轻型直流输用户手册v

轻型直流输用户手册v内容摘要：

8 整 流 阀 组2 4 个 单 元 构 成逆 变 阀 组2 4 个 单 元 构 成移相变压器1 4 0 0 0 k V A 4 0 0 0 k V A3 * 1 2 0 m m23 8 . 6 k m1 5 1 A1 9 1 A 图 27 轻型直流输电电能传输示意图 图 28 功率原理单元图 荣信轻型直流输电设备的工作原理 9 系统 各部分组成 整流侧变压器 整流侧变压器采用移相变压器 (10kV/8000kVA)，其变比为 10kV/550V。 副边由 24 组 550V 与一组 380V 二次绕组构成。 逆变侧变压器 逆变侧变压器采用正常非移相变压器（ 400V / 4000kVA） ,其变比为 400V / 400V,副边由 24 组二次绕组构成。 功率单元 功率单元是轻型直流输电系统的主体与核心部分。 功率单元的前端与变压器连接，接收变压器供给功率单元的能量，由具有相同结构和功能的多个功率单元的直流侧串联形成直流电源，该直流电源再经直流电缆或海缆将电能输送至用电端。 图 29 轻型直流输电系统用功率单元 功率单元控制系统如图 29 所示，安装在功率单元上，作用为接收控制机发出的各种控制命令，并生成 IGBT 的驱动脉冲，同时反馈给控制机功率单元的工 作状态，包括直流侧电压值、各个 IGBT 的集电极高低电平、过压欠压、超温、短路等。 直流电缆 直流电缆仅用 2 根导线，相比于交流供电，有功损耗小。 同时，由于直流荣信轻型直流输电设备的工作原理 10 线路没有感抗和容抗，也就没有无功损耗。 直流电缆的运行费用要低于交流电缆。 尤其在海上输电时必须采用电缆，电缆线路的电容比架空线路大得多，较长的海底交流输电基本很难实现。 电缆的绝缘在直流电压和交流电压作用下的点位分布、电场强度和击穿强度都不相同。 直流电缆比交流电缆绝缘寿命要长的多，这是电缆的内在固有特性。 1 海底直流电缆 高压直流电缆一般比交流 电缆更具有长距离传输效率，特别是高电压的时候。 电容的充电电流是正比于长度和电缆的交流电压，超过了一定的距离充电电流就很大，无法传输有功电流。 直流电缆没有电容充电电流，即所有的电缆传输容量用于传输有功功率。 为了避免铁磁损失，交流海底电缆需要非磁性的钢丝铠装材料，从而应该使用铜、铝合金或无磁不锈钢丝。 直流电缆没有电磁损失，因而镀锌钢丝可用于拉伸电缆护甲。 高压直流电缆可以适合很深的海水，有以下一些原因： 该绝缘聚合物机械强度大。 在同样传输容量下，直流输电电缆比交流电缆要轻。 这样海底电缆就比较容易铺设 ，而且会出在较小的拉力之下。 可采用镀锌钢丝电缆护甲，这种材料具有更好的弹性。 比大多数非磁性，可用于材料的拉伸性能。 2 铺设与修理 由于其强大的和灵活的绝缘材料，轻型直流输电电缆对于各种安装方式具有很高的灵活性。 如果需要修复，可采用适当的电缆船。 相比普通电缆，轻型直流输电电缆的弯曲半径较小。 该电缆可以被盘在电缆铺设船上，这样就有可能采用一些小驳船或小货船来铺设电缆。 在大多数情况下，可以将双极的两条电缆靠近安装。 相比与纸绝缘电缆，高压直流电缆可以抵御重复性弯曲疲劳，有利于跨越不平衡海床。 荣信轻型直流输电设备的工作原理 11 210 海底电缆铺设 控制系统 轻型直流输电系统是一个复杂的系统，其实际运行性能极大地依赖于它的控制系统。 合理的控制体系能提高工程的可用性及可靠性等指标。 类似于传统直流输电控制系统，为了把由控制系统故障引起的直流系统不可用率降到最小，轻型直流控制系统也通常采用多重化和分层结构。 正常运行时，一套控制系统处于工作状态，另外一套系统处于热备用状态，两套系统同时对数据进行处理，但只有工作系统可对一次设备发出指令。 当工作系统发生故障时，切换逻辑将其退出工作，处于热备用状态的系统能自动、安全、快速地 切换到工作状态。 也可以采用三重化及以上的冗余设计，采取“少数服从多数”的原则作为输出方案，但是设备的元件数会因此而增加，通常两重化或者三重化设计是一种较好的选择。 控制系统还要求在不干扰正常系统工作的同时，能够对故障系统进行维修以及修复后的验证工作，以满足控制系统不停电即可维护的要求。 为了提高运行的可靠性，限制任一控制环节故障造成的影响，如图 211概念性示意图所示，可以将轻型直流的控制系统大致分成系统级控制 (System Control)、换流器级控制 (Converter Control)和触发级控制 (Firing Control)等层次。 分层设计能够简化设计任务，增强控制系统的灵活性。 在实际的工业装置中，三个层次的控制可能会有一定程度的交叉和整合。 荣信轻型直流输电设备的工作原理 12 211 轻型直流分层控制系统 1 系统级控制 系统级控制是从电力系统潮流和稳定控制等宏观视角来研究轻型直流的运行特性、交直流系统间的交互作用等。 系统级控制策略研究就是要从电力系统潮流、稳定控制等方面的要求出发，充分利用轻型直流系统的快速调节的特点，设计合适的控制规律以实现改善交流系统的运行特性、提高系统可靠性等目标。 系统级控制常接受调度中心的控制指令 (运行 模式及整定值等 )，并向调度中心传送换流站有关的运行信息。 2 换流器级控制 换流器级控制是系统级控制和触发级控制间的桥梁，主要问题是如何设计合适的控制器使得装置能较好地实现从系统角度提出的性能要求。 换流器级控制系统接收并跟踪系统级控制系统产生的直流电压指令、有功功率指令、无功功率指令、频率指令和交流电压指令等参考信号。 轻型直流换流器级控制常包括多种控制，常用的外环功率控制有： 定直流电压控制、定有功功率控制、定无功功率控制、定频率控制、定交流电压控制等。 一般说来，外环功率控制中的定直流电压控制、定有功功率 控制和定频率控制是一组不兼容的控制目标，即一端换流站只能实现其中一种控制目标。 为了保持系统有功平衡和直流电压稳定，轻型直流系统中必须有一个换流站采用荣信轻型直流输电设备的工作原理 13 定直流电压控制，而其它换流站可以采用定有功功率控制或者定频率控制。 类似地，定无功功率控制和定交流电压控制也是一组不兼容的控制目标，一端换流器也只能实现其中的一种控制目标。 荣信轻型直流输电设备的工作原理 14 第 3 章 荣信 轻型直流输电设备 的系统组成 荣信 轻型直流输电设备 的基本组成包括功率柜和变压器柜两部分。 根据用户的要求 ,还可向用户提供旁路柜以实现 轻型直流输电设备 的高压开关控制。 荣信轻型直流 输电设备 的组成如图 21 所示： 荣信轻型直流输电设备 的组成 功率柜 功率柜是荣信 HVDC 有与其连接的设备的监控和控制，保证整个 系统的安全可靠运行。 功率柜是由控制机和功率单元组成，控制机是荣信 轻型直流输电设备 的大脑，功率单元是主体。 荣信轻型直流输电设备的工作原理 15 图 31 荣信高压变频调速系统功率柜 图 32 荣信高压变频调速系统功率柜 控制机 控制机是由荣信公司自主研发的全数字信号控制装置，内置总线板、 CPU荣信轻型直流输电设备的工作原理 16 板、 PWM 板、数字板、模拟板、通讯板以及显示板。 通过编程器将符合用户现场工况的控制 程序下载至控制机后，控制机便可实现调速系统的开环或闭环控制、生成多电平的 PWM 控制波形、实现快速保护及网络通讯等控制功能。 总线板主要功能为整个控制机的电源供给、各板数据传输及内、外部数据交换。 CPU板、数字板、模拟板主要用于用户现场各种信号的处理 ,高压变频调速系统运行和故障的连锁。 PWM 板主要用于控制机与各功率单元板间的光纤通讯连接。 通讯板主要用于荣信 轻型直流输电设备 与外界的通讯连接，可以和用户现场灵活接口，满足用户的特殊要求。 显示板上的显示屏提供友好的监控和操作界面，实时显示高压变频调速系统各组成部分的工 作状态，使用户能够直观而准确的了解系统的工作情况。 荣信 轻型直流输电设备 可以实现远程监控和网络化控制。 图 33 控制系统 控制机与功率单元之间采用光纤信号传输技术，低压部分和高压部分完全可靠隔离，系统具有极高的应用安全性，完美的电磁兼容性，优良的运行可靠性。 荣信轻型直流输电设备的工作原理 17 图 34 控制系统 总线板如图 35 所示，此板作用为：整个控制机的电源供给、各板数据传输及内、外部数据交换。 图 35 中的 DIN 插槽由左到右依次为 PWMA 板、 PWMB板、 PWMC 板、 CPU 控制板、模拟板、数字板、通讯板。 图 35 总线板 2. CPU 主控板 CPU 主控板如图 36 所示，此板为控制机的核心，负责产生 PWM 波、进行信号处理等。 上控制电后，面板上的数码管会显示相应的信息。 若数码管无显示，则可能是单片机内没有烧写程序。 荣信轻型直流输电设备的工作原理 18 图 36 CPU 板 3. PWM 板 PWM 板如图 37 所示，此板的作用是通过信号调制处理产生所要求的 PWM波形，并驱动光纤座 T1528 生成驱动功率单元板的光信号。 板上的核心器件是FPGA 模块，负责信号的调制处理。 图 37 PWM 板 模拟板如图 38 所示，此板作用为接收外界发 出的模拟信号，锁存后送到主控板，并发送控制机发出的模拟信号。 模拟输入量是为用户提供的 420mA模拟速度给定量，此外还为用户提供 5 路备用模拟输入，根据用户的需要，方便扩展应用。 模拟输出量包括电机电流、电机速度、电机电压、电机功率等。 荣信轻型直流输电设备的工作原理 19 图 38 模拟板 数字板如图 39 所示，此 板作用为接收外界发出的数字信号，锁存后送到主控板，并发送控制机发出的数字信号。 数字输入量包括远程启动、远程停止、远程复位、远程急停、上级高压辅助等，此外还为用户提供 4 路备用数字输入，根据用户的需要，方便扩展应用。 数字输出量包括 轻型直流输电设备 运行、 轻型直流输电设备 就绪、 轻型直流输电设备 故障、 轻型直流输电设备 报警、跳高压信号等，此外还为用户提供 4 路备用数字输出，根据用户的需要，也可以扩展应用。 图 39 数字板 通讯板如图 310 所示，此板作用是为用户提供 轻型直流输电设备 的外界通讯接口，包括 Modbus 和 Profibus 两种方式。 荣信轻型直流输电设备的工作原理 20 图 310 通讯板 8．显示板 显示板和显示面板如图 311 图 312 板能够实时显示 轻型直流输电设备 的工作状态，显示控制机各输出的模拟及数字量、 轻型直流输电设备 输入及输出的电压值和电流值、故障类型等。 此板还能够接收并传递操作人员下达的命令，通过此板上的按键调节 轻型直流输电设备 参数，使 轻型直流输电设备 更好更可靠地运行，可视的友好操作界面，为人机间信息的交互提供方便。 图 311 图 312 面板 功率单元 功率单元是高压变频调速系统的主体部分，电源电压及频率的改变在这里完成。 功率单元的前端与变压器连接，接收变压器供给功率单元的电源，由具有相同结构和功能的多个功率单元串接成星型连接的三相高压电源，以该电源荣信轻型直流输电设备的工作原理 21 作为高压电动机的输入电源。 串接后的三相高压电源，通过控制机的控制，可以实现频率及电压的改变，从而实现对高压电动机的调速。 图 313 高压变频调速系统功率单元 功率单元板如图 313 板安装在功率单元上，作用为接收控制机发出的各种控制命令，并生成 IGBT 的驱动脉冲，同时反馈给控制机功率单元的工作状态，包括直流侧 电压值、各个 IGBT 的集电极高低电平、过压欠压、超温、短路等。 图 314 单元板 变压器柜 变压器柜是高压变频调速系统的供电中心。 变压器的原边接收网测的高压电源，经副边降压和移相后，向功率单元提供正常工作所需的电源。 荣信轻型直流输电设备的工作原理 22 图 315 高压变频调速系统变压器柜 变压器柜是一台特殊结构的干式整流变压器，其原边通过旁路柜内的高压隔离开关与电网相连，而副边绕组则根据电压等级和变频功率单元的级数分为多组，与功率单元内的功率单元连接，为所有功率单元供电。 变压器的多组副边绕组经过移相向功率单元供电后，可以构成 几十到百余脉冲系列的多级移相叠加的整流方式，这样可以大大改善网测的电流波形，提高网测的功率因数，无需任何功率因数补偿及谐波抑制装置便可将负载下的网测的功率因数提高到 以上。 由于变压器的副边绕组的相互独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，具有极高的可靠性和安全性。 荣信轻型直流输电设备的工作原理 23 图 316 整流变压器 变压器柜内置的电压及电流传感器，可以向功率柜上的。