許繼電氣股份有限公司直流輸電分公司的研究人員張青偉、吳金波、艾紅傑、王祺元、楊成飛，在2021年第3期《電氣技術》上撰文，基於目前國內雁淮特高壓直流工程，對中性母線直流電流IDNC異常判斷處理邏輯進行研究，分析目前系統執行時所出現的異常工況，改進特高壓直流輸電系統IDNC異常判斷處理邏輯，並搭建基於雁淮特高壓工程的RT-LAB實時模擬模型，模擬結果合理有效，最後推廣到目前在運特高壓工程，取得了良好的經濟和社會效益。
特高壓直流輸電技術已經在國內建成多條電力傳輸骨幹線路，是我國特有的大規模使用的電力傳輸方式。特高壓直流輸電線路輸送距離遠、容量大，且控制保護系統極其精細複雜，其短時間波動對送端電網和受端電網有較大影響。在目前電力系統控制保護系統、測量系統、測控系統數字化發展過程中，直流特高壓領域數字化後的相關電壓電流訊號傳輸及處理與傳統系統有很大不同，對其進行深入的研究有極大的現實意義。
1 IDNC直流中性母線電流訊號判斷與處理
典型的特高壓直流輸電工程中的單極雙閥組結構如圖1所示，IDNC為低端閥組低壓側出線中性母線直流電流，對特高壓直流工程安全穩定執行具有極其重要的作用，因此獲取其真實準確的IDNC關係到直流系統功率的穩定輸送。
1.1IDNC的電子單元自檢OK訊號邏輯
當控制系統檢測到“IDNC電子單元自檢OK訊號”消失時，軟體告警並請求切換系統；當保護系統檢測到“零磁通IDNCP1電子單元#供電正常/輸出有效”即“IDNCP1電子單元自檢OK訊號”消失時，高低端閥保護退出“旁通斷路器保護”功能，極保護退出“直流過壓保護”和“50Hz保護”。電子單元自檢OK訊號邏輯處理如圖2所示。
1.2直流CT（IDNC）斷線判別邏輯
控制系統檢測兩套冗餘系統的IDNC，當本系統與冗餘系統的差值小於0。095p。u。（475A）時，延時500ms產生嚴重故障並切換系統。直流CT（IDNC）斷線判別邏輯處理如圖3所示。
圖1特高壓直流單極雙閥組結構
圖1特高壓直流單極雙閥組結構
圖2 IDNC的電子單元自檢OK訊號邏輯
圖3當前直流CT（IDNC）斷線判別邏輯
1.3直流電流測量故障判別邏輯
控制系統檢測本系統IDNC和IDY/IDD計算的等效電流，當IDNC與等效電流的差值小於0。025p。u。（125A）時，延時2s產生嚴重故障並切換系統。直流電流測量故障判別邏輯處理如圖4所示。
圖4當前直流電流測量故障判別邏輯
2典型案例分析
2.1IDNC電子單元故障後直流系統動作過程
2020年3月7日08：09：48雁門關站用於A套控制保護系統的極1 IDNC電子單元故障，保護系統退出相關保護，為主的控制系統A自動切換為備用系統；在電子單元重啟過程中，極控制系統、高低端閥組控制系統均切換到A套，產生線路低電壓，VDCL動作，造成功率短時損失。對應A套的極1 IDNC電子單元故障過程主要時刻及控制保護響應見表1。
2.2波形及控制保護邏輯分析
1）08：09：48時刻，控制保護系統均檢測到IDNC的電子單元自檢OK訊號丟失，控制保護系統正確響應切系統。之後檢視如圖5所示極1高階閥組內建故障錄波，分析兩系統間主要錄波量變化。
表1
圖5極1高階閥組內建故障錄波
2）11：10：31錄波時刻起，A系統IDNC_A異常變大後緩慢降低，B系統IDNC_B正常。
3）11：10：32時刻A、B系統IDNC存在差值（約3380A），極控及閥組控制系統切換A系統為主系統，因此時IDNC_A仍舊很大（約6300A），導致觸發延遲角調節至120°，引起直流電壓跌落，VDCL動作。
4）隨著IDNC_A的跌落並恢復到正常範圍，觸發延遲角調節至5°後恢復。
5）11：10：33時刻A、B系統IDNC存在差值（約1722A），極控及閥組控制系統切換B系統為主系統，直流逐漸恢復正常。
由此可以注意到，當IDNC異常變小時，用於控制的電流實際值切換為IDY/IDD計算的等效電流，故能夠進行有效控制。
綜上，用於A套控制保護系統的極1 IDNC電子單元故障，導致A套控制保護系統“INDC電子單元自檢OK”訊號丟失，當電子單元重啟恢復過程中，IDNC異常引起控制系統切換，線路低電壓及VDCL動作，直流功率出現短時損失。上述對IDNC訊號的處理方式給雁淮直流的執行帶來了較大的波動，影響了系統的可靠性和穩定性，有較大的隱患。
3建模模擬分析
3.1邏輯最佳化方案
1）直流CT斷線判斷改為告警
控制系統檢測兩套冗餘系統的IDNC，當本系統與冗餘系統的差值小於0。095p。u。（475A）時，延時100ms產生告警。直流CT（IDNC）斷線判別邏輯處理如圖6所示。
圖6最佳化後直流CT斷線判別邏輯
圖6最佳化後直流CT斷線判別邏輯
2）直流電流測量故障判斷邏輯
控制系統檢測本系統IDNC和IDY/IDD計算的等效電流，當IDNC與等效電流的差值絕對值大於0。05p。u。（250A）時，延時100ms產生嚴重故障並切換系統。直流電流測量故障判別邏輯如圖7所示。
圖7最佳化後直流電流測量故障邏輯
3.2模擬
模擬雁淮直流在雙極大地回線、雙極功率控制模式下，極1極控A系統為從系統，B系統為主系統。
A系統模擬IDNC異常變大，此時A系統預期應按照3。1節2）邏輯執行，A系統報嚴重故障，動作結果如圖8所示。圖8波形中第一個錄波量為IDNC異常變大，第二個錄波量是系統直流電壓維持在800kV，第三個錄波量為極控A系統從系統狀態未發生系統切換。
圖8極1極控系統A錄波
B系統預期應按照3。1節1）邏輯執行，B系統只報告警，動作結果如圖9所示。圖9波形中第一個錄波量為IDNC無明顯變化，第二個錄波量是系統直流電壓維持在800kV，第三個錄波量為極控B系統主系統狀態未發生系統切換。
圖9極1極控系統B錄波
綜合分析圖8和圖9的故障錄波波形，模擬試驗結果如下：
1）極1極控B系統上報“直流CT斷線”、“直流電流測量故障”事件。
2）1極控A系統嚴重故障。
3）極1極控B系統未發生切換，維持主用系統正常執行。
4）直流維持執行。
試驗結果符合最佳化後的邏輯，較好地解決了在IDNC訊號異常時直流系統穩定可靠執行問題。
4結論
對特高壓直流輸電工程傳統IDNC直流量在不同工況下的處理邏輯進行了分析，結合雁淮直流工程雁門關換流站一次IDNC電子單元故障導致系統多次主從切換及功率損失的情況，深入分析其成因，排查其隱患，並結合實際，提出切實可行的邏輯最佳化方案，解決了關於IDNC異常變化對直流功率輸送的影響，並已經推廣到目前國內多條在運直流特高壓工程，取得了良好的社會經濟效益。
本文編自2021年第3期《電氣技術》，論文標題為“特高壓直流輸電中性母線直流電流異常後邏輯判斷最佳化的研究”，作者為張青偉、吳金波等。