CN102064527A - 一种串补装置或故障电流限制器装置的控制保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力系统灵活交流输电(FACTS)领域，具体的说是涉及一种控制和保护功能相互独立的串补装置或故障电流限制器装置的控制保护系统，该系统包括保护部分、控制部分和操作执行部分。该控制保护系统实现了控制功能和保护功能的相对独立，保护装置和测控装置具有丰富的对外通信接口，且在测控装置的对外接口上充分考虑了站内电气量信息和开关量信息等的接入，其结构更为开放、灵活，该控制保护系统既可用于固定串补、可控串补和串联谐振型故障电流限制器，又可用于其它灵活交流输电装置。
Description
技术领域
本发明属于电力系统灵活交流输电(FACTS)领域，具体的说是涉及一种控制和保护功能相互独立的串补或故障电流限制器装置的控制保护系统。
背景技术
交流输电系统的串联电容器补偿技术(简称串补)是将电力电容器串联于交流输电线路中，补偿交流输电线路的部分感性阻抗，从而达到增加线路输送容量、提高系统稳定性、降低网损、节约投资等目的。在远距离、大容量输电系统中，随着输电距离的增加，其输送能力受到越来越多的限制，而串补是解决这个问题、提高超/特高压输电线路送电能力的重要手段之一，具有非常巨大的经济价值，目前在世界各国电力系统中获到了广泛的应用。
晶闸管控制串联电容器补偿装置(简称可控串补)通过改变晶闸管的触发角来调节可控串补的等值基波阻抗，实现对等值基波阻抗的动态控制，从而可进一步提高电力系统稳定性，增加输电线路的输送容量，抑制电力系统低频振荡和次同步谐振。当超/特高压输电线路发生短路故障时，可控串补立即转入晶闸管旁路串联电容器模式，可降低系统的短路电流，提高电力系统的稳定性。
另一方面，电力系统的迅速发展，单机和发电厂容量、变电所容量、城市和工业中心的负荷和负荷密度的继续增加，以及电力系统之间的互联，导致现代大电力系统各级电网中的短路电流水平不断增加。短路电流超标已成为威胁现代电力系统安全运行的重要问题之一。除改变电网结构之外，串联谐振型故障电流限制器装置是解决短路电流超标问题的新思路和新途径。2009年，超高压故障电流限制器装置已在华东电网500kV瓶窑变电所挂网运行，该装置正处于推广应用阶段。
固定串联电容器补偿装置、晶闸管控制串联电容器补偿装置、串联谐振型故障电流限制器转置等都有控制保护系统。控制保护系统的主要作用为：检测运行中各种对装置不利的故障情况，正确动作相关保护，及时准确地隔离故障，保证装置的安全稳定运行，并配合线路保护来保护系统中的其它设备。除此之外，控制保护系统还能具有电气量测量和汇总、运行状态监测、录波、人机交互等功能。在站内应能实现对旁路断路器、隔离刀闸、接地刀闸等所有关键设备状态的监视与控制，在调度所内应能通过远动设备实现对关键设备状态的监视。
目前，串补装置供应商有ABB、GE、西门子和中国电力科学研究院。串补装置的控制保护系统均采用了控制部分和保护部分一体化设计思想：控制和保护在同一套装置内实现。这种设计存在以下缺陷：1，保护装置掉电，将无法实现对开关、刀闸的遥控；2，在检修控制保护的控制部分时，保护部分不能正常运行。控制保护系统中的保护部分不运行，则整个装置必须停运，因此，降低了整个装置的可用率和利用率；3，装置接入站内其他电气量信息等比较困难。
基于此，迫切的需要本领域技术人员开发出一种控制功能和保护功能相互独立的控制保护系统，该控制保护系统主要针对串补装置的各种工况设计，同时兼顾串联谐振型故障电流限制器的要求，也可拓展到整个灵活交流输电装置的控制保护系统。
发明内容
为克服现有技术中的上述缺陷，本发明的目的是提供一种控制功能和保护功能相互独立的串补装置或故障电流限制器装置的控制保护系统。该控制保护系统既可用于固定串补、可控串补和串联谐振型故障电流限制器，又可用于其它灵活交流输电装置。该控制保护系统可实现：接收装置一次电气量信息，监视相关的开关量信息，完成装置一次设备的保护算法，在系统故障或装置故障时，给出相关的保护动作指令，如触发GAP、合旁路断路器等，向监控系统实时上传装置状态信息；完成站内电气量测量、开关量输入信号采集，并实现对装置刀闸、断路器的控制功能。该系统可克服现有串补装置/故障电流限制器控制保护系统存在的下面三种缺陷：
1.保护装置掉电，将无法实现对开关、刀闸的遥控；
2.在检修控制保护的控制部分时，保护部分不能正常运行。控制保护系统中的保护部分不运行，则整个装置必须停运，因此，降低了整个装置的可用率和利用率；
3.装置接入站内其他电气量信息等比较困难。
为克服现有控制保护系统存在的上述缺陷，更加贴近国内电网运行习惯，本发明的控制保护系统采用以下技术方案来实现：
一种串补装置或故障电流限制器装置的控制保护系统，其包括
保护部分，用于获取串补装置或故障电流限制器装置的一次电气量信息，监视相关的开关量信息，完成装置一次设备的保护算法，在系统故障或装置故障时，给出相关的保护动作指令；
控制部分，用于获取站内电气量信息和开关量信息，并实现对装置刀闸、断路器的控制功能；
和操作执行部分，用于接收控制部分和保护部分的动作指令，并动作于开关、刀闸。
其中，所述保护部分实现的保护功能与控制部分实现的控制功能相互独立。
其中，所述保护部分通过三个网口，分别接入监控A网、监控B网和故障信息录波网；所述控制部分通过两个网口，分别接入监控A网和监控B网。
其中，所述保护部分包括平台测量装置、激光送能装置、保护装置；所述激光送能装置为平台测量装置提供电源供给；所述平台测量装置将串补装置或故障电流限制器装置的一次电气量信息转换成数字信号，并将数字信号转换成光信号；所述保护装置接收该光信号，获取反映一次电气量的数字信号；同时监视相关的开关量信息，完成串补装置或故障电流限制器装置一次设备的保护算法，在系统故障或装置故障时，给出相关的保护动作指令，例如触发火花间隙(GAP)、触发晶闸管阀或合旁路断路器。
其中，所述平台测量装置位于串补装置或故障电流限制器装置的电容器平台上，其包括信号调理单元、模数转换单元、数据处理及传输单元和电源转换单元；所述电容器平台上的被测交流量经过信号调理单元进入模数转换单元；所述模数转换单元在由保护装置产生的同步采样脉冲信号的控制下，周期性的同时启动各个通道的采样和模数转换过程；所述数据处理及传输单元采用串行方式将各路转换过来的数字量信息按照指定的通信协议打包后，通过同步串行口以光信号的形式发往保护装置；所述电源转换单元由光伏转换部和CT取能及变换部组成，实现激光能量供电和CT取能供电相结合的供电方式。
其中，所述激光送能装置位于地面上，其包括激光控制单元和激光驱动单元，所述激光控制单元用于控制激光器件的启停；所述激光驱动单元将电能通过激光管转换成激光能量，并通过光纤传送到平台测量装置的电源转换单元，为平台测量装置提供供电电源。
其中，所述保护装置位于地面上，其包括数据汇总单元、保护单元、开关量输入单元、继电器输出单元和通信管理单元；所述数据汇总单元发出同步采样脉冲信号，用以启动采样，同时接收平台测量装置下发的光信号，并获取反映被测电气量的数字量信息，最终将模拟量数据发给保护单元和通信管理单元；所述开关量输入单元接收串补装置或故障电流限制器装置的开关和刀闸的位置接点信息或数字量信息；所述保护单元从数据汇总单元获取模拟量数据，从开关量输入单元获取开关量信息，实时执行串补保护策略和算法，在故障时，输出GAP触发信号和开关动作信号；开关动作命令通过所述继电器输出单元以接点形式给出；所述通信管理单元配置了高性能DSP和高性能ARM芯片，具有丰富的通信接口，所述通信管理单元用于监视本装置的通信情况，将装置状态信息、保护动作信息和故障录波数据通过三个以太网分别接入监控A网、监控B网和故障信息录波网。
其中，所述控制部分包括测控装置，所述测控装置接收站内电气量信息和开关量接点信息，并给出开关、刀闸的遥控指令。
其中，所述测控装置位于地面上，其包括模拟量输入单元、开关量输入单元、继电器输出单元和通信管理单元，所述模拟量输入单元接收站内电气量信息；所述开关量输入单元接收串补装置的开关、刀闸的位置接点信息和站内其他接点信息；所述通信管理单元接收开关、刀闸的遥控指令，并通过继电器输出单元以接点形式给出；同时将装置状态信息由通信管理单元通过两个以太网分别接入监控A网、监控B网。
其中，所述操作执行部分包括断路器操作装置和刀闸操作装置，所述断路器操作装置接收控制保护装置和测控装置的继电器输出单元给出的动作接点信号，并输出接点信号，动作于断路器本体；所述刀闸操作装置接收测控装置的继电器输出单元给出的动作接点信号，并输出接点信号，动作于刀闸本体。
本发明的有益效果是：
1.串补装置/故障电流限制器控制保护系统的控制部分实现的控制功能和保护部分实现的保护功能相互独立，符合国内电网装置运行习惯；
2.保护装置掉电，仍可实现对开关、刀闸的遥控；
3.在检修控制保护的控制部分时，保护部分能正常运行，显著提高了整个装置的可用率和利用率；
4.结构更为开放、灵活，比较容易接入站内其他电气量信息等。
附图说明
图1是本发明所述串补装置或故障电流限制器装置的控制保护系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的控制保护系统作进一步详细的描述。
本发明的控制保护系统由保护部分、控制部分和操作执行部分组成。
保护部分实现如下功能：获取装置一次电气量信息，监视相关的开关量信息，完成装置一次设备的保护算法，在系统故障或装置故障时，给出相关的保护动作指令，如触发GAP、合旁路断路器等。
保护部分包括激光送能装置、平台测量装置、保护装置。所述激光送能装置为平台测量装置提供电源供给。所述平台测量装置将装置一次电气量信息转换成数字信号，并转换成光信号。所述保护装置接收该光信号，获取反映一次电气量的数字信号；同时监视相关的开关量信息，完成装置一次设备的保护算法，在系统故障或装置故障时，给出相关的保护动作指令，如触发GAP、合旁路断路器等。
控制部分实现如下功能：获取站内电气量信息和开关量信息，并实现对装置刀闸、断路器的控制功能。控制部分由测控装置组成。
操作执行部分实现如下功能：接收控制部分和保护部分的动作指令，并动作于开关、刀闸。
操作执行部分由断路器操作装置和刀闸操作装置组成。所述断路器操作装置接收保护装置、测控装置的指令，动作于旁路断路器。所述刀闸操作装置接收测控装置的指令，动作于各个刀闸。
以固定串联电容器补偿装置为例作进一步详细描述：
如图1中所示，本实施方式包括保护装置、测控装置、平台测量装置、激光送能装置、断路器操作装置以及刀闸操作装置。控制保护系统要完成的功能是实现串补装置一次设备的保护与控制。
保护部分通过三个以太网口分别接入监控A网、监控B网和故障信息录波网；控制部分通过两个以太网口分别接入监控A网和监控B网；操作执行部分不接入监控A网、监控B网和故障信息录波网。
图1中的平台测量装置位于串补装置的电容器平台上，由信号调理单元、模数转换单元、数据处理及传输单元和电源转换单元等组成。串补装置电容器平台上的被测交流量经过信号调理单元调理后发往模数转换单元。模数转换单元在同步采样脉冲信号的控制下，周期性的同时启动各个通道的采样和模数转换过程。数据处理及传输单元采用串行的方式将各路转换过米的数字量信息按照预先约定的通信协议打包后，再通过同步串行口以光信号的形式发往保护装置。电源转换单元由光伏转换单元和CT取能及变换单元等组成，实现激光能量供电和CT取能供电相结合的供电方式。
图1中的激光送能装置位于地面上，由激光控制单元和激光驱动单元组成。激光控制单元用于控制激光器件的启停；激光驱动单元将电能通过激光管转换成激光能量，并通过光纤传送到平台测量装置的电源转换单元，为平台测量装置提供供电电源。
图1中的保护装置位于地面上，由数据汇总单元、保护单元、开关量输入单元、继电器输出单元和通信管理单元组成。数据汇总单元发出同步采样脉冲信号，用以启动采样；同时接收平台测量装置下发的光信号，并获取反映被测电气量的数字量信息，最终将模拟量数据发给保护单元等。开关量输入单元接收串补装置的开关、刀闸的位置接点信息等。保护单元从数据汇总单元获取模拟量数据，从开关量输入单元获取开关量信息，实时执行串补保护策略和算法，在故障时，输出GAP触发信号和开关动作信号，其中，开关动作命令通过继电器输出单元以接点形式给出。通信管理单元配置了高性能DSP和高性能ARM芯片，具有丰富的通信接口。监视本装置的通信情况，将装置状态信息和保护动作信息等通过三个以太网分别接入监控A网、监控B网和故障信息录波网。
图1中的测控装置位于地面上，由模拟量输入单元、开关量输入单元、继电器输出单元和通信管理单元组成。模拟量输入单元可接收站内电气量信息；开关量输入单元接收串补装置的开关、刀闸的位置接点信息和站内其他接点信息；通信管理单元接收开关、刀闸的遥控指令，并通过继电器输出单元以接点形式给出；同时将装置状态信息由通信管理单元通过两个以太网分别接入监控A网、监控B网。
图1中的断路器操作装置接收控制保护装置和测控装置的继电器输出单元给出的动作接点信号，并输出接点信号，动作于断路器本体。
图1中的刀闸操作装置接收测控装置的继电器输出单元给出的动作接点信号，并输出接点信号，动作于刀闸本体。
本实施例的串补装置控制保护系统，可适用于所有的超高压、特高压串补装置/故障电流限制器的控制保护系统。实现了控制功能和保护功能的相对独立，保护装置和测控装置具有丰富的对外通信接口，且在测控装置的对外接口上充分考虑了站内电气量信息和开关量信息等的接入，其结构更为开放、灵活。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种串补装置或故障电流限制器装置的控制保护系统，其特征在于：该系统包括
保护部分，用于获取串补装置或故障电流限制器装置的一次电气量信息，监视相关的开关量信息，完成装置一次设备的保护算法，在系统故障或装置故障时，给出相关的保护动作指令；
控制部分，用于获取站内电气量信息和开关量信息，并实现对装置刀闸、断路器的控制功能；
和操作执行部分，用于接收控制部分和保护部分的动作指令，并动作于开关、刀闸。
2.如权利要求1所述的串补装置或故障电流限制器装置的控制保护系统，其特征在于：所述保护部分实现的控制功能和控制部分实现的保护功能相互独立。
3.如权利要求1或2所述的串补装置或故障电流限制器装置的控制保护系统，其特征在于：所述保护部分通过三个网口，分别接入监控A网、监控B网和故障信息录波网；所述控制部分通过两个网口，分别接入监控A网和监控B网。
4.如权利要求3所述的串补装置或故障电流限制器装置的控制保护系统，其特征在于：所述保护部分包括平台测量装置、激光送能装置和保护装置；所述激光送能装置为平台测量装置提供电源供给；所述平台测量装置将串补装置或故障电流限制器装置的一次电气量信息转换成数字信号，并将数字信号转换成光信号；所述保护装置接收该光信号，获取反映一次电气量的数字信号；同时监视相关的开关量信息，完成串补装置或故障电流限制器装置一次设备的保护算法，在系统故障或装置故障时，给出相关的保护动作指令。
5.如权利要求4所述的串补装置或故障电流限制器装置的控制保护系统，其特征在于：所述平台测量装置位于串补装置或故障电流限制器装置的电容器平台上，其包括信号调理单元、模数转换单元、数据处理及传输单元和电源转换单元；所述电容器平台上的被测交流量经过信号调理单元进入模数转换单元；所述模数转换单元在由保护装置产生的同步采样脉冲信号的控制下，周期性的同时启动各个通道的采样和模数转换过程；所述数据处理及传输单元采用串行方式将各路转换过来的数字量信息按照指定的通信协议打包后，通过同步串行口以光信号的形式发往保护装置；所述电源转换单元由光伏转换部和CT取能及变换部组成，实现激光能量供电和CT取能供电相结合的供电方式。
6.如权利要求4所述的串补装置或故障电流限制器装置的控制保护系统，其特征在于：所述激光送能装置位于地面上，其包括激光控制单元和激光驱动单元，所述激光控制单元用于控制激光器件的启停；所述激光驱动单元将电能通过激光管转换成激光能量，并通过光纤传送到平台测量装置的电源转换单元，为平台测量装置提供供电电源。
7.如权利要求4所述的串补装置或故障电流限制器装置的控制保护系统，其特征在于：所述保护装置位于地面上，其包括数据汇总单元、保护单元、开关量输入单元、继电器输出单元和通信管理单元；所述数据汇总单元发出同步采样脉冲信号，用以启动采样，同时接收平台测量装置下发的光信号，并获取反映被测电气量的数字量信息，最终将模拟量数据发给保护单元和通信管理单元；所述开关量输入单元接收串补装置或故障电流限制器装置的开关和刀闸的位置接点信息或数字量信息；所述保护单元从数据汇总单元获取模拟量数据，从开关量输入单元获取开关量信息，实时执行串补保护策略和算法，在故障时，输出GAP触发信号和开关动作信号；开关动作命令通过所述继电器输出单元以接点形式给出；所述通信管理单元配置了高性能DSP和高性能ARM芯片，具有丰富的通信接口，所述通信管理单元用于监视本装置的通信情况，将装置状态信息、保护动作信息和故障录波数据通过三个以太网分别接入监控A网、监控B网和故障信息录波网。
8.如权利要3所述的串补装置或故障电流限制器装置的控制保护系统，其特征在于：所述控制部分包括测控装置，所述测控装置接收站内电气量信息和开关量接点信息，并给出开关、刀闸的遥控指令。
9.如权利要8所述的串补装置或故障电流限制器装置的控制保护系统，其特征在于：所述测控装置位于地面上，其包括模拟量输入单元、开关量输入单元、继电器输出单元和通信管理单元，所述模拟量输入单元接收站内电气量信息；所述开关量输入单元接收串补装置的开关、刀闸的位置接点信息和站内其他接点信息；所述通信管理单元接收开关、刀闸的遥控指令，并通过继电器输出单元以接点形式给出；同时将装置状态信息由通信管理单元通过两个以太网分别接入监控A网、监控B网。
10.如权利要求3所述的串补装置或故障电流限制器装置的控制保护系统，其特征在于：所述操作执行部分包括断路器操作装置和刀闸操作装置，所述断路器操作装置接收控制保护装置和测控装置的继电器输出单元给出的动作接点信号，并输出接点信号，动作于断路器本体；所述刀闸操作装置接收测控装置的继电器输出单元给出的动作接点信号，并输出接点信号，动作于刀闸本体。
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