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摘要：柔性直流输电系统的重要器件是全控型的电压源换流器，选择一个合适的控制方式对柔性直流输电系统进行系统控制，使得整个输电系统更灵活，再加上一套完善的保护装置，使得柔性直流输电系统能安全、经济运行。因此，本文对多端柔性直流输电工程控保系统接口设计进行了分析。
关键词：柔性直流输电；控制保护；通信；接口
一、控制保护系统设计
多端柔性直流输电控制保护系统是实现工程正常运行的核心，它可以分为集中控制层、换流站运行人员控制层、站级控制保护层、换流器级控制保护层、阀级控制保护层和现场I/O，拓扑图如图1所示。
1.1集中控制层
集中控制层通过远动通信实现对柔性直流输电系统内设备的工作协调，以及系统完整的监视和控制，它可以位于单独的集控中心，也可以位于多端柔性直流输电系统的其中一个站。
1.2运行人员控制层
换流站运行人员控制层是为换流站运行人员提供运行监视和控制操作的界面，通过运行人员控制层设备，运行人员可进行运行监视、控制操作、故障或异常工况处理、控制保护参数调整等控制任务。
1.3站级控制保护层
站级控制保护主要用于切换和确定运行方式和控制模式、进行系统起停控制、控制交直流场设备以及下发有功类和无功类控制指令。
1.4换流器级控制保护层
换流器级控制保护主要用于接收站级控制保护下发的有功类和无功类指令，通过内部控制单元进行处理，生成用于换流阀控制的调制波信号。
1.5换流阀级控制保护层
换流阀级控制保护接收调制波信号，通过内部排序处理生成触发脉冲信号，下达到功率模块。换流阀级控制可实现电容电压均压控制等功能。
二、阀级控制接口
三、本次研究方案阀控系统接口主要包括与换流站SCADA、换流器级控制保护、测量装置、GPS、故障录波等的接口，如图2所示。
图2阀控系统接口示意图
2.1阀控系统与换流站SCADA的接口
本接口传输从阀控发送到SCADA系统的换流器模块及其阀控系统的状态回报，通信协议为104规约（DL/T634.5104-2002）。
IEC60870-5-104远动规约是将基于链路层的IEC60870-5-101规约串行通信方式推广应用于以太网TCP/IP网络协议上。它规定了SCADA中主站与RTU间问答式数据通信的格式、规则、结构、编码和功能等，适用于变电站与调度所或调度所间的信息交换。在柔性直流输电阀控与SCADA这种实现应用中，我们选择IEC60870-5-104规约作为阀控与SCADA系统的通信协议，既可满足功能要求，又具有实现的简易性。
2.2换流器级控制保护系统与换流阀级控制保护系统的接口
本接口主要传输两路信号：一路信号为来自换流器级控制保护系统的参考电压信号、解锁、闭锁等命令信号；另一路传输阀控系统发送到控制保护系统的紧急跳闸信号、切换请求信号、阀控设备自检正常信号等。通信协议为IEC60044-8。
2.3阀控系统与故障录波的接口
本接口传输信号为阀控系统内需要监视、录波的信号。通信协议为IEC60044-8。
2.4测量装置与阀控系统接口
本接口传输信号为测量系统发送到阀控的直流电压、桥臂电流、阀侧交流电流测量信号。通信协议为IEC60044-8。
IEC60044-8是国际电工委员会制定的电子式电流互感器标准，它采用FT3格式的曼彻斯特编码方式实现设备之间的串行通信。与IEC61850-9-1和IEC61850-9-2相比，IEC60044-8通过光纤直连而不是基于以太网，避免了交换机可能造成的报文丢失等情况，具有很高的可靠性；IEC60044-8协议报文所含字节数相对恒定，字段的偏移固定，协议格式较为简单、实现难度低，因此是一种比较适合柔性直流输电系统的通信接口方式。
2.5GPS设备与阀控系统接口
本接口传输站系统的时间同步信号，通信协议为IRIG-B编码，是时钟同步通用协议。
2.6换流阀级控制保护系统与换流阀的接口
本接口传输触发命令、旁路命令和子模块状态等信号，为一发一收两路光纤，采用自定义通信协议。
四、通信接口
3.1集控站系统接口
集控站监控系统是在统一支撑平台基础上，实现SCADA功能的一体化设计。系统采用功能分布式的系统设计和全分布的双网体系结构。系统基于TCP/IP网络，所有功能采用客户/服务器（Client/Server）模式分布于网络中，支持和管理网络中各自独立的处理节点实现数据共享。
3.2换流器级控制保护接口
本换流站换流器级控制保护除了与SCADA接口采用104规约、与GPS接口采用IRIG-B外，其余接口，如与直流保护、故障录波、测量装置等均采用IEC60044-8。
3.3阀控内部接口
在阀控系统中，由于控制周期较短（微秒级），而阀控每周期需要采集每个功率单元的电容电压等庞大的数据信息用于控制算法、实时状态监视，对数据的传输速率提出了很高的要求。阀控设计中采用的是XILINXVERTEX6芯片内置的GTX硬核作为物理层，配备XILINX提供的Aurora协议来实现的。Aurora协议是由Xilinx公司提供的一个开放、免费的链路层协议，可以用来进行点到点的串行数据传输，具有高效传输数据和简单易用的特点。
3.4直流保护接口
直流保护系统与其他系统的接口主要有：与SCADA系统的104规约接口、与测量装置的IEC60044-8接口和与I/O硬接线接口。
3.5交流保护接口
交流保护系统与其他系统的接口主要有：与SCADA系统的104接口、与时钟系统的IRIG-B接口和与I/O的硬接线接口。
3.6阀冷却系统接口
阀冷系统与直流保护系统间的接口使用两种方式：硬接线和ModbusTCP/IP。可将水温报警、水压报警及水冷系统中主/备设备故障报警通过硬接线方式和通信方式，送给直流保护装置及SCADA系统显示和进行处理。
参考文献：
[1]汤广福，贺之渊，庞辉.柔性直流输电工程技术研究，应用及发展[J].电力系统自动化，2013，37（15）：3-14.
[2]刘亚磊，李兴源，曾琦，等.多端多电平柔性直流系统在海上风电场中的应用[J].电力系统保护与控制，2013，41（21）：9-14.
作者简介：
李国宾（1988年）；性别：男；籍贯：山西大同；民族：汉族；学历：硕士研究生；单位：国网冀北电力有限公司检修分公司；