一种高压直流输电工程设备一体化的方法
技术领域:
本发明涉及高压直流输电领域,具体讲涉及一种高压直流输电工程设备一体化的方法。
背景技术:
由于高压直流输电系统(HVDC)在大功率远距离输电和非同步联网方面具有诸多优势,全世界已投入运行的直流输电工程总数已近100个,总输送容量约7000万千瓦。在建设坚强电网过程中,长距离直流输电对于建设发展协调、结构布局合理的特高压骨干网架至关重要。进入21世纪,高压直流输电工程更是发展迅速。
数模混合高压直流仿真是进行直流输电本身及其与电网互联的关键技术研究的有效手段,它有利于合理规划工程项目、优化设计方案,研究安全建设、调试和运行措施,从而促进直流输电技术水平的进一步提升,并为进一步开展更高电压等级的直流输电和新型直流输电技术攻关服务。
在数模混合仿真系统中,物理仿真元件组成的主回路与控制保护设备之间的接口设计和连接是建立运行稳定,实用高效和维护便捷的高压直流仿真系统的关键技术之一。随着高压直流输电工程的快速增长和数模混合仿真研究需求的急剧增加,高压直流输电物理仿真元件与控制保护设备之间的连接技术在建立大规模仿真系统中将会扮演越来越重要的角色。
目前,我们提供了高压直流输电工程仿真研究领域物理主设备仿真元件与控制保护设备连接的接口电路。该电路涉及到是否可以保证设备安全可靠运行,提高仿真试验效率、以及仿真研究便利性及提高设备投资利用率等因素。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压直流输电工程设备一体化的方法。通过采用该方法可以实现不同高压直流输电物理仿真元件与直流控制保护设备连接。
本发明提供的一种高压直流输电工程设备一体化的方法,所述设备包括主设备和控制保护设备;
所述主设备包括交直流场开关模型、换流变压器分接开关模型、换流阀模型、电流测量元件模型和电压测量元件模型;
所述控制保护设备包括高压直流控制保护系统;所述高压直流控制保护系统包括交直流场电压信号接口、交直流场电流信号接口、换流阀触发脉冲信号接口、换流阀过零点信号接口、换流变压器分接开关位置信号接口、换流变压器分接开关调节指令信号接口和交直流场开关投切命令信号接口;操作人员监控设备、直流控制设备、直流保护设备、数字信号输入输出板和模拟信号输入输出板;
其改进之处在于:
所述方法包括,将所述交直流场电压信号接口的另一端与所述电压测量元件模型连接;将所述交直流场电流信号接口的另一端与电流测量元件模型连接;换流阀触发脉冲信号接口的另一端和换流阀过零点信号接口的另一端连接换流阀模型;换流变压器分接开关位置信号接口的另一端和换流变压器分接开关调节指令信号接口的另一端连接换流变压器分接开关模型;将所述交直流场开关投切命令的另一端与所述交直流场开关模型连接;
将所述模拟信号输入输出板分别与所述交直流场电压信号接口一端和所述交直流场电流信号接口的一端连接;将所述数字信号输入输出板分别与所述换流阀触发脉冲信号接口、所述换流阀过零点信号接口、所述换流变压器分接开关位置信号接口、所述换流变压器分接开关调节指令信号接口和所述交直流场开关投切命令信号接口的一端连接。
本发明提供的第一优选方案的一体化的方法,其改进之处在于:采用7位数字信号表示所述换流变压器分接开关模型位置和状态。
本发明提供的第二优选方案的一体化的方法,其改进之处在于:将所述每个换流阀模型与所述电压测量元件模型连接,所述电压测量元件模型向所述交直流场电压信号接口提供换流阀电压信号。
本发明提供的第三优选方案的一体化的方法,其改进之处在于:所述交直流场开关模型不设置反馈信号通道。
本发明提供的第四优选方案的一体化的方法,其改进之处在于:所述控制保护设备向所述换流阀模型发送每周期120度、电压范围为0V至+24V的正向方波触发脉冲信号,控制所述换流阀模型的开通和关断,每一个信号用一对传输线进行信号传输。
本发明提供的较优选方案的一体化的方法,其改进之处在于:所述交直流场开关模型接收电压控制指令信号后,控制开关的分合。
本发明提供的再一优选方案的一体化的方法,其改进之处在于:所述换流变压器分接开关模型包括三相三绕组换流变压器模型;所述每个三相三绕组换流变压器模型的分接开关采用同一控制系统,该分接开关用上升和下降信号控制位置调节信号。
本发明提供的另一优选方案的一体化的方法,其改进之处在于:所述换流阀模型判断流过自身电流的过零点信号,控制保护设备接收到所述过零点信号后,计算逆变侧换流阀的实测型关断角;所述过零点信号的电压范围为0V至+24V。
本发明提供的另一优选方案的一体化的方法,其改进之处在于:所述电压为控制系统发出的电平式电压,电压范围为0V至+24V。
本发明提供的另一优选方案的一体化的方法,其改进之处在于:所述交直流场开关模型包括三相交流开关模型;
使用所述主设备同一控制指令信号控制所述三相交流开关模型的三个输入端。
和现有技术比,本发明的有益效果为:
本发明的高压直流输电工程的控制保护设备可以实现与数模混合式主设备的信号双向传送,并对其实施有效控制和监测,结合仿真研究的特点进行的优化设计,使仿真装置的系统分析和控制性能研究的功能更加突出,并减少了维护工作量。
建立高压直流输电工程数模混合仿真系统是对高压直流输电工程控制保护设备的性能和参数进行全面检测和试验,进而进行高压直流输电相关的电网互联关键技术研究的基础。
本发明全面涵盖了不同高压直流物理仿真元件与直流控制保护设备之间的信号交换的方法和接口电路的实施,可以保证两者之间的安全、可靠和便捷的连接,实现仿真系统安全可靠运行,提高仿真试验和研究效率并有利于仿真研究的便利快捷及提高设备投资利用率。
附图说明
图1:本发明提供的一种主设备物理仿真元件与控制保护设备接口连接的示意图;
图2:本发明提供的直流控制设备送往换流阀仿真元件的触发脉冲信号接口电路实施示意图;
图3:本发明提供的换流阀仿真元件送往控制设备的换流阀电流过零点信号接口电路实施示意图;
图4:本发明提供的直流控制设备送往换流变压器仿真元件的分接开关控制命令信号接口电路实施示意图;
图5:本发明提供的直流控制设备送往交直流场开关仿真元件的控制信号接口电路实施示意图;
图6:本发明提供的换流变压器仿真元件送往直流控制设备的分接开关位置信号接口电路实施示意图;
图7:本发明提供的控制保护系统的结构示意图;
其中,1为高压直流控制保护设备;2为交直流场电压信号;3为交直流场电流信号;4为换流阀触发脉冲信号;5为换流阀电流过零点信号;6为换流变压器分接开关位置信号;7为换流变压器分接开关控制命令信号;8为交直流场开关控制命令信号;9为交直流场开关模型;10为换流变压器及其分接开关模型;11为换流阀模型;12为交直流场电流测量元件模型;13为交直流场电压测量元件模型;14为操作人员监控设备;15为直流控制部分;16为直流保护部分;17为数字输入输出板;18为模拟信号输入输出板。
具体实施方式
本实施方式提供的一种主设备仿真元件与控制保护设备的接口连接的示意图如图1。控制保护设备分别连接交直流场电压信号接口2、交直流场电流信号接口3、换流阀触发脉冲信号接口4、换流阀过零点信号接口5、换流变压器分接开关位置信号接口6、换流变压器分接开关调节指令信号接口7、交直流场开关投切命令信号接口8;所述交直流场电压信号接口2的另一端连接电压测量元件模型13;交直流场电流信号接口3的另一端连接电流测量元件模型12;换流阀触发脉冲信号接口4、换流阀过零点信号接口5的另一端连接换流阀模型11;换流变压器分接开关位置信号接口6、换流变压器分接开关调节指令信号接口7的另一端连接换流变压器分接开关模型10;交直流场开关投切命令信号接口8的另一端连接交直流场开关模型9。
本实施例的每个换流阀模型与电压测量元件相连,向控制设备提供电压范围为+10至-10V的阀电压信号。
图2中,高压直流控制系统1发出换流阀触发的数字信号,该数字信号经过光耦元件隔离放大后连接到控制设备的端子排上,再经电缆插座通过带屏蔽双绞信号传输电缆送往换流阀的触发信号接口4中的光耦。换流阀触发的数字信号经过光耦再次隔离放大后控制换流阀模型11的导通和截止。上述换流阀触发信号4电源的高电平和低电平都是由直流控制设备提供。该数字信号为120度的正向方波信号,信号的电压范围为0至24V。该数据为试验时得出的最佳数据。其中24V为高电平,0V为低电平。控制设备接收到该电流过零点信号后,可用于逆变侧换流阀的实测型关断角的计算。
图3中,换流阀模型11检测自身的阀电流过零点产生数字信号。该数字信号经过换流阀模型11的光耦元件隔离放大后,经电缆插座后通过带屏蔽双绞信号传输电缆送往模型的专用接口板上的电缆插座,继而连接到接线端子上。该信号再通过接线端子连接到直流控制设备内的换流阀电流过零点信号的接收的光耦上,继而通过上述光耦元件的隔离放大后供控制保护设备进行逆变站关断角的计算及其相关控制功能。上述换流阀过零点信号电源高电平和低电平都是由换流阀模型11的信号电源提供。该数字信号为正向脉冲信号,信号的电压范围为(0,+24V)。
图4中,高压直流控制设备1发出换流变压器分接开关位置控制数字信号。该数字信号经过直流控制设备的光耦隔离放大后通过电缆插座,并经带屏蔽双绞信号传输电缆送往模型的专用接口板上的电缆插座,继而通过接线端子送往换流变压器的分接开关控制系统的光耦中,继而通过上述光耦元件的隔离放大后控制流变压器的分接开关的位置升降。上述换流变压器仿真元件的分接开关控制命令信号的电源高电平和低电平都是由换流变压器分接开关的电源提供。该数字信号为正向电平信号,信号的电压范围为(0,+24V)。本实施例的每个三相三绕组换流变压器模型的分接开关采用同一控制系统。该分接开关控制位置调节指令信号为:上升和下降信号各一位。
图5为主设备的交流和直流开关模型9接收控制系统发出的控制指令信号,控制开关的分合。高压直流控制设备1发出控制交直流场开关模型的数字信号。该数字信号经过直流控制设备的继电器接点后通过接线端子送往交直流场开关模型9的专用接口板上的电缆插座,继而通过带屏蔽双绞信号传输电缆和电缆插座送往交直流场开关模型的光耦中,从而通过上述光耦元件的隔离放大后控制交直流场开关模型9的分合。上述交直流场开关模型9控制信号的电源高电平和低电平都是由交流场开关模型9的电源提供。该数字信号为正向电平信号,信号的电压范围为(0,+24V)。交直流场开关模型不设置反馈信号通道。即默认所有开关的分合命令均可正确执行。本实施例的主设备的三相交流开关模型共用同一控制指令信号。同一控制装置的交流开关控制指令信号的两端分别并联接入三相交流开关的控制端。
图6为本发明提供的换流变压器仿真元件送往直流控制设备的分接开关位置信号接口电路实施图。控制换流变压器分接开关模型的数字信号经过换流变压器分接开关模型10的光耦元件隔离放大后,经电缆插座通过带屏蔽双绞信号传输电缆送往模型的专用接口板上的电缆插座,继而连接到接线端子上。该信号再通过接线端子连接到直流控制设备内的换流变压器分接开关模型位置信号接收的光耦上,继而通过上述光耦元件的隔离放大后供控制设备判断换流变压器分接开关位置及状态。上述换流变压器分接开关位置信号电源高电平和低电平都是由直流控制系统的信号电源提供。7位数字信号组合表明换流变压器分接开关位置,其中,正负方向信号1位,最大/小位置信号各1位,BCD位置码4位。上述数字信号均为正向电平信号,信号的电压范围为(0,+24V)。
本实施例采用7位数字信号表征换流变压器分接开关位置和状态,即:
4位BCD码和1位方向位,共5位电压范围为0V至+24V数字信号,用于表征范围为-15至+15的换流变压器分接开关档位;
1位二进制信号用于表征换流变压器分接开关已经到达最高位+15;
1位二进制信号用于表征换流变压器分接开关已经到达最低位-15。
图7为控制保护设备的结构示意图。最底层是模拟信号和数字信号输入输出板。将模拟信号输入输出板连接到主回路仿真元件的模拟信号端,负责直流和交流信号的测量;将数字信号输入输出板连接到主回路仿真元件的数字信号端,负责主回路仿真元件的控制,同时负责监视主回路设备的状态。上述模拟和数字信号的数据通过通讯机制送至数据总线,用于与上层通讯。
在一个极站中控制保护设备通过数据总线与底层模拟和数字信号输入输出板传递相关的控制信号和状态信号;同时,这些设备又通过上层的局域网与运行监控系统交换命令,传送状态。直流控制和直流保护由不同的主机分别负责。
控制保护的数字信号输入输出板17分别通过换流阀过零点信号接口5接收换流阀模型11的换流阀过零点信号,通过换流变压器分接开关位置信号接口6接收换流变压器及其分接开关模型10的换流变压器分接开关位置信号。
直流控制保护系统1的模拟信号输入输出板18分别通过交直流场电压信号接口2接收电压测量元件模型13的交直流场电压信号,通过交直流场电流信号接口3接收电流测量元件模型12的交直流场电流信号。
操作人员监控设备14通过局域网向直流控制设备15和直流保护设备16发出直流输电的控制指令信号。
直流控制设备15和直流保护设备16通过内部的软硬件结合的计算分析功能判断直流系统的运行状态,向局域网和数据总线输出控制指令和系统运行状态数据。
连接在数据总线上的控制保护的数字信号输入输出板17分别通过换流阀触发脉冲信号接口4向换流阀模型11发出换流阀触发信号,通过流变压器分接开关调节指令信号接口7向换流变压器及其分接开关模型10发出换流变压器分接开关上调和下调指令信号,通过交直流场开关投切命令信号接口8向交直流场开关模型9发出交直流场开关分合指令信号。
操作人员监控设备14从局域网上获得直流系统运行状态数据进行显示,供操作人员掌握直流系统运行情况。
操作人员监控设备包括工程师工作站和运行人员工作站。工程师工作站提供调试和下载软件的功能;运行人员工作站为操作员提供一个后台操作环境,对直流运行进行控制和监视。通过局域网,本极本站控制保护系统实现与对极和对站的相应部分的数据交换,共同实现对整个仿真系统的安全稳定运行的控制功能。
高压直流输电控制系统就是采用软件和硬件结合的手段实现功率的高度可控和高效稳定输送,并保证电力系统所需性能,同时最大限度地发挥功率控制的灵活性而不危及设备的安全。
高压直流输电保护系统指采用软件和硬件结合的手段检测发生于直流输电系统中交、直流开关场,或整流逆变两端交流系统的故障,并发出相应的处理指令,以保护直流系统免受过电流、过电压、过热和过大电动力的危害,避免系统事故的进一步扩大。