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Double 12-pulse Converter Deblocking Process Fire Angle Difference Analysis
Mao wen-jun
（Kunming Bureau， CSG EHV Transmission Company， Kunming， Yunnan 650217， China）
Abstract： In YunGuang DC Transmission Project and NuoZhaDu DC Transmission Project，when deblocking Double 12-pulse Converter， Fire Angle difference couse F5 arretser Surge current situation alloways exist 。And zhe manufacturer couldn’t solve this problem. This paper will talking about how zhe difference emerged，Identified that Ud-Balance Function effect zhe fire angle difference most and bring up a control logic promption of Ud-balance Function .
Key words： Double 12-pulse； Deblock； F5 Arrester；Fire Angle Difference；Ud-Balance。
摘要： 从楚穗直流到普侨直流工程，双十二脉动换流阀在解锁过程由于触发角差异导致低端阀厅F5避雷器动作问题一直存在，且未找到产生原因。本文将针对触发角差异产生的原因进行分析，找出触发角产生大的差异原因在于双极电压平衡控制Ud-Balance功能启动造成的，并对Ud-Balance的控制逻辑优化提出参考建议。
关键词：双十二脉动；解锁；F5避雷器；触发角差异；电压平衡控制。
±800kV云广特高压输电工程是西电东送云南地区电力外送的主要通道，输电容量为5000MW，采用双十二脉动阀组串联接线方式，正常运行时每个阀组分别承担400kV电压，串联构成800kV。从工程现场调试到投产运行，每次解锁同极双阀组时，低端阀厅的F5避雷器都会动作，并且两个阀组的触发角在解锁过程中有较大差异。文献[1]、[2]、[3]指出，当本极的高低端两个阀组的触发角差异过大时，会导致F5避雷器安装位置产生较大的24次谐波电压，而400kV母线的等效对地电容和直流滤波器、平波电抗器组成的回路对24次谐波产生串联谐振，将此电压放大，最终会导致F5避雷器动作。因而有必要对解锁过程中触发角产生差异的原因进行分析。
双十二脉动串联接线时两个阀组的控制系统从物理和电气上是完全分开的以及换流变、阀厅设备制造上的差异，正常运行时两个阀组的电压不会平均分配。为了使正常运行时两个阀组承担相同的电压，保证两个阀组的运行状态一致，在极控系统中增加了电压平衡控制功能。
双十二脉动换流阀解锁过程中低端阀厅F5避雷器动作现象从云广工程到糯扎渡直流输电工程一直存在，且每次解锁时都会发生。通过对比两个阀组解锁时的录波发现，在解锁过程中高低端阀组控制主系统输出的触发角存在差异，最大的触发角差值达到17°。
双十二脉动低端阀厅的F5避雷器安装位置如图1所示，安装位置在低端阀厅两个6脉动换流器的中间位置，一端接地，主要功能为防止中点位置过电压损坏阀厅设备。
经楚穗直流12 15事件后，低端阀厅的F5避雷器在设计时已经将其额定电压升高，但是在普侨直流双阀组解锁过程中F5避雷器仍动作。
1、解锁时触发角变化过程分析
双十二脉动换流阀解锁命令由后台HMI下发后经过LAN网传给极控，极控经过处理后同时将解锁命令下发给高低端阀组控制系统，使能VBE触发脉冲输出。输出的触发角大小就不在受解锁逻辑限制，而是由PI调节器决定。此时触发角将从90°快速减小以使直流系统快速建立电压、电流。
通过分析在整流侧的解锁波形发现，解锁过程中两个阀组的触发脉冲使能FP_Enable信号在同一时刻使能；收到极控送来的的电流参考值命令相等；并且PI调节器输入误差一直为电流误差。在解锁后触发角90°减小至50°时两个阀组的触发角一直相等，移到50°时，触发角开始出现差异，高端阀组的触发角大于低端阀组的触发角。
3、解锁过程中触发角差异原因查找
3.1组控电流误差控制回路梳理
图3-1是阀组控制系统的逻辑原理图，由于在解锁过程中PI调节器的输入误差一直是电流误差，故在此不分析其他控制方式的处理过程。图中Idref为电流参考值命令，由极控通过控制总线同时下发给高低端阀组的组控系统； Id为直流高压母线上反馈回来的直流电流；I_UdBal为极控电压平衡控制逻辑Ud-balance功能输出的电流调节量，也是由极控经过控制总线同时传给高低端阀组的组控系统。
由于两个阀组控制系统收到的Idref相同，反馈回来的Id从同一个CT取值也相同，在组控中唯一能够改变PI调节器输入误差的因素就在I_UdBal调节量。
3.2 电压平衡控制Ud-balance功能描述
电壓平衡控制功能在极控中实现，其功能图如下图3-2所示，阀组电压协调控制属于特高压直流输电系统的一个关键控制技术，属于电流控制的一部分，它采集一个极的两个串联阀组的出口电压，根据两个串联阀组的出口电压差对电流参考值进行修正，从而保持两个串联阀组运行电压差一致。
功能启动必须满足一下条件：1）本极双阀组均在解锁状态；2）整流侧；3）本极当前运行方式不在OLT配置；4）高压母线电流大于0.05pu（165A）。
因而电压平衡控制功能在解锁开始一段时间内不启动，必须在解锁后高压母线电流大于165A后才启动，调节两个阀组的出口压差，最大输出为0.1pu。
在解锁过程中当UdH-UdM大于UdM-UdN时，P调节器的输出为正，此输出送给高端阀组组控，使高端组控的电流参考值减小，以减慢高端阀组PI调节器输出角度向正常触发角移动的速度，从而减慢高端阀组出口电压的上升速度；送给低端组，使低端组控的电流参考值增大，以加快低端阀组PI调节器输出角度向正常触发角移动的速度，增大低端阀组出口电压的上升速率，调节的结果使得两个阀组的压差基本保持一致。
同时由于电压平衡控制功能启动后两个阀组的触发角变化速率不一致，触发角将出现差异。
由图3-1波形可知，在解锁后，在Id小于0.05pu（165A）时，电压平衡功能不起作用，此时两个阀组的触发角基本一致，没有出现差异，但此时两个阀组的出口压差存在较大差异，最大达到61kV；在Id大于0.05pu（165A），触发角移到50°时，电压平衡控制功能启动，使两个阀组的压差快速的调整成一致，同时两个阀组的触发角也快速出现差异，最大达到4.92°。
原理
4、结论
双十二脉动换流阀在在解锁过程中电压平衡控制功能未启动前，高低端阀组的触发角基本一致，电压平衡控制功能启动后高低端阀组触发角开始产生差异，并随着时间的推移逐渐增大。电压平衡控制功能对两个阀组出口电压差有较好的调节作用，能够有效的使两个阀组有相同的运行工况，但需要对解锁过程中功能启动方式进行优化，以减小解锁过程中功能启动造成的触发角差异，优化低端阀厅F5避雷器的运行工况。
参考文献
[1] ED4.341.PJ-A PC control，糯扎渡直流极控系统设计规范书，2012
作者简介：毛文俊（1988-），男。助理工程师，工学学士，主要从事特高压直流输电运行维护工作。
Mao wen-jun
（Kunming Bureau， CSG EHV Transmission Company， Kunming， Yunnan 650217， China）
Abstract： In YunGuang DC Transmission Project and NuoZhaDu DC Transmission Project，when deblocking Double 12-pulse Converter， Fire Angle difference couse F5 arretser Surge current situation alloways exist 。And zhe manufacturer couldn’t solve this problem. This paper will talking about how zhe difference emerged，Identified that Ud-Balance Function effect zhe fire angle difference most and bring up a control logic promption of Ud-balance Function .
Key words： Double 12-pulse； Deblock； F5 Arrester；Fire Angle Difference；Ud-Balance。
摘要： 从楚穗直流到普侨直流工程，双十二脉动换流阀在解锁过程由于触发角差异导致低端阀厅F5避雷器动作问题一直存在，且未找到产生原因。本文将针对触发角差异产生的原因进行分析，找出触发角产生大的差异原因在于双极电压平衡控制Ud-Balance功能启动造成的，并对Ud-Balance的控制逻辑优化提出参考建议。
关键词：双十二脉动；解锁；F5避雷器；触发角差异；电压平衡控制。
±800kV云广特高压输电工程是西电东送云南地区电力外送的主要通道，输电容量为5000MW，采用双十二脉动阀组串联接线方式，正常运行时每个阀组分别承担400kV电压，串联构成800kV。从工程现场调试到投产运行，每次解锁同极双阀组时，低端阀厅的F5避雷器都会动作，并且两个阀组的触发角在解锁过程中有较大差异。文献[1]、[2]、[3]指出，当本极的高低端两个阀组的触发角差异过大时，会导致F5避雷器安装位置产生较大的24次谐波电压，而400kV母线的等效对地电容和直流滤波器、平波电抗器组成的回路对24次谐波产生串联谐振，将此电压放大，最终会导致F5避雷器动作。因而有必要对解锁过程中触发角产生差异的原因进行分析。
双十二脉动串联接线时两个阀组的控制系统从物理和电气上是完全分开的以及换流变、阀厅设备制造上的差异，正常运行时两个阀组的电压不会平均分配。为了使正常运行时两个阀组承担相同的电压，保证两个阀组的运行状态一致，在极控系统中增加了电压平衡控制功能。
双十二脉动换流阀解锁过程中低端阀厅F5避雷器动作现象从云广工程到糯扎渡直流输电工程一直存在，且每次解锁时都会发生。通过对比两个阀组解锁时的录波发现，在解锁过程中高低端阀组控制主系统输出的触发角存在差异，最大的触发角差值达到17°。
双十二脉动低端阀厅的F5避雷器安装位置如图1所示，安装位置在低端阀厅两个6脉动换流器的中间位置，一端接地，主要功能为防止中点位置过电压损坏阀厅设备。
经楚穗直流12 15事件后，低端阀厅的F5避雷器在设计时已经将其额定电压升高，但是在普侨直流双阀组解锁过程中F5避雷器仍动作。
1、解锁时触发角变化过程分析
双十二脉动换流阀解锁命令由后台HMI下发后经过LAN网传给极控，极控经过处理后同时将解锁命令下发给高低端阀组控制系统，使能VBE触发脉冲输出。输出的触发角大小就不在受解锁逻辑限制，而是由PI调节器决定。此时触发角将从90°快速减小以使直流系统快速建立电压、电流。
通过分析在整流侧的解锁波形发现，解锁过程中两个阀组的触发脉冲使能FP_Enable信号在同一时刻使能；收到极控送来的的电流参考值命令相等；并且PI调节器输入误差一直为电流误差。在解锁后触发角90°减小至50°时两个阀组的触发角一直相等，移到50°时，触发角开始出现差异，高端阀组的触发角大于低端阀组的触发角。
3、解锁过程中触发角差异原因查找
3.1组控电流误差控制回路梳理
图3-1是阀组控制系统的逻辑原理图，由于在解锁过程中PI调节器的输入误差一直是电流误差，故在此不分析其他控制方式的处理过程。图中Idref为电流参考值命令，由极控通过控制总线同时下发给高低端阀组的组控系统； Id为直流高压母线上反馈回来的直流电流；I_UdBal为极控电压平衡控制逻辑Ud-balance功能输出的电流调节量，也是由极控经过控制总线同时传给高低端阀组的组控系统。
由于两个阀组控制系统收到的Idref相同，反馈回来的Id从同一个CT取值也相同，在组控中唯一能够改变PI调节器输入误差的因素就在I_UdBal调节量。
3.2 电压平衡控制Ud-balance功能描述
电壓平衡控制功能在极控中实现，其功能图如下图3-2所示，阀组电压协调控制属于特高压直流输电系统的一个关键控制技术，属于电流控制的一部分，它采集一个极的两个串联阀组的出口电压，根据两个串联阀组的出口电压差对电流参考值进行修正，从而保持两个串联阀组运行电压差一致。
功能启动必须满足一下条件：1）本极双阀组均在解锁状态；2）整流侧；3）本极当前运行方式不在OLT配置；4）高压母线电流大于0.05pu（165A）。
因而电压平衡控制功能在解锁开始一段时间内不启动，必须在解锁后高压母线电流大于165A后才启动，调节两个阀组的出口压差，最大输出为0.1pu。
在解锁过程中当UdH-UdM大于UdM-UdN时，P调节器的输出为正，此输出送给高端阀组组控，使高端组控的电流参考值减小，以减慢高端阀组PI调节器输出角度向正常触发角移动的速度，从而减慢高端阀组出口电压的上升速度；送给低端组，使低端组控的电流参考值增大，以加快低端阀组PI调节器输出角度向正常触发角移动的速度，增大低端阀组出口电压的上升速率，调节的结果使得两个阀组的压差基本保持一致。
同时由于电压平衡控制功能启动后两个阀组的触发角变化速率不一致，触发角将出现差异。
由图3-1波形可知，在解锁后，在Id小于0.05pu（165A）时，电压平衡功能不起作用，此时两个阀组的触发角基本一致，没有出现差异，但此时两个阀组的出口压差存在较大差异，最大达到61kV；在Id大于0.05pu（165A），触发角移到50°时，电压平衡控制功能启动，使两个阀组的压差快速的调整成一致，同时两个阀组的触发角也快速出现差异，最大达到4.92°。
原理
4、结论
双十二脉动换流阀在在解锁过程中电压平衡控制功能未启动前，高低端阀组的触发角基本一致，电压平衡控制功能启动后高低端阀组触发角开始产生差异，并随着时间的推移逐渐增大。电压平衡控制功能对两个阀组出口电压差有较好的调节作用，能够有效的使两个阀组有相同的运行工况，但需要对解锁过程中功能启动方式进行优化，以减小解锁过程中功能启动造成的触发角差异，优化低端阀厅F5避雷器的运行工况。
参考文献
[1] ED4.341.PJ-A PC control，糯扎渡直流极控系统设计规范书，2012
作者简介：毛文俊（1988-），男。助理工程师，工学学士，主要从事特高压直流输电运行维护工作。