DPS 5000直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及直流控制保護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全分析與對(duì)策

經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，直流輸電技術(shù)在我國(guó)獲得了廣泛的工程應(yīng)用，直流輸電

工程已經(jīng)成為堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要組成部分?；陂L(zhǎng)期工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出了直

流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，研制了適用于直流輸電系統(tǒng)的DPS-5000緊湊

型控制保護(hù)主機(jī)；基于DPS—5000平臺(tái)的軟硬件特點(diǎn)，提出了直流輸電緊湊型

控制保護(hù)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案；構(gòu)建了實(shí)時(shí)數(shù)字仿真平臺(tái)，仿真結(jié)果驗(yàn)證了緊湊

型控制保護(hù)設(shè)計(jì)方案的正確性，為緊湊型直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)工程應(yīng)用提供了

重要參考。

我國(guó)能源資源與電力負(fù)荷需求呈“逆向分布”，能源資源主要分布在西部、北

部，而電阻負(fù)荷主要分布在中部、東部。在這一背景下，國(guó)家提出“西電東送”

的發(fā)展計(jì)劃，目的在于合理配置資源、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。直流輸電作為國(guó)家實(shí)施“西

電東送''戰(zhàn)略的關(guān)鍵技術(shù)，有望在我國(guó)的電網(wǎng)建設(shè)中和電力資源優(yōu)化配置方面發(fā)

揮重要作用。

和交流輸電相比，直流輸電具有輸送容量更大、輸送距離更遠(yuǎn)、走廊占地更

少、單位容量造價(jià)更低的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)階段我國(guó)已建成三十余項(xiàng)直流輸電工程，是世

界上直流輸電工程數(shù)量最多、電壓等級(jí)最高、輸送容量最大的國(guó)家。根據(jù)《電力

發(fā)展“十三五”規(guī)劃(2016—2020)》，“十三五”期間扎魯特一青州特高壓分層接入

直流、錫盟一泰州特高壓分層接入直流、張北到北京柔性直流、渝鄂背靠背柔性

直流等直流輸電工程已投入運(yùn)行，止匕外，仍有多條特高壓直流輸電工程已經(jīng)獲得

核準(zhǔn)批復(fù)。

直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)是直流輸電工程的核心技術(shù)。目前國(guó)外直流輸電控制

保護(hù)系統(tǒng)主要以ABB和SIEMENS的產(chǎn)品為主，在向上工程中，采用ABB公司

的DCC—8()0控制保護(hù)系統(tǒng);在云廣特高壓工程中，采用西門子公司的WIN-TDC

控制保護(hù)系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)主要以南瑞繼保和許繼電氣的產(chǎn)品為

主，南瑞繼保的PCS9550直流輸電控制保護(hù)平臺(tái)在哈密一鄭州、酒泉一湖南、

上海廟一山東等直流輸電工程中得到應(yīng)用，許繼的DPS—3000直流輸電控制保

護(hù)平臺(tái)在宜賓一金華、晉北一南京、錫盟―泰州等直流輸電工程中得到應(yīng)用。

我國(guó)的直流輸電控制保護(hù)技術(shù)經(jīng)歷了從技術(shù)引進(jìn)、消化吸收、自主研發(fā)等階

段的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)步入技術(shù)升級(jí)、更新?lián)Q代的階段。DPS—5000作為新一代的

直流輸電控制保護(hù)平臺(tái)，采用緊湊化設(shè)計(jì)，具有體積更小、性能更優(yōu)、抗干擾能

力更強(qiáng)、運(yùn)行更穩(wěn)定的特點(diǎn)。

1直流輸電控制保護(hù)設(shè)計(jì)原則

1.1直流輸電工程拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

我國(guó)的直流輸電工程以長(zhǎng)距離直流輸電為主，長(zhǎng)距離直流輸電按電壓等級(jí)可

分為高壓直流輸電和特高壓直流輸電，高壓直流輸電工程和特高壓直流輸電工程

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類似，特高壓直流輸電工程每個(gè)極多串聯(lián)一個(gè)12脈動(dòng)換流器。特高壓

直流輸電工程典型拓?fù)淙鐖D1所示。

圖1特高壓直流輸電工程典型拓?fù)?/p>

1.2直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

根據(jù)長(zhǎng)期工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出直流輸電工程控制保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則為：

1）直流控制保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)的通信規(guī)約和開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，換流站其

他輔助系統(tǒng)能方便接入直流控制保護(hù)系統(tǒng)。

2）直流控制保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立配置，控制和保護(hù)系統(tǒng)的采集回路應(yīng)相互獨(dú)立。

控制保護(hù)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)將任一元件故障造成的影響范圍降至最小。

3）直流控制、交/直流站控系統(tǒng)按雙重化冗余結(jié)構(gòu)配置，即從數(shù)據(jù)采集到數(shù)

據(jù)傳輸再到控制系統(tǒng)出口均要按完全雙重化原則配置。運(yùn)行人員控制系統(tǒng)中的服

務(wù)器、站局域網(wǎng)（localareanetwork,LAN）等按雙重化冗余結(jié)構(gòu)配置，其余設(shè)備

要考慮足夠的串行冗余度，并確保任何單一設(shè)備故障不影響直流系統(tǒng)的正常運(yùn)

行。

4）換流站設(shè)置有運(yùn)行人員控制室。兩端系統(tǒng)一般采用“一個(gè)站合并運(yùn)維、

個(gè)站調(diào)度運(yùn)行”模式，全站監(jiān)控系統(tǒng)信息處理能力和容量應(yīng)滿足合并運(yùn)行的要求。

5）換流站遠(yuǎn)動(dòng)信息應(yīng)直送國(guó)調(diào)（總調(diào)）中心、備調(diào)、網(wǎng)調(diào)、省調(diào)。遠(yuǎn)動(dòng)信

息傳輸采用雙平面數(shù)據(jù)網(wǎng)接入方式。

6）直流保護(hù)系統(tǒng)按三重化原則冗余配置，采用“三取二''跳閘邏輯，以保證

直流系統(tǒng)保護(hù)的可靠性，確保不拒動(dòng)不誤動(dòng)。交流濾波器保護(hù)一般采用雙重化冗

余配置，采用“啟動(dòng)+動(dòng)作”的跳閘邏輯。

7）直流系統(tǒng)的保護(hù)應(yīng)確保每一裝置或保護(hù)區(qū)域在任何運(yùn)行方式下都能被正

確地保護(hù)，任何單一元件的故障不應(yīng)導(dǎo)致保護(hù)的誤動(dòng)。任何冗余的直流保護(hù)都應(yīng)

采取相應(yīng)的防誤動(dòng)措施，但防誤動(dòng)措施不能依賴雙重化保護(hù)的切換實(shí)現(xiàn)。保護(hù)每

一重的測(cè)量回路、電源回路、出口跳閘回路及通信接口回路均按完全獨(dú)立的原則

設(shè)計(jì)。

8）換流站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)裝置采集換流站監(jiān)控層的服務(wù)器、工作站、網(wǎng)

絡(luò)設(shè)備和安防設(shè)備自身感知的安全數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)安全事件，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全事件的

本地監(jiān)視和管理。

2DPS—5000控制保護(hù)主機(jī)

基于直流輸電控制保護(hù)設(shè)計(jì)原則，結(jié)合十余年直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)經(jīng)

驗(yàn)，研制了DPS—5000緊湊型控制保護(hù)主機(jī)，相較于上一代的DPS—3000直流

輸電控制保護(hù)主機(jī)，對(duì)處理器性能、總線及背板性能、標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)計(jì)和遠(yuǎn)程維護(hù)

等進(jìn)行了升級(jí)。

2.1緊湊型控制保護(hù)主機(jī)

基于直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)的需求，研制了標(biāo)準(zhǔn)4U的主機(jī)，以緊湊型極保

護(hù)主機(jī)為例，機(jī)箱配置如圖2所示。

■

■

■

圖2緊湊型極保于主機(jī)

相較于DPS—3000控制保護(hù)主機(jī)，DPS—5000控制保護(hù)主機(jī)在主機(jī)尺寸、

背板總線性能、主處理器板卡、信號(hào)處理器板卡、高速控制總線等方面的性能有

了顯著提升，具體對(duì)比見(jiàn)表1。

序號(hào)對(duì)比項(xiàng)DPS—3000系統(tǒng)DPS—5000系統(tǒng)

1機(jī)箱結(jié)構(gòu)9U4U

2背板總線標(biāo)準(zhǔn)背板總線>1Gbit/s的高速背板總線

主處理器

3單核雙核

板卡

信號(hào)處理器

4單核(260MHz)主史理器板卡代替，雙核

板卡

高速控制

532Mbit/s>300Mbit/s

總線

表1DPS—5000主機(jī)與DPS—3000主機(jī)主要性能對(duì)比表

除了以上方面的提升，DPS—5()00系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程維護(hù)管理、系

統(tǒng)構(gòu)架、鏈路延時(shí)等方面也進(jìn)行了升級(jí)，更能滿足未來(lái)直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)尤

其是柔性直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)的要求。

2.2處理器和總線性能提升

DPS—5000控制保護(hù)主機(jī)主處理器板卡服務(wù)處理單元(serviceprocessing

unit,SPU)采用多核設(shè)計(jì)，處理器性能的提升減少了機(jī)箱中處理滯的數(shù)量，進(jìn)一

步降低了功耗，控制保護(hù)主機(jī)采用無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)可靠性的同時(shí)也節(jié)約了

屏柜空間。

千兆級(jí)多節(jié)點(diǎn)串聯(lián)高速時(shí)分復(fù)用技術(shù)(time-divisionmulliplexing,TDM)總

線設(shè)計(jì)，支持多節(jié)點(diǎn)間超高速同步數(shù)據(jù)傳送,千兆級(jí)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)超高速控制總線設(shè)計(jì),

實(shí)現(xiàn)裝置間超高速通信。研制超過(guò)IGbit/s的高速背板總線，block數(shù)據(jù)傳輸及阻

塞特性均有大幅度提升。

2.3全面的標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)計(jì)

DPS—5000控制保護(hù)主機(jī)同時(shí)具備以太網(wǎng)、PROFIBUS、控制器域網(wǎng)

屏?，F(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備主要由分布式的I/O單元構(gòu)成，包括閥廳/換流變接口屏、直流

場(chǎng)接口屏、交流濾波器場(chǎng)接口屏等，實(shí)現(xiàn)控制保護(hù)裝置與交直流系統(tǒng)一次設(shè)備和

換流站輔助系統(tǒng)的接口，一次設(shè)備狀態(tài)和系統(tǒng)運(yùn)行信息的采集處理和上傳等功

能。

3.2DPS—5000運(yùn)行人員控制系統(tǒng)配置方案

運(yùn)行人員控制系統(tǒng)采用Linux服務(wù)器和Windows工作站的跨平臺(tái)設(shè)計(jì)，性

能穩(wěn)定、安全可靠、組態(tài)靈活、接口友好、操作維護(hù)方便。主要由運(yùn)行人員工作

站、工程師工作站、輔助系統(tǒng)工作站、遠(yuǎn)動(dòng)工作站等裝置構(gòu)成。

1）運(yùn)行人員工作站。對(duì)交直流系統(tǒng)一、二次設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存

儲(chǔ)，并為運(yùn)行人員提供監(jiān)視和控制操作的界面。

2）工程師工作站。實(shí)現(xiàn)對(duì)全站的控制保護(hù)主機(jī)軟件程序版本管理、軟件邏

輯的查看、核對(duì)，也可以通過(guò)專用的保護(hù)定值整定工具遠(yuǎn)程對(duì)保護(hù)定值、內(nèi)部參

數(shù)等進(jìn)行整定、導(dǎo)出工作。

3）輔助系統(tǒng)工作站。通過(guò)輔助系統(tǒng)工作站，站內(nèi)不同廠家的多種輔助系統(tǒng)

的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入運(yùn)行人員控制系統(tǒng)，包括火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、電能計(jì)

量系統(tǒng)和站用電源系統(tǒng)等，統(tǒng)一在運(yùn)行人員工作站對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。

4）遠(yuǎn)動(dòng)工作站。近動(dòng)系統(tǒng)包括兩個(gè)部分，一部分通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)工作站連接到多

個(gè)調(diào)度中心，使用104規(guī)約按照約定的點(diǎn)表向各個(gè)調(diào)度中心傳送數(shù)據(jù)，一部分通

過(guò)告警圖形網(wǎng)關(guān)把站內(nèi)的告警信息和圖形頁(yè)面直接傳送到國(guó)調(diào)中心。遠(yuǎn)動(dòng)工作站

采用直采直送原則，直接和控制保護(hù)主機(jī)連接并獲取數(shù)據(jù)，然后上送到各個(gè)調(diào)度

中心，告警圖形網(wǎng)關(guān)連接到站服務(wù)器，向國(guó)調(diào)中心傳輸站內(nèi)經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)信息。

它們與調(diào)度中心都通過(guò)雙平面數(shù)據(jù)網(wǎng)連接。

3.3DPS—5000控制保護(hù)設(shè)備配置方案

直流輸電控制系統(tǒng)主要有極控制系統(tǒng)、換流器控制系統(tǒng)（特高壓直流）、交/

直流站控系統(tǒng)、站用電控制系統(tǒng)，控制設(shè)備均采月雙重化冗余配置，通過(guò)高速冗

余切換裝置實(shí)現(xiàn)兩套控制系統(tǒng)的主、從切換。

直流輸電直流保護(hù)系統(tǒng)主要有極保護(hù)系統(tǒng)、換流器保護(hù)系統(tǒng)（特高壓直流），

均采用三重化冗余配置，通過(guò)三取二邏輯判斷后輸出動(dòng)作信號(hào)，三取二裝置采用

冗余配置，分別配置在保護(hù)A/B系統(tǒng)中。

DPS-5000控制保護(hù)主機(jī)采用緊湊化設(shè)計(jì)，測(cè)量接口裝置和控制保護(hù)主機(jī)合

并組屏，例如極保護(hù)主機(jī)和極保護(hù)測(cè)量接口裝置都放置在極保護(hù)屏柜中，一個(gè)特

高壓直流輸電工程，可以節(jié)省36面測(cè)量接口屏柜，同時(shí)測(cè)量接口裝置的10板卡

集成有繼電器，可大幅減少屏柜內(nèi)繼電器數(shù)量，使屏柜設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔。緊湊型

控制保護(hù)系統(tǒng)采用全光纖設(shè)計(jì)，控制主機(jī)、保護(hù)主機(jī)和三取二裝置通過(guò)光纖通信。

以閥控和換流器保護(hù)系統(tǒng)為例，全光纖式緊湊型控制保護(hù)設(shè)計(jì)方案如圖4所示。

圖4全光纖式緊湊型控制保護(hù)設(shè)計(jì)方案

3.4DPS—5000控制保護(hù)功能配置

以特高壓直流工程為例，對(duì)直流控制系統(tǒng)的功能配置進(jìn)行介紹。

1）極控系統(tǒng)主要功能。完成通信處理、電流定值計(jì)算和配合、閥組平衡控

制、極功率、電流限制、極功率轉(zhuǎn)移、低電壓限流、電流裕額補(bǔ)償、穩(wěn)定控制等

功能。

2）閥組控制系統(tǒng)主要功能。完成通信處理、閥組起停、解閉鎖時(shí)序、分接

頭控制、電壓電流閉環(huán)控制（武漢站）、旁路開(kāi)關(guān)、旁路隔離開(kāi)關(guān)控制、聯(lián)鎖等。

3）交流站控系統(tǒng)主要功能。完成通信處理、交流場(chǎng)開(kāi)關(guān)控制與監(jiān)視及中開(kāi)

關(guān)聯(lián)鎖邏輯等。

4）直流站控系統(tǒng)主要功能。完成通信處理、無(wú)功功率控制、直流場(chǎng)控制與

監(jiān)視、雙極層控制、穩(wěn)定控制等功能。

5）站用電控制系統(tǒng)主要功能。完成通信處理、站用電開(kāi)關(guān)控制與監(jiān)視及備

自投邏輯等功能。

以特高壓直流工程為例，直流保護(hù)系統(tǒng)包含的保護(hù)分區(qū)有換流變保護(hù)區(qū)、換

流器保護(hù)區(qū)、極保護(hù)區(qū)和雙極保護(hù)區(qū)。直流保護(hù)分區(qū)如圖5所示。

換流變壓器區(qū)保護(hù)：繞組差動(dòng)保護(hù)、引線差動(dòng)保護(hù)、大差保護(hù)、小差保護(hù)、

開(kāi)關(guān)過(guò)電流保護(hù)、零序過(guò)電流保護(hù)、零序差動(dòng)保護(hù)、過(guò)勵(lì)磁保護(hù)、飽和保護(hù)、網(wǎng)

側(cè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)、網(wǎng)側(cè)過(guò)電流保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)。

換流器區(qū)保護(hù)：換流器過(guò)電流保護(hù)、閥短路保護(hù)、換相失敗保護(hù)、換流器差

動(dòng)保護(hù)、換流變中性點(diǎn)偏移保護(hù)、換流器旁通對(duì)過(guò)負(fù)荷保護(hù)、換流那旁通開(kāi)關(guān)保

護(hù)、換流器直流過(guò)電壓保護(hù)、換流器諧波保護(hù)。

換流變換流器

保護(hù)區(qū)保護(hù)區(qū)極保護(hù)區(qū)

直

流

濾

波

器

玄雙極保護(hù)區(qū)

4

O

另一極匚

圖5直流保護(hù)分區(qū)

極區(qū)保護(hù)：直流諧波保護(hù)、極母線差動(dòng)保護(hù)、中性母線差動(dòng)保護(hù)、極差保護(hù)、

接地極線開(kāi)路保護(hù)、交直流碰線監(jiān)視、線路行波保護(hù)、線路突變量保護(hù)、線路低

電壓保護(hù)、直流線路縱差保護(hù)、直流過(guò)電壓保護(hù)、直流低電壓保護(hù)、中性母線開(kāi)

關(guān)(neutralbusswitch,NBS)保護(hù)、直流濾波器差動(dòng)保護(hù)、直流流波器電容器不

平衡保護(hù)、直流濾波器電阻/電抗過(guò)負(fù)荷保護(hù)、直流濾波器失諧監(jiān)視、直流濾波

器高壓電容器接地保護(hù)、高低端閥組連線差動(dòng)保護(hù)、中性母線沖擊電容器過(guò)電流

保護(hù)。

雙極區(qū)保護(hù)：雙極中性母線差動(dòng)保護(hù)、金屬回線接地保護(hù)、金屬回線縱差保

護(hù)、金屬回線橫差保護(hù)、站接地過(guò)電流保護(hù)、后備站接地過(guò)電流保護(hù)、中性母線

接地開(kāi)關(guān)(neuralbusgroundingswitch,NBGS)/大地回線轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(groundreturn

transferswitch,GRTS)/金屬同線轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(metallicreturntransferbreaker,MRTB)

開(kāi)關(guān)保護(hù)、接地極線差動(dòng)保護(hù)、接地極線過(guò)負(fù)荷保護(hù)、接地極線不平衡保護(hù)。

4實(shí)時(shí)數(shù)字仿真試驗(yàn)

4.1仿真試驗(yàn)系統(tǒng)

實(shí)時(shí)數(shù)字仿真(real-timedigitalsimulator,RTDS)試驗(yàn)系統(tǒng)與實(shí)際工程總體

結(jié)構(gòu)保持一致，同樣采用分層分布式結(jié)構(gòu)，根據(jù)功能劃分和控制級(jí)別分為運(yùn)行人

員控制層、控制保護(hù)層、現(xiàn)場(chǎng)層等三個(gè)層次，現(xiàn)場(chǎng)層通過(guò)光接口板、閥基電子設(shè)

備(valvebaseelectronics,VBE)接口盒等接入RTDS模型，控制保護(hù)主機(jī)采用

緊湊化設(shè)計(jì)，控制保護(hù)主機(jī)與測(cè)量裝置共用機(jī)箱，緊湊型控制保護(hù)仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

示意圖如圖6所示。

1:程仲I:作站運(yùn)行人口工作站

RTDS模型將電流、電壓等模擬量信號(hào)及開(kāi)關(guān)位置等開(kāi)關(guān)量信號(hào)通過(guò)光接口

板輸出到HSMD裝置，HSMD裝置將這些信號(hào)進(jìn)行分類處理并轉(zhuǎn)換成IEC

60044-8協(xié)議輸出到各控制保護(hù)主機(jī)對(duì)應(yīng)的測(cè)量接口裝置，測(cè)量接口裝置通過(guò)

TDM協(xié)議將信號(hào)送到控制保護(hù)主機(jī)。

DCSIM裝置用于模擬交直流場(chǎng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)及換流變分接頭檔位，DCSIM通

過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(PROFIBUS)與控制系統(tǒng)交互開(kāi)關(guān)狀態(tài)等信息，控制保護(hù)主機(jī)通過(guò)

硬接線將開(kāi)關(guān)動(dòng)作等信號(hào)送到DCSIM,DCSIM通過(guò)光纖將開(kāi)關(guān)狀態(tài)等信息送到

RTDS模型，閥控通過(guò)電纜直接將觸發(fā)脈沖送到RTDS模型，控制保護(hù)系統(tǒng)與

RTDS模型構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，共同構(gòu)成緊湊化的直流輸電控制保護(hù)仿真系統(tǒng)。

參照某特高壓直流輸電工程典型參數(shù)搭建RTDS模型，通過(guò)RTDS搭建的仿

真試驗(yàn)?zāi)Ｐ桶ń涣飨到y(tǒng)等值系統(tǒng)、換流變壓器、交流濾波器、直流濾波器、雙

12脈動(dòng)換流閥、平波電抗器、直流線路、接地電抗、電阻等元件。仿真模型搭

建的主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)主要參數(shù)見(jiàn)表2。

項(xiàng)目數(shù)?卡

雙極額定直流功率/MW10000

額定直流電壓/kV800

額定直流電流/A6250

S1額定交流電壓/kV530

S2額定交流電壓/kV1050/525

S1總無(wú)功配置/Mvar6665

S2總無(wú)功配置/Mvar6510

直流線路電阻額定值/C3.54

S1接地極線路電阻/C0.74

S2接地極線路電阻/C2.05

表2特高壓直流埔電系統(tǒng)主要參數(shù)

4.2試驗(yàn)驗(yàn)證

在搭建的仿真系統(tǒng)上共進(jìn)行了300余項(xiàng)控制保護(hù)功能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明基

于DPS—5000平臺(tái)的緊湊化直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能完全滿足工程應(yīng)

用，部分主要性能指標(biāo)見(jiàn)表3。___________

主要性能項(xiàng)目實(shí)測(cè)參數(shù)指標(biāo)參數(shù)

直流功率控制誤差/%0.8<±1.0

觸發(fā)脈沖不平衡度±0.01<±0.02

直流電流響應(yīng)時(shí)間/tm70<90

直流電流響應(yīng)超調(diào)量/%28.3<30.0

直流功率響應(yīng)時(shí)間/ms110<150

直流功率響應(yīng)超調(diào)量/%28.4<30.0

交流系統(tǒng)故障恢復(fù)時(shí)間/ms120140

表3控制保護(hù)系統(tǒng)主要性能參數(shù)

圖7為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的仿真試驗(yàn)波形，受篇幅限制，其余仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果不再

列舉。

M2477,800

S2477.200

12476.600

?amilMIiinn

>798人A]

"2蜂心峭付的外心心州外vMwMiw押

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6200,118li*****i>>

1178.1312：8.131258.131298.131338.131378.75

1198.131238.131278.131318.131358.13

時(shí)間/ms

圖7特高壓直流瑜電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行波形

7所示，圖中橫坐標(biāo)為仿真時(shí)間，縱坐標(biāo)為各物理量的一次值。其中，Uac_A、

Uac_B、Uac_C為網(wǎng)側(cè)三相電壓，Iac_A、Iac_B、Iac_C為網(wǎng)側(cè)三相電流，P為直

流功率。

5結(jié)論

本文介紹了我國(guó)直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展歷程、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀?；?/p>

于長(zhǎng)期直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出了直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)

計(jì)原則，結(jié)合設(shè)計(jì)原則，研制了適用于直流輸電系統(tǒng)的DPS—5000緊湊型控制

保護(hù)主機(jī)，主機(jī)具有體積更小、性能更優(yōu)、運(yùn)行更穩(wěn)定的特點(diǎn)，基于DPS—5000

平臺(tái)的軟硬件特點(diǎn)，提出了直流輸電緊湊型控制保護(hù)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，最后

搭建了緊湊型控制保護(hù)系統(tǒng)仿真試驗(yàn)平臺(tái)，完成了3()()余項(xiàng)控制保護(hù)功能試驗(yàn),

驗(yàn)證了緊湊型控制保護(hù)設(shè)計(jì)方案的正確性，為緊湊型直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)工程

應(yīng)用提供了重要參考。

直流控制保護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全分析與對(duì)策

對(duì)直流控制保護(hù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了概述，歸納了其與站內(nèi)/外其他系統(tǒng)

互通的網(wǎng)絡(luò)邊界情況，并對(duì)其網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)；然后對(duì)直流控制保

護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中可能遇到的威脅進(jìn)行了分析，并提出了合理、有效的提升改進(jìn)對(duì)策。

近年來(lái)國(guó)外頻現(xiàn)針對(duì)電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攻擊事件。國(guó)內(nèi)雖尚未出現(xiàn)類似的破壞

性事件，但是小規(guī)模的電腦病毒感染事件也層出不窮。雖然目前這類事件都出現(xiàn)

在交流系統(tǒng)中，但并不代表國(guó)內(nèi)的直流輸電系統(tǒng)亳無(wú)漏洞。直流控制保護(hù)系統(tǒng)是

直流輸電系統(tǒng)的大腦，一旦直流控制保護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)遭到侵入、設(shè)備反饋信息或控

制指令遭到篡改而造成設(shè)備誤動(dòng)或拒動(dòng)，將導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

為全面提升直流控制保護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)水平，需要對(duì)直流控制保護(hù)系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)安全現(xiàn)狀進(jìn)行綜合分析，從技術(shù)、管理等方面分析存在的風(fēng)險(xiǎn)，并針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)

點(diǎn)提出改進(jìn)建議。

1直流控制保護(hù)系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

目前國(guó)內(nèi)的直流控制保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)部均可分成站控層、間隔層、過(guò)程層3層結(jié)

構(gòu)，如圖1所示。各層設(shè)備之間通過(guò)不同的通信方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

站控層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)站控層設(shè)備和間隔層設(shè)備之間的通信，其主要包含數(shù)據(jù)采集

與監(jiān)視控制(supervisorycontrolanddataacquisition,SCADA)網(wǎng)、就地控制網(wǎng)，

采用以太網(wǎng)方式；間隔層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)各控制保護(hù)主機(jī)之間的通信，采用以太網(wǎng)、快

速控制總線、現(xiàn)場(chǎng)總線等方式；過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)過(guò)程層設(shè)備(接入遙測(cè)和遙信量)

與控制保護(hù)主機(jī)之間的通信，采用以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線、測(cè)量總線等方式。

打

告警

勉

程

遠(yuǎn)

印

圖形

務(wù)

服

斷

診遠(yuǎn)動(dòng)同步

機(jī)

網(wǎng)關(guān)

謝

由匚作站時(shí)鐘

-

測(cè)

閥

閥

控

過(guò)程層控

冷

裝

接

置接

口口

_

圖1直流控制保十系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架示意圖

2直流控制保護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)邊界情況

當(dāng)前，我國(guó)所有換流站生產(chǎn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)都可分為安全1區(qū)和安全2區(qū)兩

部分，其中安全1區(qū)為實(shí)時(shí)控制區(qū)，安全2區(qū)為非實(shí)時(shí)控制區(qū)。直流控制保護(hù)系

統(tǒng)部署在安全1區(qū)，保信子站、一體化電源、電能計(jì)量等輔助系統(tǒng)部署在安全2

區(qū)，如圖2所示。

直流調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)

技術(shù)中心實(shí)時(shí)子網(wǎng)

21

CP縱向加密中縱向加密

換流站

防火墻

?

電

KVM保

體

能

信

化

程

遠(yuǎn)

告警

計(jì)

遠(yuǎn)

子

電

斷

診

形

圖

鬻

乂

詳

量

3站

源

杵

關(guān)

網(wǎng)

換W

站

或

集中

3

視

監(jiān)SCADA系統(tǒng)

心

中

規(guī)約A

轉(zhuǎn)換器

直流

百流K

端

制

護(hù)

控

4豚或輔助

換

流站C

置

慳

裝

裝r

直流控制！系統(tǒng)

保護(hù)系統(tǒng)|工作站

!L

婺哩

圖2換流站生產(chǎn)系統(tǒng)整體網(wǎng)絡(luò)圖

1）直流控制保護(hù)網(wǎng)絡(luò)站內(nèi)邊界

直流控制保護(hù)系統(tǒng)與換流站內(nèi)其他設(shè)備的通信通道包括：①通過(guò)控制總線與

閥控、閥冷、故障錄波等通信；②通過(guò)規(guī)約轉(zhuǎn)換器或輔助系統(tǒng)工作站與保信子站、

電能計(jì)量、一體化電源等系統(tǒng)通信。

2）直流控制保護(hù)網(wǎng)絡(luò)站外邊界

直流控制保護(hù)系統(tǒng)對(duì)外與調(diào)控中心、直流技術(shù)中心、集中監(jiān)視中心及對(duì)瑞換

流站通信，共4個(gè)站外通信通道，詳見(jiàn)表1。

通道_______________________通道作用|

1告警圖形網(wǎng)關(guān)、遠(yuǎn)動(dòng)I：作站通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)

接入調(diào)控中心|

遠(yuǎn)程診斷工作站與告警圖形網(wǎng)關(guān)通過(guò)專用通道|

接入汽流技術(shù)中心

換流站SCADA系統(tǒng)通過(guò)站間通（；；或網(wǎng)絡(luò)延伸

接入對(duì)遙挽流站或集中監(jiān)視中心

汽流控制保護(hù)裝置與對(duì)端換流站自流控制保護(hù)

裝理問(wèn)采用專用通道實(shí)時(shí)通信

表1直流控制保折系統(tǒng)站外通信通道表

3直流控制保護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)現(xiàn)狀

直流控制保護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)總體上能夠按照結(jié)構(gòu)安全、網(wǎng)絡(luò)專用、邊界安全、本

體安全的安全防護(hù)原則進(jìn)行配置。

站外通信方面，直流控制保護(hù)系統(tǒng)與調(diào)控中心、直流技術(shù)中心間的通信通道

均配置縱向加密認(rèn)證裝置，直流控制保護(hù)裝置和SCADA網(wǎng)絡(luò)通過(guò)2M專用通道

（未配置縱向加密設(shè)備）與對(duì)站通信；站內(nèi)通信方面，安全2區(qū)電能計(jì)量、保信

子站及一體化電源系統(tǒng)通過(guò)規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置（未配置橫向隔離設(shè)備）接入直流控制

保護(hù)系統(tǒng)SCADA網(wǎng)絡(luò)；系統(tǒng)木體安全方面，直流控制保護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用星型結(jié)

構(gòu)連接，采用私有協(xié)議，具有白名單注冊(cè)等嚴(yán)格的數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制和風(fēng)暴抑制功能,

可以保證數(shù)據(jù)傳輸安全可靠。

4直流控制保護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分析

結(jié)合直流控制保護(hù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)現(xiàn)狀，對(duì)存在的風(fēng)險(xiǎn)從攻擊方式、影響

程度等方面進(jìn)行綜合分析，具體情況如下。

1）風(fēng)險(xiǎn)一：監(jiān)控工作站及部分系統(tǒng)平臺(tái)采用Windows等國(guó)外操作系統(tǒng)

風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)：換流站運(yùn)行監(jiān)控工作站及部分控制保護(hù)系統(tǒng)平臺(tái)均采用Windows

等非國(guó)產(chǎn)安全操作系統(tǒng)，無(wú)法完全掌握其安全漏洞和后門程序，目前雖然采取了

接入管理、惡意代碼防范等安全加固措施，仍存在被非法入侵的風(fēng)險(xiǎn)。

攻擊方式：

①利用非國(guó)產(chǎn)安全操作系統(tǒng)的漏洞，獲取遠(yuǎn)程控制權(quán)限

②或利用U盤(pán)擺渡攻擊等方式，植入木馬或病毒，發(fā)送錯(cuò)誤信息和控制命

令；

③或通過(guò)邏輯炸彈、時(shí)間炸彈等方式進(jìn)行攻擊。

影響：造成直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行異常，極端情況下可能導(dǎo)致閉鎖停運(yùn)。

2）風(fēng)險(xiǎn)二：直流控制保護(hù)SCADA網(wǎng)絡(luò)外部通信安防措施不完善

風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)：換流站安全1區(qū)SCADA網(wǎng)絡(luò)延伸至對(duì)端換流站或集中監(jiān)視中心采

用明文傳輸方式，且物理防護(hù)相對(duì)薄弱。部分直流工程為滿足遠(yuǎn)方集中監(jiān)控需求，

在一端換流站配置遠(yuǎn)方運(yùn)行人員工作站，實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)端換流站的遠(yuǎn)方監(jiān)視功能；部

分換流站SCADA系統(tǒng)采用網(wǎng)