[-7.50，+22.50]，分接开关档位每一档对应的u [%]为1.25%，其中星接换流变阀侧相电压为162.8/KV，角接阀侧相电压为165.59kV，故分接开关每档调节为1.175kV。西门子TDC软件中十六进制编码的（BCD码1到25）分接开关位置从每个分接开关转换成十进制格式（-6到18），程序中换流变分接开关在最小位置（-6），则会闭锁分接开关降低逻辑；在最大位置（-8），则会闭锁分接开关升高逻辑。若同一阀组6台换流变分接开关有任意2台在档位调整完成后不相等即判定为失步，发失步监视故障录波并闭锁换流变分接开关升降档功能模块。
分接开关在运行时的操作只有“提高”或“降低”两种动作方式。分接开关降低或者升高档位的动作过程即分接开关的运行时间。监视运行的分接开关正在动作过程中可以让系统对分接开关档位的判断更准确。
常见的分接开关故障监视信号如下：
（1）9S内无回检信号；
（2）超过最大位置；
（3）低于最小位置；
（4）运行失败（分接开关动作失败）；
（5）BCD解码错误；
（6）外部故障（通过DFU400送达）
同阀组任意分接开关动作均不会激活运行监视，也就是监视分接开关时间不会进行累积。对于单分接开关动作失败判断逻辑如图1所示。如升档监视在15S内，系统判断在原来的档位顺利增加1档，则档位动作失败出口为0，否则为1；同样降档监视亦为在15S内顺利完成降档。分接开关运行故障置位可以在分接开关自动模式下重置或分接开关手动模式下启动手动降低或提高命令。
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单台换流变分接开关的ready状态条件：
（1）无硬件故障（通过DFU400）；
（2）分接开关不在就地控制；
（3）分接开关不在动作过程中；
（4）分接开关不显示为无效位置（不大于最大位置，小于最小位置）；
（5）在监控运行时间内有效；
（6）无电源故障（无交流电机电源和控制电源故障）（通过DFU400送达）
阀组换流变ready状态要求同阀组6台换流变均满足ready状态条件，如图2。
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2 换流变分接开关控制功能
2.1 分接开关定电压（Uido）控制功能
分接开关定电压模式是控制换流变阀侧相电压Udio。当Uido的实际计算值和参考值之差满足一定范围，则无档位升降的需求。当大于或小于限定值时，延时5S后通过升降档位以维持Uido在一定范围。所谓定Uido并不是单纯的是维持阀侧交流电压为某一定值，而是通过改变换流变分接开关档位使得换流变阀侧交流相电压维持在整定范围内，这就是定Uido控制模式。
其中Udio的计算式如下：
Udi0 = r x [Uprim/((DelUac at max Tap Pos.) - n x (Tap Size in %))]
n: Tap Changer position
r: Usek/Uprim
当Udio（实际电压标幺值）1.0125时，启动Inhibit Lower禁止降挡，当Udio（实际电压标幺值）1.025时，启动Back Up Raise执行后备升档，以维持交流侧电压在一定范围，实际运行过程如图3所示。（档位和阀侧电压成反相关，Udio计算式可知）
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此外，在降压模式和低负荷无功优化的情况下分接开关将自动调节到最高档位18档（即最低的二次侧阀侧交流电压）由定Udio控制功能在阀组解锁前实现。
2.2 分接开关定角度（或）控制功能
定角度控制模式是以维持阀组的触发角和熄弧角在一定范围内的分接开关自动控制模式。为确保特高压直流系统正常换流不发生换相失败等异常，整流站保持触发角在12.5°至17.5°范围，逆变站保持熄弧角在17.5°至21.5°范围。
从直流输电原理可以知道直流线路电压Ud、换流变阀侧相电压U1、触发角，熄弧角，直流线路电流Id有如下关系[2]：
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在正常运行方式下，直流系统为定电压模式，即维持单直流线路电压Ud恒定。当分接开关提高档位n时，由于网侧电压基本保持不变，从而使得阀侧电压U1减少，由（1-1）得知相应的应当减少，才能维持Ud恒定，故在直流定电压模式下换流变分接头开关档位升高将会导致触发角或熄弧角降低；反之，当换流变分接头开关档位降低将会导致触发角或熄弧角升高。
当整流站触发角大于17.5°时，阀组分接开关将提高档位，从而降低触发角；当整流站触发角小于12.5°时，阀组分接开关将降低档位，从而提高触发角。
当逆变站熄弧角大于21.5°时，阀组分接开关将提高档位，从而降低熄弧角；当逆变站熄弧角小于17.5°时，阀组分接开关将降低档位，从而提高熄弧角。
此外，当阀组在解锁状态且在降压控制模式下，为了获得比较低的电压参考值，换流变分接开关将上升到最高档位18档，同时适当增加触发角或熄弧角（通常会大于21.5 °），从而满足降压运行。这也是定角度模式的在降压运行方式下的一个特殊控制模式。
2.3 分接开关控制模式之间的相互关系
对整流侧而言，当阀组交流侧电压增大量达到2.25%时，整流侧阀组直流电压也将相应地增大（）,从而导致直流电流Id也将增大。这种情况将会使得直流电流控制器（维持电流在一定范围）调整触发角增大（由（1-1）知），触发角的增大是为了降低直流电压维持功率变化；触发角的增大将会使分接开关升高档位以减少阀侧电压。对逆变侧而言，若交流侧电压减少量达到2.25%时，逆变侧阀组直流电压减少，从而使得直流电压控制器（维持电压在一定范围）调整熄弧角减少（由（1-2）知）。
综上，特高压直流系统线路定电压（保持直流线路电压Ud在一定范围）模式下，当交流侧电压的升高或降低引起的直流侧电压升高或降低时，优先通过触发角或熄弧角的升高降低（快速响应且更加精细）减少直流电压变化趋势，当无法满足换流变分接开关的定角度控制参考范围的时候，再通过分接开关降档或升档来维持直流电压Ud在一定范围同时维持阀组的触发角和熄弧角在一定范围内。换流变分接开关的定角度控制模式还是定电压控制模都是通过调节分接开关档位实现，逻辑简图如图3：
图3 定电压模式和定角度模式控制逻辑简图
3 分接开关自动/手动控制选择逻辑
如图4所示，模式选择逻辑功能检测分接开关模式的状态，创建和接受分接开关控制模式改变的相关命令，并对命令的正确性进行检测。分接开关手动/自动控制模式有允许位的条件：
（1）在自动/手动控制模式下；
（2）无分接开关失步故障显示；
（3）分接开关无运行故障；
（4）阀组所有分接开关都ready状态；
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其中RSR模块的作用为只有分接开关控制模式在自动模式时，手动控制选择命令才能有效；分接开关控制模式在手动模式时，自动控制模式才能生效。
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分接开关手动模式下升档/降档指令存在允许位的条件：
（1）该阀组所有分接开关满足ready for operation条件，且分接开关在手动控制模式。
（2）无分接开关失步故障；
（3）无分接开关运行监督时间激活；
（4）分接开关档位不在最大/最低
手动设置初始档位的条件是阀组不能在闭锁及解锁状态。阀组解锁或闭锁状态时，换流变分接开关为自动控制模式，即定电压或定角度控制模式，若其中某一控制模式被选定则自动禁止其它控制模式功能。
4 结语
云广特高压直流工程分接开关控制功能逻辑是特高压工程的核心技术。本文根据实际工程应用的TDC软件和运行实际情况，基于直流输电原理，深入分析分接开关定角度控制功能和定电压控制的原理，同时分接开关的定电压（Uido）模式区别于直流线路的定电压（Ud)模式。由于调整触发角和熄弧角的瞬时性，相对于分接开关调整更加快速且精细，因此调整触发角和熄弧角的优先级大于分接开关档位调节。先通过触发角或熄弧角的升高降低减少直流电压变化趋势，当无法满足换流变分接开关的定角度控制参考范围的时候，再通过分接开关降档或升档来维持直流电压在一定范围同时维持阀组的触发角和熄弧角在正常运行范围内。
参考文献
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ZHAO Wan-jun.HVDC Transmission
Engineering Technology[M]. Beijing: China Electric Power Press, 2004.
[3]云广工程直流极控系统设计规范书，ED4 341 CS-C[Z]. 2007.
Yunnan-Guangdong Line ±800 kV DC Transmission Project C/P Design Specification, ED4 341 CS-C[Z]. 2007.
[4]中国南方电网超高压输电公司. ±800kV云广特高压直流输电系统穗东换流站运行规程（第三版）[M]. 广州: 超高压输电公司广州局, 2015
[5]中国南方电网超高压输电公司. ±800kV普侨特高压直流输电系统侨乡换流站运行规程（第四版）[M]. 广州: 超高压输电公司广州局, 2018
作者简介:袁也(1988—),工程硕士，研究方向为特高压运行维护技术及特高压控制保护软件逻辑;
胡果莉(1988—),工程硕士,研究方向为电气工程及其自动化，高压试验技术。
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