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根據直流穩壓電源工程特點和需求，本文從直流穩壓電源功率控制模式、直流穩壓電源功率自動控制、接地極電流限制等方面進行了詳細的研究，提出了單極直流穩壓電源功率控制模式、單極直流穩壓電源功率自動控制、接地極電流限制等功能的控制策略和實現原理。相關控制策略已通過直流穩壓電源控制仿真系統實現和驗證，并在直流穩壓電源工程中進行應用。

永仁-富寧直流穩壓電源工程（直流穩壓電源工程）是云南省觀音巖水電站送出工程，直流穩壓電源額定輸電容量3000MW，額定電壓為±500kV，起點位于云南省楚雄州永仁換流站，受端位于云南省文山州富寧換流站。工程已于2014年8月開工建設，計劃于2016年6月底建成投運。

直流穩壓電源工程與常規±500kV直流穩壓電源工程的主要不同在于富寧換流站需要考慮三種運行方式：直流穩壓電源功率“全送廣西”、直流穩壓電源功率“全送云南”、直流穩壓電源功率“極1送廣西，極2送云南”，三種運行方式通過富寧換流站交流場不同接線方式實現[1]。

直流穩壓電源功率“全送廣西”或“全送云南”運行方式采用的控制策略與常規±500kV直流穩壓電源工程的控制策略基本一致[2-4]。但直流穩壓電源功率“極1送廣西，極2送云南”這一特殊運行方式，為直流穩壓電源控制系統提出了新的挑戰和更高的控制要求。為適應并滿足工程需求，本文從直流穩壓電源功率傳輸控制模式、直流穩壓電源功率自動控制、接地極電流限制等方面進行了詳細的研究，提出了新的設計理念和實現原理。相關控制策略已通過直流穩壓電源控制仿真系統實現和驗證，并在直流穩壓電源工程中進行應用。

1  單極直流穩壓電源功率控制模式

1.1  單極直流穩壓電源功率控制模式的應用

以往直流穩壓電源輸電工程常用的直流穩壓電源功率傳輸控制模式有兩種：雙極直流穩壓電源功率控制和單極電流控制[5-8]。雙極直流穩壓電源功率控制是直流穩壓電源系統的主要控制模式，在單極或雙極運行時保證整流站輸送的直流穩壓電源功率等于運行人員設定的直流穩壓電源功率整定值。單極電流控制在每個極單獨實現，在單極或雙極運行時保證本極直流穩壓電源線路中流過的直流穩壓電源電流等于運行人員設定的直流穩壓電源電流整定值。

針對直流穩壓電源工程直流穩壓電源功率分送運行方式，雖然也可選擇雙極直流穩壓電源功率控制和單極電流控制，但無法實現雙極運行時雙極直流穩壓電源功率控制模式下兩極輸送不同的直流穩壓電源功率。根據直流穩壓電源工程特點和運行需求，分送運行方式下應用單極直流穩壓電源功率控制模式顯得尤為重要，可實現單極或雙極運行時兩個極能夠獨立控制本極輸送的直流穩壓電源功率。故直流穩壓電源控制系統需增加單極直流穩壓電源功率控制模式，實現并滿足工程需求。

1.2  單極直流穩壓電源功率控制模式的實現

單極直流穩壓電源功率控制模式需要在每個極單獨實現，直流穩壓電源控制系統需根據運行人員設定的單極直流穩壓電源功率整定值和單極直流穩壓電源功率升降速率整定值，調節該極輸送的直流穩壓電源功率到整定值。

單極直流穩壓電源功率控制模式是在單極電流控制模式的基礎上實現的，具體實現過程如下：1）根據運行人員設定的單極直流穩壓電源功率整定值除以本極實時直流穩壓電源電壓，得到本極電流參考值；2）根據運行人員設定的單極直流穩壓電源功率升降速率整定值除以本極實時直流穩壓電源電壓，得到本極電流升降速率參考值；3）根據計算出來的本極電流參考值和電流升降速率參考值，按照單極電流控制模式調節到設定的單極直流穩壓電源功率整定值。

單極直流穩壓電源功率控制模式實現原理如圖1所示。

圖1 單極直流穩壓電源功率控制模式實現原理

由圖1可以看出：在單極直流穩壓電源功率控制模式下，直流穩壓電源控制系統是將運行人員設定的單極直流穩壓電源功率整定值和單極直流穩壓電源功率升降速率整定值轉化為電流整定值和電流升降速率整定值，控制器按照電流控制的方式來實現直流穩壓電源功率的傳輸。

通過增加單極直流穩壓電源功率控制模式，在直流穩壓電源功率分送運行方式下，每極輸送的直流穩壓電源功率可實現獨立控制，保持在按極設置的單極直流穩壓電源功率整定值，兩極互不影響。

1.3  不同運行方式下控制模式選擇

單極直流穩壓電源功率控制模式的實現，使得直流穩壓電源系統可以選擇更多的控制模式或組合。針對直流穩壓電源工程三種運行方式，單極或雙極運行時，可以選擇不同的控制模式或組合，如下表1所示。

表1 直流穩壓電源功率不同運行方式控制模式組合

直流功率輸送	極	雙極功率	單極功率	單極電流
方式		控制w	控制P	控制P
全送廣西P	極1	對	對	對
	極2	對	對	對
全送7T南	極1	對	對	對
	極2	對	對	對
極1送廣西	極1	錯	對	對
極2送云南	極2	錯	對

由表1可以看出：富寧站全送廣西或全送云南運行方式下，單極或雙極運行時，每一極都有三種控制模式可以選擇。當選擇雙極直流穩壓電源功率控制或單極直流穩壓電源功率控制時，直流穩壓電源控制系統保證整流站雙極或單極的直流穩壓電源功率為設定的直流穩壓電源功率值；當選擇單極電流控制時，直流穩壓電源控制系統保證本極直流穩壓電源線路中流過的直流穩壓電源電流為設定的電流值。

富寧站兩極分送運行方式下，為保證兩極的獨立性，單極或雙極運行時，每一極只有兩種控制模式可選擇，即單極直流穩壓電源功率控制或單極電流控制。當選擇單極直流穩壓電源功率控制時，直流穩壓電源控制系統保證本極整流站的直流穩壓電源功率為設定的直流穩壓電源功率值；當選擇單極電流控制時，直流穩壓電源控制系統保證本極直流穩壓電源線路中流過的直流穩壓電源電流為設定的電流值。

1.4  單極直流穩壓電源功率控制模式切換驗證

通過直流穩壓電源工程仿真系統，運行人員可以在運行人員工作站（Operator Work Station，OWS）進行不同控制模式之間的切換。如圖2所示，控制模式具有雙極直流穩壓電源功率控制、單極直流穩壓電源功率控制和單極電流控制三種，極1和極2控制模式相互獨立，互不影響。

由圖2可知，極1和極2均處于雙極直流穩壓電源功率控制模式，此時極1和極2均具備切換到單極直流穩壓電源功率控制或單極電流控制允許；當極1控制模式為單極直流穩壓電源功率控制時，具備切換到雙極直流穩壓電源功率控制或單極電流控制允許；當極1控制模式為單極電流控制時，具備切換到雙極直流穩壓電源功率控制或單極直流穩壓電源功率控制允許；極2相同。由此可知每一極只允許一種控制模式存在，其他兩種控制模式均為備用控制模式，方便運行人員根據不同的運行工況進行切換。

圖2 單極直流穩壓電源功率自動控制功能實現原理

2  單極直流穩壓電源功率自動控制功能

2.1  單極直流穩壓電源功率自動控制功能的提出

以往直流穩壓電源輸電工程設置有雙極直流穩壓電源功率自動控制功能[9-10]，即雙極均為雙極直流穩壓電源功率控制模式，至少單極解鎖運行，允許切換到雙極直流穩壓電源功率自動控制功能，雙極直流穩壓電源功率按照運行人員提前設置好的雙極直流穩壓電源功率曲線運行。

針對直流穩壓電源工程直流穩壓電源功率分送運行方式，為滿足運行需求，需要實現單極直流穩壓電源功率自動控制功能，即分送運行方式下單極直流穩壓電源功率也可按照運行人員提前設置好的單極直流穩壓電源功率曲線運行。

2.2  單極直流穩壓電源功率自動控制功能的實現

單極直流穩壓電源功率自動控制功能需要在每個極單獨實現，直流穩壓電源控制系統需根據運行人員提前設置好的單極直流穩壓電源功率運行曲線調節該極輸送的直流穩壓電源功率到整定值。

單極直流穩壓電源功率自動控制功能默認情況下應處于退出狀態，即選擇運行人員手動設置的單極直流穩壓電源功率整定值和單極直流穩壓電源功率升降速率整定值。單極直流穩壓電源功率自動控制功能的投入需根據運行的需求和調度的安排，并且需提前編制好單極直流穩壓電源功率運行曲線，該曲線可以定義多個直流穩壓電源功率-時間數值點，直流穩壓電源控制系統根據該曲線自動調節直流穩壓電源傳輸直流穩壓電源功率。

單極直流穩壓電源功率自動控制功能的投入需滿足以下條件：1）直流穩壓電源控制系統處于系統控制層；2）分送運行方式下，選擇單極直流穩壓電源功率控制的極；3）極處于解鎖運行狀態；4）有效控制位置為主控站的運行人員工作站。

單極直流穩壓電源功率自動控制功能實現原理如圖3所示。

圖3 單極直流穩壓電源功率自動控制功能實現原理

由圖3可以看出：單極直流穩壓電源功率自動控制運行時，將閉鎖運行人員手動設定的直流穩壓電源功率整定值和直流穩壓電源功率升降速率整定值，選擇運行人員提前設定的自動直流穩壓電源功率曲線自動下發的整定值。

在單極直流穩壓電源功率自動控制模式運行下，為保證直流穩壓電源輸電系統正常運行，自動控制功能在以下情況下將自動退出：1）直流穩壓電源控制系統從系統控制層切換為站控層；2）分送運行方式下，單極直流穩壓電源功率控制模式切換為單極電流控制模式；3）極解鎖狀態消失；4）主/從控站切換；5）主控站系統功能控制位置（運行人員或遠方調度）發生變化；6）引起參考值發生變化的外部條件，如直流穩壓電源功率提升/回降、保護啟動降電流等。

通過增加單極直流穩壓電源功率自動控制功能，在直流穩壓電源功率分送運行方式下，每極輸送的直流穩壓電源功率可實現自動調節能力，提高了運行的靈活性和高效性。

3  接地極電流限制功能

3.1  接地極電流限制功能的提出

直流穩壓電源工程直流穩壓電源功率分送運行方式時，當雙極不平衡運行，或雙極平衡運行時一極因某種原因發生直流穩壓電源功率變化，勢必會引起接地極電流增大，接地極電流過大會影響到直流穩壓電源系統長期安全穩定運行[11-12]。

為保證直流穩壓電源系統能夠長期有效且安全可靠運行，需將接地極電流限制在合理的范圍之內。根據工程特點和需求，直流穩壓電源控制系統需增加接地極電流限制功能，當檢測到接地極電流超過有效范圍時，通過減小流過接地極電流大的極的直流穩壓電源電流，將接地極電流控制在合理范圍內。

3.2  接地極電流限制功能的實現

考慮到工程具有多種運行方式，接地極電流限制功能設置有投退功能，當處于不同運行方式下，運行人員可自由投退此功能，增加其應用的靈活性。

接地極電流限制功能投入前，運行人員需根據調度要求通過工作站設置接地極電流限制值和電流升降速率。直流穩壓電源控制系統實時檢測極1直流穩壓電源電流、極2直流穩壓電源電流和接地極電流，在接地極電流限制功能投入狀態下，需滿足以下條件此功能才可啟動：1）接地極電流大于限制值；2）極1直流穩壓電源電流大于極2直流穩壓電源電流時，啟動極1接地極限制功能；反之，啟動極2接地極限制功能。

接地極電流限制功能實現原理如圖4所示。

圖4 接地極電流限制功能實現原理

由圖4可以看出：接地極電流限制功能啟動時，斜坡發生器將本極當前的電流參考值按照運行人員設定的電流升降速率產生電流限制值，直流穩壓電源控制系統將電流限制值與本極的電流參考值取小后直接用于閉環控制器，限制本極實際直流穩壓電源電流。

當接地極電流低于設定的限制值后，斜坡發生器保持當前輸出的電流限制值，待本極實時計算的電流容量刷新本極直流穩壓電源電流參考值，直流穩壓電源系統將本極直流穩壓電源電流保持在電流限制值后，斜坡發生器恢復到啟動前直流穩壓電源電流不受限狀態。

通過減小流過接地極電流大的極的直流穩壓電源電流，有效地將接地極電流限制在合理的范圍之內，保證直流穩壓電源系統長期有效且安全可靠運行。

4  結論

本文根據直流穩壓電源工程的特點和需求，直流穩壓電源控制系統為適應和滿足多種直流穩壓電源功率輸送方式，需增加新的控制策略。本文針對直流穩壓電源功率分送運行方式，在直流穩壓電源功率傳輸控制模式方面應用了單極直流穩壓電源功率控制模式，實現了每極可獨立控制本極輸送的直流穩壓電源功率，兩極互不影響，提高運行的穩定性和可控性。

在此基礎上，提出了單極直流穩壓電源功率自動控制功能，實現了每極可自動調節本極輸送的直流穩壓電源功率，提高運行的靈活性和高效性；鑒于直流穩壓電源功率分送運行方式下雙極不平衡運行時，存在接地極電流過大的運行風險，提出并實現了接地極電流限制功能，保證直流穩壓電源系統能夠長期有效且安全可靠運行。相關控制策略已在直流穩壓電源控制仿真系統上得到實現和驗證，并在直流穩壓電源工程中得到應用。