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【摘 要】 详细介绍了许继电气最新研究开发的超高压直流输电控制和保护系统。该系统由运行人员控制层、控制和保护层及现场处理层三个层组成，采用分层分布式组织结构，控制和保护系统冗余配置，通信系统采用冗余的100Mbps LAN网和现场总线系统，测量系统采用最新光学电流传感器，基本的软硬件开发采用图形化编程和多DSP技术，提高了系统运行的可靠性和稳定性。该系统经过详细测试和工程应用，效果良好。
【关键词】 控制和保护系统 分层控制 冗余 控制策略 通信系统
直流输电技术经过几十年的发展，现在已成为成熟技术。由于直流输电适合大容量远距离输电、适合交直流联网和易于控制，国内近十几年内将有20条输电线路采用直流输电技术。国内各研制单位和生产厂家经过技术引进和消化吸收国外先进技术，研制具有国内自主知识产权和符合国内电力系统特点的直流输电控制保护系统条件已经成熟。许继电气从1986就从事直流输电技术的研究，作为国内最早研究直流输电控制保护系统和直流输电国产化基地的研制单位，经过技术引进和自主研发，现已研发出具有自主知识产权的高压、超高压不同软硬件平台的直流控制保护系统。许继电气在自己开发的控制保护系统软硬件平台融入多项核心技术和技术专利，这些核心技术和专利在灵宝工程和贵广二回工程的运行和测试中得到了很好的验证。
1 系统简介
直流输电控制和保护系统分为运行人员控制层、控制和保护层及现场处理层三个层，系统原理框图见图1，现场处理层为方便表示只表示出I／O单元。
运行人员控制层主要由冗余的人机接口和故障录波系统组成。各人机接口之间采用高速的冗余100兆LAN网交换数据，远动通信设备如与调度中心和换流站间的通信采用专用的通信通道。运行人员控制系统也具有时钟同步功能，时钟同步系统采用GPS(全球卫星定位系统)作为时间基准，通过发送时钟同步命令保持换流站内各系统和换流站间的时钟同步。
控制和保护层包括站控、极控、交直流保护和测量系统。这些系统采用许继的核心技术和专利保持在冗余的情况下集成强大的控制和保护功能。
现场处理层主要包括接口装置和分布式I／O测量控制单元，换流变、换流器、交直流滤波器、冷却设备和交直流场也包括在现场处理层。控制保护层和现场处理层的信息交换采用冗余的光总线系统。
2运行人员控制层
运行人员控制层担负着整个换流站一、二次设备运行状态的监视、控制和事故预警功能。完成的主要功能：
(1)SCADA系统。SCADA系统主要完成换流站内交直流系统的运行控制、数据采集显示和处理功能。
(2)事件记录功能。特高压系统需要记录大量的事件，事件记录内容包括：发生时间；对象；属性描述：故障级别。根据事件的严重程度划分不同的事件级别：故障事件；告警事件；状态事件；命令事件。事件记录分辨率1ms。
(3)时钟同步功能。所有的控制和保护子系统(包括I／O单元)利用时钟同步系统保持时钟同步，为故障事件、告警事件和状态显示提供时间标志。时钟同步系统放置在各换流站的控制室，有两套独立的单元组成，双冗余配置。时钟精度至少1ms，外部与主时钟系统通过光缆连接。
(4)故障录波功能。故障录波主要用于监视变电站内重要的模拟量和二进制信号，如交流和直流系统的被测量信号和相关控制保护系统信号。暂态故障录波分析仪是协助分析交流开关场和高压直流输电系统出现故障的分析工具。故障录波配有专用的离线分析工具，这些工具包括：数学函数；数字滤波；伸缩放大和统计功能。
(5)远动通信系统。交直流站控系统通过冗余的高速LAN网和对站交直流站控系统进行数据交换，交换的数据有模拟信号和数字信号，它们被用于控制、测量，以及与控制投／切命令相关的双态事件和状态监视的显示，高压直流远动系统可以处理两个换流站之间交换的运行人员控制和监视信号，以及需要站间配合的直流系统功率控制、保护、直流投切和顺序控制信号。
整个系统配置的软件系统由系统软件、支持软件和应用软件组成，该软件系统采用标准语言的模块化结构，具有可扩展性、可维护性以及自诊断功能。整个系统的所有重要的子系统为冗余配置，任何影响基本功能的不正确工况均能被及时检测出并能启动自动故障切换。
3控制和保护层
直流输电控制保护层主要完成交直流系统一次设备的测量、控制和保护功能。许继电气经过20年的技术积累和对引进技术的消化吸收，采用计算机技术、通信技术和电子技术的最新成果，开发出以图形化编程和高端多DSP系统为基础的软硬件平台。目前该系统大多功能已通过仿真和测试，并通过现场运行的考验。
3．1 直流输电控制功能
典型的两端直流输电系统，直流控制的主要目的是：
(1)两端之间的潮流控制：
(2)保护设备免受由故障产生的过电压和过电流：
(3)在直流系统的任何运行方式下稳定所连接的交流系统。
超高压直流输电的基本控制模式和控制功能包括：双极功率控制、同步极电流控制、应急极电流控制、开路试验模式、极功率传输方向控制、直流全压／降压运行控制模式、低负荷无功优化控制等。
直流输电的基本控制功能包括：主从站的选择、换流变分接头控制、无功功率控制、过负荷控制、最小电流限制、低压限流、接地极电流限制和监视、直流电压调节以及直流输电的附加控制。
3．2直流极控制系统
直流极控制系统是高压直流输电控制系统的核心。按照设定的功率值通过对整流侧和逆变侧相应设备的控制实现功率传输或电流传输。
3．2．1 直流极控制策略
控制策略的选择应保证直流系统能够响应快速且稳定的运行，同时能够使所产生的谐波、所消耗的无功功率以及输电引起的损耗最小。控制策略特性曲线见图2。Vd-，d平面上表示的三条特性曲线中，β特性曲线具有正斜率，γ特性曲线具有负斜率。
两端直流输电系统控制策略的选择：
(1)限制最大直流电流整流侧采用定电流控制：
(2)利用最大直流电压逆变侧采用定电压控制：
(3)减小换相失败的概率逆变侧采用最小关断角控制：
(4)减小换流变的无功消耗采用最小触发角控制。
根据控制策略的选择原则，直流输电系统中，正常运行状态整流侧一般选择定电流控制，逆变侧可选择两种控制方式：定电压控制和定熄弧角控制。
定电流控制在整流侧和逆变侧有不同的运行方式，正常运行状态整流侧主要采用定电流控制，逆变侧电流控制器作为后备功能，在整流侧交流系统发生非正常运行需要功率翻转时逆变侧电流控制器激活运行。
定电压控制主要维持直流电压运行在额定值，在 整流侧和逆变侧也有不同的运行方式。直流电压在逆变侧正常控制直流电压运行在额定值。在整流侧直流电压控制器限制电压在最大设置值。
熄弧角控制逆变侧熄弧角在设定的范围之内。
3．2．2直流极控制方式
对于两端直流输电系统，广泛采用电流裕度的控制方法。该方法限定了直流输电系统的运行区域，两端具有明确的功能，它同时还包含了直流系统的保护特性。
3．2．2．1 整流器运行模式
整流器运行模式有几条特性曲线定义，如图3所示。
——整流侧特性
——逆变侧特性
(1)整流侧的最小α特性
Vd-Id平面上整流侧稳态时的特性曲线为直线AB，通常α角的最小值为2°～5°，以保证换流阀有一个最小的正向电压能使阀导通。
(2)定电流特性
由于换流阀只有有限的热惯性，因此不能长时间承受超过其额定值的大电流。一般地，换流阀的电流上限指定为，Imax=1．2pu。定电流特性曲线为直线BC。
(3)VDCL特性
由于某种扰动而使整流站交流母线电压下降时根据交流系统维持直流输送功率的能力，需要采用低压限流(VDCL)控制特性。特性曲线为直线CD。
(4)最小电流Imax特性
加上这个限制是为了保证阀中有足够的直流电流以免出现电流中断运行，因为电流中断会导致非常危险的暂态直流电压。Imax的典型值为0．2-0．3pu。
3．2．2．2逆变器运行模式
(1)最小γ角特性
特性曲线为图3中直线SR，定义了定关断角控制模式。
(2)定电流特性 直线ST定义了逆变器的定电流运行特性。为了保持直流系统只有一个运行点，该运行点为整流器特性曲线和逆变器特性曲线的交点P，通常需要在整流侧电流指令值和逆变侧电流指令值之间设置一个电流裕度△Id。逆变器所要求的电流通常比整流器所要求的电流小一个电流裕度△I，△I必须选择的足够大，以避免整流侧和逆变侧的定电流控制模式由于谐波电流的影响而相互交叠。这种控制策略称为电流裕度方法。
(3)逆变器运行时的最小α角限制模式
直流TU是逆变器运行时的最小α角限制特性曲线。采用最小α角限制的目的是为了防止逆变器进入到整流运行模式。
(4)电流偏差区域
在逆变器运行特性的电流裕度范围经常要对其特性进行修正。这是为了避免当逆变侧为弱交流系统时可能出现多个运行点而导致系统的不稳定现象。
通常控制策略会采用一些修正措施来提高系统受到扰动时的行为特性，如整流侧VDCL特性采用C′D特性曲线，逆变侧PS特性采用PS′特性曲线。
3．3直流站控系统
直流站控系统负责交直流场设备的监视、控制和联锁，同时承担全站的无功控制，配置直流运行方式的功能。交直流站控系统主要用于实现换流站交直流开关场设备的顺序控制：计算换流站与交流系统的无功交换量，监视换流母线电压，并根据当前运行方式对换流站无功设备的投切进行控制，执行投切无功设备的指令：完成全站的电气联锁；完成全站主／辅设备监视报警信号的汇总管理。
站控主要范围：交直流场的控制；辅助系统的控制和监视：直流运行方式配置；无功功率控制(低压限流控制)：交流限压控制；不同控制场所的控制管理。
3．4直流保护系统
直流保护装置应能在保护区内所有故障或不正常运行能被检测到，以防止由于故障或过应力损坏HVDC设备。为提高保护的可靠性，直流保护应采用完全冗余的保护设备，主后备保护采用不同的保护原理，以避免保护死区，保证保护区内所有故障正确动作。直流极保护采用三重化冗余配置，专用的站间通信通道，可以自动识别各种运行方式，灵活配置各种主备保护。
主要保护装置包括：直流极保护；直流滤波器保护：直流线路保护；直流母线保护；换流变保护；交流滤波器保护：交流线路保护；交流母线保护；谐波保护。
不同的保护设备根据各自的保护区配置相应的保护，主要保护配置有差动保护、距离保护、过流保护、零序过流保护、过压保护、电流不平衡保护、桥差保护等。
3．5冗余设计
直流控制系统采用冗余的双通道设计，两套系统采用完全相同的设备对直流系统进行控制。运行状态一个为有效系统，另一个为热备用系统，切换逻辑(系统选择功能)能够保证在任何时候只有一个控制系统有效。所有的输入信号同时输入到两个极控系统，由极控系统对这些数据进行连续地运算和处理，并产生相应的点火脉冲。同时为保证冗余极控系统的输出一致，热备用系统的一些关键数据要被主系统实时刷新。热备用系统的输出被系统选择单元屏蔽，模拟量和开关量输出通过切换逻辑，有效系统进行输出。
两个系统单独安装，电气上完全隔离。
两个极控系统中硬连线方式的开关量输出信号连接到逻辑功能模块(LFM)，LFM由切换逻辑(COL)进行控制。来自双重化的极控系统的模拟量输出信号连接到TFR和直流保护系统。
极控系统和VBE一起作为冗余系统的整体，在主系统发生故障时向热备用系统切换。
3．6测量系统
测量系统主要为控制和保护系统提供所需要的模拟量和数字量的输入，采用冗余设计，控制和保护系统所需要的模拟量和数字量通过冗余的光接口输送到控制和保护系统。
需要测量监视的信号有：交直流电流、电压：触发角的测量：故障诊断。
换流母线上的三相交流电压可以通过辅助变压器来测量。
HVDC系统需要高精度的可靠的直流电流电压测量，测量直流电流要将电流信号先转换成A／D要求的电压信号，转换为数字量后由安装在当地的光学电流传感器把数字量转换为串行的光信号，通过光纤传送到控制和保护系统：直流电压的测量先用分压器将电压信号转换成A／D要求的电压信号，采用电流测量相同的方法测量直流电压。
利用光纤将阀导通状态传送到地电位，阀的关断时间通过相对应的交流电压过零点来获得。
光电流传感器由于使用了光纤来连接高电位和地电位，从而降低了发生闪络的概率，功率光纤将电能传送到高电位上的电子设备，数据光纤将数据传递到地电位。采用光纤连接具有更好的可靠性、更紧凑的设计和更低的成本。
4现场处理层
现场控制层主要包括接口装置和分布式I／O控制单元。现场控制层将现场采集到的模拟量、数字量通过现场总线传输到控制和保护系统进行处理，同时也接受来自运行人员控制层和控制保护层的控制命令，这些控制命令包括：断路器、接地开关、当地／闭锁／远方开关的选择等。在当地操作状态，禁止执行来自运行人员控制层和控制保护层的控制命令。
辅助系统如UPS、阀冷却、火灾检测等的监测和控制也放在当地操作，辅助系统的状态量和模拟量通过人机接口显示，具有事件记录和趋势分析功能。
5 通信系统
直流控制保护通信系统包括换流站各控制保护层之间的通信和远动通信系统。各控制保护层之间的通信包括运行人员控制层与控制保护层的通信及现场控制层的通信。远动通信系统包括换流站与远方各调度中心的通信及换流站站间通信。
(1)LAN系统。国际标准的LAN网能够连接不同类型的计算机。两个完全相同的独立的LAN网组成冗余系统。通信速率10Mbps或100Mbps，通信媒介可采用屏蔽双绞线或光缆，通信距离最大可达4000m。
(2)现场总线系统。控制系统与现场设备之间的通信采用现场总线，现场总线采用标准的IEC 61158PROFIBUS DP通信协议，通信媒介采用工业标准的屏蔽双绞线或光缆。光纤通信可达到电气隔离的目的。
(3)运动通信系统。运动通信系统主要包括换流站之间和换流站与调度中心之间的通信。通信根据不同的HVDC应用和已经存在的通信方式采用不同的通信方式。
6仿真和测试
仿真和测试系统可对控制和保护系统所有的控制和保护功能进行仿真和功能测试。同时对保护控制设备的硬件和软件进行故障检查。仿真测试分动态模拟测试和功能测试。
动态模拟测试能真实地模拟系统各种运行方式，并预测系统行为。仿真测试软件同样可以在线或离线模拟系统各种运行方式，模拟各种故障情况，如交流故障和直流故障等。
功能测试主要测试不同的控制装置之间的数据交换和顺序控制等静态性能。
目前，仿真和测试已应用于许继电气最新开发的直流输电控制和保护系统。
7 结束语
许继电气研究开发的超高压直流输电控制和保护系统，采用分层分布式对换流站内各测量、控制设备进行有效合理的分布，各控制保护设备冗余配置，提高了设备运行可靠性和稳定性，在研究开发过程中采用了多项核心技术并对软硬件各功能块进行了详细测试。这些技术已成功运用到灵宝工程和正在测试和即将投运的高岭和贵广二回工程。
【关键词】 控制和保护系统 分层控制 冗余 控制策略 通信系统
直流输电技术经过几十年的发展，现在已成为成熟技术。由于直流输电适合大容量远距离输电、适合交直流联网和易于控制，国内近十几年内将有20条输电线路采用直流输电技术。国内各研制单位和生产厂家经过技术引进和消化吸收国外先进技术，研制具有国内自主知识产权和符合国内电力系统特点的直流输电控制保护系统条件已经成熟。许继电气从1986就从事直流输电技术的研究，作为国内最早研究直流输电控制保护系统和直流输电国产化基地的研制单位，经过技术引进和自主研发，现已研发出具有自主知识产权的高压、超高压不同软硬件平台的直流控制保护系统。许继电气在自己开发的控制保护系统软硬件平台融入多项核心技术和技术专利，这些核心技术和专利在灵宝工程和贵广二回工程的运行和测试中得到了很好的验证。
1 系统简介
直流输电控制和保护系统分为运行人员控制层、控制和保护层及现场处理层三个层，系统原理框图见图1，现场处理层为方便表示只表示出I／O单元。
运行人员控制层主要由冗余的人机接口和故障录波系统组成。各人机接口之间采用高速的冗余100兆LAN网交换数据，远动通信设备如与调度中心和换流站间的通信采用专用的通信通道。运行人员控制系统也具有时钟同步功能，时钟同步系统采用GPS(全球卫星定位系统)作为时间基准，通过发送时钟同步命令保持换流站内各系统和换流站间的时钟同步。
控制和保护层包括站控、极控、交直流保护和测量系统。这些系统采用许继的核心技术和专利保持在冗余的情况下集成强大的控制和保护功能。
现场处理层主要包括接口装置和分布式I／O测量控制单元，换流变、换流器、交直流滤波器、冷却设备和交直流场也包括在现场处理层。控制保护层和现场处理层的信息交换采用冗余的光总线系统。
2运行人员控制层
运行人员控制层担负着整个换流站一、二次设备运行状态的监视、控制和事故预警功能。完成的主要功能：
(1)SCADA系统。SCADA系统主要完成换流站内交直流系统的运行控制、数据采集显示和处理功能。
(2)事件记录功能。特高压系统需要记录大量的事件，事件记录内容包括：发生时间；对象；属性描述：故障级别。根据事件的严重程度划分不同的事件级别：故障事件；告警事件；状态事件；命令事件。事件记录分辨率1ms。
(3)时钟同步功能。所有的控制和保护子系统(包括I／O单元)利用时钟同步系统保持时钟同步，为故障事件、告警事件和状态显示提供时间标志。时钟同步系统放置在各换流站的控制室，有两套独立的单元组成，双冗余配置。时钟精度至少1ms，外部与主时钟系统通过光缆连接。
(4)故障录波功能。故障录波主要用于监视变电站内重要的模拟量和二进制信号，如交流和直流系统的被测量信号和相关控制保护系统信号。暂态故障录波分析仪是协助分析交流开关场和高压直流输电系统出现故障的分析工具。故障录波配有专用的离线分析工具，这些工具包括：数学函数；数字滤波；伸缩放大和统计功能。
(5)远动通信系统。交直流站控系统通过冗余的高速LAN网和对站交直流站控系统进行数据交换，交换的数据有模拟信号和数字信号，它们被用于控制、测量，以及与控制投／切命令相关的双态事件和状态监视的显示，高压直流远动系统可以处理两个换流站之间交换的运行人员控制和监视信号，以及需要站间配合的直流系统功率控制、保护、直流投切和顺序控制信号。
整个系统配置的软件系统由系统软件、支持软件和应用软件组成，该软件系统采用标准语言的模块化结构，具有可扩展性、可维护性以及自诊断功能。整个系统的所有重要的子系统为冗余配置，任何影响基本功能的不正确工况均能被及时检测出并能启动自动故障切换。
3控制和保护层
直流输电控制保护层主要完成交直流系统一次设备的测量、控制和保护功能。许继电气经过20年的技术积累和对引进技术的消化吸收，采用计算机技术、通信技术和电子技术的最新成果，开发出以图形化编程和高端多DSP系统为基础的软硬件平台。目前该系统大多功能已通过仿真和测试，并通过现场运行的考验。
3．1 直流输电控制功能
典型的两端直流输电系统，直流控制的主要目的是：
(1)两端之间的潮流控制：
(2)保护设备免受由故障产生的过电压和过电流：
(3)在直流系统的任何运行方式下稳定所连接的交流系统。
超高压直流输电的基本控制模式和控制功能包括：双极功率控制、同步极电流控制、应急极电流控制、开路试验模式、极功率传输方向控制、直流全压／降压运行控制模式、低负荷无功优化控制等。
直流输电的基本控制功能包括：主从站的选择、换流变分接头控制、无功功率控制、过负荷控制、最小电流限制、低压限流、接地极电流限制和监视、直流电压调节以及直流输电的附加控制。
3．2直流极控制系统
直流极控制系统是高压直流输电控制系统的核心。按照设定的功率值通过对整流侧和逆变侧相应设备的控制实现功率传输或电流传输。
3．2．1 直流极控制策略
控制策略的选择应保证直流系统能够响应快速且稳定的运行，同时能够使所产生的谐波、所消耗的无功功率以及输电引起的损耗最小。控制策略特性曲线见图2。Vd-，d平面上表示的三条特性曲线中，β特性曲线具有正斜率，γ特性曲线具有负斜率。
两端直流输电系统控制策略的选择：
(1)限制最大直流电流整流侧采用定电流控制：
(2)利用最大直流电压逆变侧采用定电压控制：
(3)减小换相失败的概率逆变侧采用最小关断角控制：
(4)减小换流变的无功消耗采用最小触发角控制。
根据控制策略的选择原则，直流输电系统中，正常运行状态整流侧一般选择定电流控制，逆变侧可选择两种控制方式：定电压控制和定熄弧角控制。
定电流控制在整流侧和逆变侧有不同的运行方式，正常运行状态整流侧主要采用定电流控制，逆变侧电流控制器作为后备功能，在整流侧交流系统发生非正常运行需要功率翻转时逆变侧电流控制器激活运行。
定电压控制主要维持直流电压运行在额定值，在 整流侧和逆变侧也有不同的运行方式。直流电压在逆变侧正常控制直流电压运行在额定值。在整流侧直流电压控制器限制电压在最大设置值。
熄弧角控制逆变侧熄弧角在设定的范围之内。
3．2．2直流极控制方式
对于两端直流输电系统，广泛采用电流裕度的控制方法。该方法限定了直流输电系统的运行区域，两端具有明确的功能，它同时还包含了直流系统的保护特性。
3．2．2．1 整流器运行模式
整流器运行模式有几条特性曲线定义，如图3所示。
——整流侧特性
——逆变侧特性
(1)整流侧的最小α特性
Vd-Id平面上整流侧稳态时的特性曲线为直线AB，通常α角的最小值为2°～5°，以保证换流阀有一个最小的正向电压能使阀导通。
(2)定电流特性
由于换流阀只有有限的热惯性，因此不能长时间承受超过其额定值的大电流。一般地，换流阀的电流上限指定为，Imax=1．2pu。定电流特性曲线为直线BC。
(3)VDCL特性
由于某种扰动而使整流站交流母线电压下降时根据交流系统维持直流输送功率的能力，需要采用低压限流(VDCL)控制特性。特性曲线为直线CD。
(4)最小电流Imax特性
加上这个限制是为了保证阀中有足够的直流电流以免出现电流中断运行，因为电流中断会导致非常危险的暂态直流电压。Imax的典型值为0．2-0．3pu。
3．2．2．2逆变器运行模式
(1)最小γ角特性
特性曲线为图3中直线SR，定义了定关断角控制模式。
(2)定电流特性 直线ST定义了逆变器的定电流运行特性。为了保持直流系统只有一个运行点，该运行点为整流器特性曲线和逆变器特性曲线的交点P，通常需要在整流侧电流指令值和逆变侧电流指令值之间设置一个电流裕度△Id。逆变器所要求的电流通常比整流器所要求的电流小一个电流裕度△I，△I必须选择的足够大，以避免整流侧和逆变侧的定电流控制模式由于谐波电流的影响而相互交叠。这种控制策略称为电流裕度方法。
(3)逆变器运行时的最小α角限制模式
直流TU是逆变器运行时的最小α角限制特性曲线。采用最小α角限制的目的是为了防止逆变器进入到整流运行模式。
(4)电流偏差区域
在逆变器运行特性的电流裕度范围经常要对其特性进行修正。这是为了避免当逆变侧为弱交流系统时可能出现多个运行点而导致系统的不稳定现象。
通常控制策略会采用一些修正措施来提高系统受到扰动时的行为特性，如整流侧VDCL特性采用C′D特性曲线，逆变侧PS特性采用PS′特性曲线。
3．3直流站控系统
直流站控系统负责交直流场设备的监视、控制和联锁，同时承担全站的无功控制，配置直流运行方式的功能。交直流站控系统主要用于实现换流站交直流开关场设备的顺序控制：计算换流站与交流系统的无功交换量，监视换流母线电压，并根据当前运行方式对换流站无功设备的投切进行控制，执行投切无功设备的指令：完成全站的电气联锁；完成全站主／辅设备监视报警信号的汇总管理。
站控主要范围：交直流场的控制；辅助系统的控制和监视：直流运行方式配置；无功功率控制(低压限流控制)：交流限压控制；不同控制场所的控制管理。
3．4直流保护系统
直流保护装置应能在保护区内所有故障或不正常运行能被检测到，以防止由于故障或过应力损坏HVDC设备。为提高保护的可靠性，直流保护应采用完全冗余的保护设备，主后备保护采用不同的保护原理，以避免保护死区，保证保护区内所有故障正确动作。直流极保护采用三重化冗余配置，专用的站间通信通道，可以自动识别各种运行方式，灵活配置各种主备保护。
主要保护装置包括：直流极保护；直流滤波器保护：直流线路保护；直流母线保护；换流变保护；交流滤波器保护：交流线路保护；交流母线保护；谐波保护。
不同的保护设备根据各自的保护区配置相应的保护，主要保护配置有差动保护、距离保护、过流保护、零序过流保护、过压保护、电流不平衡保护、桥差保护等。
3．5冗余设计
直流控制系统采用冗余的双通道设计，两套系统采用完全相同的设备对直流系统进行控制。运行状态一个为有效系统，另一个为热备用系统，切换逻辑(系统选择功能)能够保证在任何时候只有一个控制系统有效。所有的输入信号同时输入到两个极控系统，由极控系统对这些数据进行连续地运算和处理，并产生相应的点火脉冲。同时为保证冗余极控系统的输出一致，热备用系统的一些关键数据要被主系统实时刷新。热备用系统的输出被系统选择单元屏蔽，模拟量和开关量输出通过切换逻辑，有效系统进行输出。
两个系统单独安装，电气上完全隔离。
两个极控系统中硬连线方式的开关量输出信号连接到逻辑功能模块(LFM)，LFM由切换逻辑(COL)进行控制。来自双重化的极控系统的模拟量输出信号连接到TFR和直流保护系统。
极控系统和VBE一起作为冗余系统的整体，在主系统发生故障时向热备用系统切换。
3．6测量系统
测量系统主要为控制和保护系统提供所需要的模拟量和数字量的输入，采用冗余设计，控制和保护系统所需要的模拟量和数字量通过冗余的光接口输送到控制和保护系统。
需要测量监视的信号有：交直流电流、电压：触发角的测量：故障诊断。
换流母线上的三相交流电压可以通过辅助变压器来测量。
HVDC系统需要高精度的可靠的直流电流电压测量，测量直流电流要将电流信号先转换成A／D要求的电压信号，转换为数字量后由安装在当地的光学电流传感器把数字量转换为串行的光信号，通过光纤传送到控制和保护系统：直流电压的测量先用分压器将电压信号转换成A／D要求的电压信号，采用电流测量相同的方法测量直流电压。
利用光纤将阀导通状态传送到地电位，阀的关断时间通过相对应的交流电压过零点来获得。
光电流传感器由于使用了光纤来连接高电位和地电位，从而降低了发生闪络的概率，功率光纤将电能传送到高电位上的电子设备，数据光纤将数据传递到地电位。采用光纤连接具有更好的可靠性、更紧凑的设计和更低的成本。
4现场处理层
现场控制层主要包括接口装置和分布式I／O控制单元。现场控制层将现场采集到的模拟量、数字量通过现场总线传输到控制和保护系统进行处理，同时也接受来自运行人员控制层和控制保护层的控制命令，这些控制命令包括：断路器、接地开关、当地／闭锁／远方开关的选择等。在当地操作状态，禁止执行来自运行人员控制层和控制保护层的控制命令。
辅助系统如UPS、阀冷却、火灾检测等的监测和控制也放在当地操作，辅助系统的状态量和模拟量通过人机接口显示，具有事件记录和趋势分析功能。
5 通信系统
直流控制保护通信系统包括换流站各控制保护层之间的通信和远动通信系统。各控制保护层之间的通信包括运行人员控制层与控制保护层的通信及现场控制层的通信。远动通信系统包括换流站与远方各调度中心的通信及换流站站间通信。
(1)LAN系统。国际标准的LAN网能够连接不同类型的计算机。两个完全相同的独立的LAN网组成冗余系统。通信速率10Mbps或100Mbps，通信媒介可采用屏蔽双绞线或光缆，通信距离最大可达4000m。
(2)现场总线系统。控制系统与现场设备之间的通信采用现场总线，现场总线采用标准的IEC 61158PROFIBUS DP通信协议，通信媒介采用工业标准的屏蔽双绞线或光缆。光纤通信可达到电气隔离的目的。
(3)运动通信系统。运动通信系统主要包括换流站之间和换流站与调度中心之间的通信。通信根据不同的HVDC应用和已经存在的通信方式采用不同的通信方式。
6仿真和测试
仿真和测试系统可对控制和保护系统所有的控制和保护功能进行仿真和功能测试。同时对保护控制设备的硬件和软件进行故障检查。仿真测试分动态模拟测试和功能测试。
动态模拟测试能真实地模拟系统各种运行方式，并预测系统行为。仿真测试软件同样可以在线或离线模拟系统各种运行方式，模拟各种故障情况，如交流故障和直流故障等。
功能测试主要测试不同的控制装置之间的数据交换和顺序控制等静态性能。
目前，仿真和测试已应用于许继电气最新开发的直流输电控制和保护系统。
7 结束语
许继电气研究开发的超高压直流输电控制和保护系统，采用分层分布式对换流站内各测量、控制设备进行有效合理的分布，各控制保护设备冗余配置，提高了设备运行可靠性和稳定性，在研究开发过程中采用了多项核心技术并对软硬件各功能块进行了详细测试。这些技术已成功运用到灵宝工程和正在测试和即将投运的高岭和贵广二回工程。