【正文】 流輸電設(shè)備的故障查詢 ........................... 31 常見異常現(xiàn)象的處理 ................................... 31 輕型直流輸電設(shè)備的故障原因及處理方法 ................. 32 第 8 章 人機界面 ....................................... 35 人機界面描述 ......................................... 35 人機界面介紹 ..................................... 35 指示燈說明 ....................................... 36 按鍵功能 ......................................... 37 顯示界面 ............................................. 38 系統(tǒng)框圖 ......................................... 38 開機界面 ......................................... 39 狀態(tài)主屏 ......................................... 39 查詢主屏 ......................................... 40 設(shè)置主屏 ......................................... 42 出廠設(shè)置 ......................................... 44 第 9 章 故障代碼對照表 .................................. 52 目錄 iii 榮信 HVDC系列 高壓 輕型直流輸電設(shè)備 綜述 1 第 1 章 輕型直流輸電設(shè)備綜述 高壓直流輸電（ HVDC）技術(shù)始于 20 世紀 60 年代，隨著電力電子器件和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，采用 IGBT、 IGCT 等元件構(gòu)成電壓源型換流站（ Voltage Source Converter， VSC）來進行直流輸電成為可能。由于這種方式的功能強，體積小，可以減少換流站的濾波系統(tǒng)，省去換流變壓器，簡化換流站結(jié)構(gòu)，而稱之為輕型直流輸電（ HVDC Light）。該技術(shù)采用基于可關(guān)斷型器件的電壓源型換流器和 PWM 技術(shù)進行直流輸電。從其技術(shù)特點和實際工程的運行來看，很適合應(yīng)用于可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電并網(wǎng)、孤島供電、城市電網(wǎng)供電、異步交流電網(wǎng)互聯(lián)等眾多領(lǐng)域。 榮信 HVDC 系列輕型直流系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制，可以和用戶現(xiàn)場靈活接口，滿足用戶的不同要求，采用光纖通訊技術(shù)，使系統(tǒng)抗電磁干擾的性能增強，運行更加安全可靠 。 圖 11 榮信輕型直流輸電設(shè)備 榮信 輕型直流輸電設(shè)備 的特點 輕型直流輸電采用可控關(guān)斷型電力電子器件和 PWM 技術(shù)，它與傳統(tǒng)直 流輸電相比，主要有以下技術(shù)優(yōu)勢： （ 1）功率范圍 傳統(tǒng)的 HVDC 主要運行于大的功率范圍，一般在幾百 MW，而 HVDC Light 輸送的功率可以從幾 MW 到幾百 MW，尤其在中小功率有獨特優(yōu)勢。 （ 2）運行的獨立性 榮信 HVDC系列 高壓 輕型直流輸電設(shè)備 綜述 2 HVDC Light 不依賴于交流系統(tǒng)去維持電壓和頻率的穩(wěn)定。與傳統(tǒng) HVDC 相比短路電流容量并不重要。 HVDC Light 的受端系統(tǒng)可以是無源網(wǎng)絡(luò)，克服了傳統(tǒng)的 HVDC 受端必須是有源網(wǎng)絡(luò)的根本缺陷，使利用 HVDC 為遠距離的孤立負荷送電成為可能。 （ 3）對功率的控制 正常運行時， VSC 可以同時且獨立地控制 有功功率和無功功率，控制更加靈活方便。而傳統(tǒng) HVDC 中控制量只有觸發(fā)角，不可能單獨控制有功功率或無功功率。 VSC 不僅不需要交流側(cè)提供無功功率，而且能夠動態(tài)補償交流母線的無功功率，穩(wěn)定交流母線電壓。這意味著故障時，如 VSC 容量允許，那么輕型直流輸電系統(tǒng)既可向故障系統(tǒng)提供有功功率的緊急支援，又可提供無功功率緊急支援，從而既能提高系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性，還能提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。 輕型直流輸電系統(tǒng)在潮流反轉(zhuǎn)時，直流電流方向反轉(zhuǎn)而直流電壓極性不變，與傳統(tǒng)的 HVDC 恰好相反。這個特點有利于構(gòu)成既能方便地控制潮流又有較高 可靠性的并聯(lián)多端直流系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)多端 HVDC 系統(tǒng)并聯(lián)連接時潮流控制不便、串聯(lián)連接時又影響可靠性的缺點。 （ 4）由于 VSC 交流側(cè)電流可以被控制，所以不會增加系統(tǒng)的短路功率。這意味著增加新的輕型直流輸電線路后，交流系統(tǒng)的保護整定基本不需改變。 （ 6） VSC 通常采用 PWM 技術(shù)，開關(guān)頻率相對較高，經(jīng)過低通濾波后就可得到所需交流電壓，可以不用變壓器，從而簡化了換流站的結(jié)構(gòu)，并使所需濾波裝置的容量也大大減小。 （ 6）模塊化設(shè)計使輕型直流輸電的設(shè)計、生產(chǎn)、安裝和調(diào)試周期大大縮短。同時，換流站的占地面積僅為同容量下傳 統(tǒng)直流輸電的 20%左右。 （ 7）換流站間的通訊不是必需的，其控制結(jié)構(gòu)易于實現(xiàn)無人值守。 （ 8）輕型直流輸電具有良好的電網(wǎng)故障后的快速恢復控制能力。 榮信 輕型直流輸電設(shè)備 應(yīng)用領(lǐng)域 輕型直流輸電克服了傳統(tǒng) HVDC 的固有缺陷，使得直流輸電的應(yīng)用范圍得到擴展，為直流輸電技術(shù)的發(fā)展開辟了一個新的方向。其主要應(yīng)用領(lǐng)域是： （ 1）連接分散的小型發(fā)電廠 受環(huán)境條件限制，清潔能源發(fā)電一般裝機容量小、供電質(zhì)量不高并且遠離主網(wǎng)，如中小型水電廠、風電場（含海上風電場）、潮汐電站、太陽能電站等，由于其運營成本很高以及交 流線路輸送能力偏低等原因使采用交流互聯(lián)方案在經(jīng)濟和技術(shù)上均難以滿足要求。利用輕型直流輸電與主網(wǎng)實現(xiàn)互聯(lián)是充分利用可再生能源的最佳方式，有利于保護環(huán)境。 （ 2）不同額定頻率或相同額定頻率的交流系統(tǒng)間的非同步運行 模塊化結(jié)構(gòu)及電纜線路使輕型直流輸電對場地及環(huán)境的要求大為降低，換流站的投資大大下降，因此可根據(jù)供電技術(shù)要求選擇最理想的接入系統(tǒng)位置。 榮信 HVDC系列 高壓 輕型直流輸電設(shè)備 綜述 3 （ 3）構(gòu)筑城市直流輸配電網(wǎng) 由于大中城市的空中輸電走廊已沒有發(fā)展余地，原有架空配電網(wǎng)絡(luò)已不能滿足電力增容的要求，合理的方法是采用電纜輸電。而直流電纜不僅比交流電纜占 有空間小，而且能輸送更多的有功，因此采用輕型直流輸電向城市中心區(qū)域供電可能成為未來城市增容的最佳途徑。 （ 4）向偏遠地區(qū)供電 偏遠地區(qū)一般遠離電網(wǎng)，負荷輕而且日負荷波動大，經(jīng)濟因素及線路輸送能力低是限制架設(shè)交流輸電線路發(fā)展的主要因素，制約了偏遠地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高。采用輕型直流輸電進行供電，可使電纜線路的單位輸送功率提高，線路維護工作量減少，并提高供電可靠性。 （ 5）海上供電 遠離陸地電網(wǎng)的海上負荷如：海島或海上石油鉆井平臺等負荷，通?？績r格昂貴的柴油或天然氣來發(fā)電，不但發(fā)電成本高、供電可 靠性難以保證，而且破壞環(huán)境，用輕型直流輸電以后，這些問題得以解決，同時還可將多余電能（如用石油鉆井產(chǎn)生的天然氣發(fā)電）反送給系統(tǒng)。 （ 6）提高配電網(wǎng)電能質(zhì)量 輕型直流輸電系統(tǒng)可以獨立快速地控制有功和無功，且能夠保持交流系統(tǒng)的電壓基本不變，它使系統(tǒng)的電壓和電流較容易地滿足電能質(zhì)量的相關(guān)標準。因此，輕型直流輸電技術(shù)是未來改善配網(wǎng)電能質(zhì)量的有效措施。 輕型直流輸電設(shè)備 的適用范圍基本上覆蓋了我國所有的主要行業(yè)：電力、供水、冶金、石油、化工、采礦、煤炭、造紙、建材等等。 榮信輕型直流輸電設(shè)備的工作原理 4 第 2 章 輕型直流輸電設(shè)備 的工作原理 與基于 電網(wǎng)自然換相技術(shù)的傳統(tǒng)直流輸電不同，采用 VSC 的 HVDC 是一種以電壓源換流器、可控關(guān)斷器件和脈寬調(diào)制（ PWM 技術(shù)）為基礎(chǔ)的新型直流輸電技術(shù)。這種輸電技術(shù)能夠瞬時實現(xiàn)有功和無功的獨立解耦控制、可向無源網(wǎng)絡(luò)供電、換流站間無需通訊、易于構(gòu)成多端直流系統(tǒng)。此外，該輸電技術(shù)能同時向系統(tǒng)提供有功功率和無功功率的緊急支援，在提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和輸電能力等方面具有明顯優(yōu)勢。下面就輕型直流輸電技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其基本工作原理進行具體介紹 。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 21 為輕型直流輸電系統(tǒng)單線原理圖。其中，兩端的換流站均采用 VSC結(jié) 構(gòu)，由換流站、直流電容器和輸電電纜等部分組成。下面就各組成部分的結(jié)構(gòu)和作用進行簡單介紹。 圖 21 輕型直流輸電單線原理圖 （ 1）電壓源型換流器 VSC 電壓源型換流器的橋臂是由大功率的可控關(guān)斷型電力電子器件（如 IGBT、IGCT）和反并聯(lián)二極管組成。目前換流器主要采用三相二電平和三相三電平兩種拓撲結(jié)構(gòu)，如圖 22 所示。 榮信輕型直流輸電設(shè)備的工作原理 5 （ a）兩電平拓撲結(jié)構(gòu) (b)三電平拓撲結(jié)構(gòu) 圖 22 典型電壓源型換流器拓撲結(jié)構(gòu) （ 2）直流側(cè)電容器 直流側(cè)電容是 VSC 的直流側(cè)儲能元件， 可緩沖橋臂開斷的沖擊電流、減小直流側(cè)的電壓諧波，并為受端站提供電壓支撐。同時，直流側(cè)電容的大小決定其抑制直流電壓波動的能力，也影響控制器的響應(yīng)性能。 （ 3）輸電電纜 輕型直流輸電系統(tǒng)中，輸電電纜由導體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層三層同時擠壓成絕緣層；中間導體一般為鋁材單芯導體。它不同于傳統(tǒng)紙或者油絕緣電纜，具有高強度、環(huán)保和方便掩埋等特點，適合用于深海等惡劣環(huán)境。此外，這種新型電纜重量輕，傳輸功率密度大。 基本工作原理 輕型直流輸電采用電壓源型換流器和 PWM 技術(shù)， 其基本工作原理如圖 23和圖 24 所示。由調(diào)制波與三角載波比較產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖，使 VSC 上下橋臂的開關(guān)管高頻開通和關(guān)斷，則橋臂中點電壓 uc 在兩個固定電壓 +Ud 和 ?Ud 之間快速切換， uc 再經(jīng)過電抗器濾波后則為網(wǎng)側(cè)的交流電壓 us。 圖 23 VSC 單相示意圖 榮信輕型直流輸電設(shè)備的工作原理 6 圖 24 VSC 正弦脈寬調(diào)制原理及輸出波形 進一步分析可知，在假設(shè)換流電抗器無損耗且忽略諧波分量時，換流器和交流電網(wǎng)之間傳輸?shù)挠泄β?P 及無功功率 Q 分別為： 1 sinSCUUP X ?? （ 1） 1( c o s )S S CU U UQ X ??? （ 2） 式中： UC 為換流器輸出電壓的基波分量； US 為交流母線電壓基波分量；δ為 UC 和 US 之間的相角差； X1 為換流電抗器的電抗。 由式（ 1）和式（ 2）可以得到圖 25 所示的換流器穩(wěn)態(tài)運行時的基波相量圖。由圖可知，有功功率的傳輸主要取決于δ，無功功率的傳輸主要取決于 UC。因此通過對δ的控制就可以控制直流電流的方向及輸送有功功率的大小，通過控制 UC 就可以控制 VSC 發(fā)出或者吸收的無功功率。從系統(tǒng)角度來看 ， VSC 可以看成是一個無轉(zhuǎn)動慣量的電動機或發(fā)電機，幾乎可以瞬時實現(xiàn)有功功率和無功功率的獨立調(diào)節(jié)，實現(xiàn)四象限運行。 榮信輕型直流輸電設(shè)備的工作原理 7 圖 25 輕型 HVDC 換流器穩(wěn)態(tài)運行時的基波相量圖 系統(tǒng)連接電路 如圖 26 所示，為此次海上輕型直流輸電項目的系統(tǒng)原理圖。圖左半部分表示海上換流站整流閥組部分，右半部分表示海上換流站逆變閥組部分，中間部分為直流海底電纜。 輕型直流輸電的電能傳輸示意圖如圖 27 所示，圖中 191A（換流站）中的 83A（換流站）為逆變閥組（直流電轉(zhuǎn)換成交換電）。 如圖 28 所示，為此次海上輕 型直流輸電的整流及逆變功率單元原理圖。 P o w e rU n i tisP o w e rU n i tisP o w e rU n i tisP o w e rU n i tisU1 PU1 2 PU1 NU1 2 NP o w e rU n i tisP o w e rU n i tisP o w e rU n i tisP o w e rU n i tisU1 PU1 2 PU1 NU1 2 N3 8 0 V輔 助 繞 組Q SQ F整 流 閥 組 逆 變 閥 組Q SQ FQ SQ FQ S Q F1 0 k V / 4 0 0 0 k V A安 裝 P T 、 C T4 0 0 V / 4 0 0 0 k V A安 裝 P T 、 C T+ 1 0 k V 1 0 k V整 流 閥 組 、 逆 變 閥 組 各 由 2 4 個 單 元 組 成177。 1 0 k V 各 由 1 2 個 單 元 組 成圖 26 4000kVA 輕型直流輸電系統(tǒng)原理圖 榮信輕型直流輸電設(shè)備的工作原理