CN102323815A - 一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法 - Google Patents

一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法，其特征在于采用系统级控制器或模拟系统级控制器、阀基控制设备的下级设备或下级模拟设备，连接阀基控制设备构建起完整的柔性直流系统控制系统和一次系统，通过试验来完成阀基控制设备的功能测试；该试验方法可以最大程度保证阀基控制设备自身功能的正确性。

Description

一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法
技术领域
本发明涉及试验方法，具体地讲，涉及阀基控制设备的试验方法。 
背景技术
模块化多电平换流器阀作为柔性直流输电的核心、关键设备，保证其安全可靠稳定的运行，不仅是系统对装置的要求，更是装置保护自身的要求。阀基控制设备作为直接面对换流阀的控制设备，其可靠运行同样至关重要。 
由于常规直流输电与柔性基于模块化多电平的换流器阀的电路拓扑不相同，所以两种阀基控制设备也不相同，因此目前国内外尚未见到模块化多电平换流器阀基控制设备试验的有关方法。 
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法，该试验方法可以最大程度保证阀基控制设备自身功能的正确性。 
本发明提供的一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法，其改进之处在于采用系统级控制器或模拟系统级控制器、阀基控制设备的下级设备或下级模拟设备，连接阀基控制设备构建起完整的柔性直流系统控制系统和一次系统，通过试验来完成阀基控制设备的功能测试。 
本发明提供的第一优选的模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法，所述系统级控制器包括直流控制保护冗余系统、站控系统、阀基控制系统接口在内的换流站控制保护系统；所述模拟系统级控制器是指能够模拟系统级控制器功能的小型控制器；所述下级设备为由子模块构成的模块化多电平换流阀；所述下级模拟设备为具有换流阀相同功能的模拟换流阀。 
本发明提供的第二优选的模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法，所述 试验包括阀基控制设备自检试验、验证阀基控制设备的调制和电压平衡控制功能试验、阀基控制设备的顺控流程功能试验、阀基控制设备对子模块的保护功能试验、阀基控制设备冗余切换功能试验和阀基控制设备的事件回报功能试验。 
本发明提供的第三优选的模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法，所述阀基控制设备自检试验为确保设备电气连接正确并在刚上电态下不误报故障，即确保阀基控制设备未连上级设备时且自身刚上电时不报故障，上电后满足以下条件即算通过试验：电源指示灯正常，电源监视不误报，阀基控制设备内部通信报警灯不亮。 
本发明提供的第四优选的模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法，所述验证阀基控制设备的调制和电压平衡控制功能为采用连接一次侧设备运行的方式来验证，观测阶梯数和电压波动，来确保调制正确以及电压平衡控制的正确性；如果阶梯数与设定目标一致且电压波动在设定波动范围内即算通过试验；所述一次侧设备运行的方式为如无源逆变。 
本发明提供的第五优选的模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法，所述阀基控制设备的顺控流程功能试验为验证阀基控制设备能够满足柔性直流输电的顺控流程；换流阀如果能够顺利启动、解锁运行、停运，则可以确认此功能。 
本发明提供的第六优选的模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法，所述阀基控制设备对子模块的保护功能试验为以及全局保护功能试验来确保阀基控制对阀的个体保护功能和全局保护功能，试验需要模拟所有情况下的个体故障，并确保阀基控制设备的保护动作与设计的保护动作一致，然后模拟所有情况下的全局故障，并确保阀基控制设备的保护动作与设计的保护动作一致；所述个体故障包括子模块过压、电源故障、通信、IGBT驱动故障等；所述全局故障包括：子模块旁路开关拒动、旁路子模块数超过设定数。 
本发明提供的第七优选的模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法，所述阀基控制设备冗余切换功能试验为验证阀基控制设备的切换功能，先运行系统，然后制造主动切换或被动切换，如阀各个子模块能够完成切换且一次设备正常则可确保此功能正确。 
本发明提供的第八优选的模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法，主动切换的方式是人为通过发命令切换，被动切换是制造主系统的通信故障，设备自身可以切换到另外一套系统运行。 
本发明提供的第九优选的模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法，所述 阀基控制设备的事件回报功能试验为验证阀基控制设备能够将所有发生过的故障记录并上传这一功能；试验时需要制造所有涉及的故障类型，来确保任何一个故障均可以被上传并记录显示。 
通过以上阀基控制设备的试验方法，就可以确保模块化多电平换流器阀基控制设备的基本功能的正确性。 
其中，系统级控制器包括直流控制保护冗余系统、站控系统、阀基控制系统接口等，如南瑞继保公司提供的换流站控制保护系统。模拟系统级控制器是指能够模拟系统级控制器部分功能的小型控制器。下级设备或者下级模拟设备是指由子模块构成的模块化多电平换流阀或者具有换流阀相同功能的模拟换流阀。 
由于模块化多电平换流器阀由6个桥臂组成，每个桥臂可以看做一个单位。每个桥臂由单独的控制保护主机完成本桥臂的子模块的故障检测以及保护，6个桥臂控制保护主机上层由一个汇总控制保护主机完成个桥臂故障汇总以及整体阀保护。为了保证一次设备不因为二次设备的故障而停运或失控，阀基控制设备采用两套控制保护系统同时热备用的保护方案。可见，模块化多电平换流器阀基控制设备主要是由桥臂控制保护主机和汇总控制保护主机组成的。 
本试验方案从电气检测到功能检测，从简单功能测试到复杂功能测试，从个体功能测试到整体性能测试的方式设计了循序渐进的试验方法。 
本方法设计为验证阀基控制设备的以下功能： 
阀基控制设备自检功能、阀基控制设备的调制和电压平衡控制功能、顺控流程下阀基控制设备的功能、阀基控制设备对子模块的保护功能以及全局保护功能、阀基控制设备冗余切换功能、阀基控制设备的事件回报功能，通过此试验方法可以最终确保阀基控制器的功能的正确性。 
本验方法所提出的设备连接方式并不局限于接入真正的一次设备或真正的系统级控制器，也可具备模拟功能的模拟控制器或设备。 
与现有技术相比，本发明提供的一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法具有以下优点： 
1、所提出的基于功能划分的试验方法能够将各个功能的检测清晰化、简单化，并不失全面性。 
2、所提出的设备连接方式并不局限于接入真正的一次设备或真正的系统级控制器，接入具备模拟功能的模拟控制器或设备也可。 
3、所提出的试验方法可以在接入真正的模块化多电平换流器阀之前确保阀基控制设备的性能正确性，将一次二次联调的风险降至很低。 
4、模块化多电平换流器阀基控制设备试验方法的各试验内容；根据此方法，可以将换流阀阀基控制设备的各基本功能进行测试。 
附图说明
图1是：本发明提供的一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法的阀基控制设备自检试验原理图； 
图2是：本发明提供的一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法的阀基控制设备的调制和电压平衡控制功能原理图； 
图3是：本发明提供的一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法的顺控流程下阀基控制设备的功能原理图； 
图4是：本发明提供的一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法的阀基控制设备对子模块的保护功能以及全局保护功能原理图； 
图5是：本发明提供的一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法的阀基控制设备冗余切换功能试验和阀基控制设备的事件回报功能试验原理图； 
图6是：本发明提供的一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法的换流阀示意图； 
图7是：本发明提供的一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法的换流阀子模块示意图。 
具体实施方式
以下通过附图及实施例对本发明提供的一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法做进一步更详细的说明。 
实施例1 
本实施例的模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法，采用系统级控制器或模拟系统级控制器、阀基控制设备的下级设备或下级模拟设备，连接阀基控制设备构建起完整的柔性直流系统控制系统和一次系统，通过试验来完成阀基控制设备的功能测试。 
其中，系统级控制器包括直流控制保护冗余系统、站控系统、阀基控制系统接口等，如南瑞继保公司提供的换流站控制保护系统。模拟系统级控制器是指能够模拟系统级控制器部分功能的小型控制器。下级设备或者下级模拟设备是指由子模块构成的模块化多电平换流阀或者具有换流阀相同功能的模拟换流阀，换流阀如图6所示，子模块如图7 所示。 
试验包括阀基控制设备自检试验如图1所示、验证阀基控制设备的调制和电压平衡控制功能试验如图2所示、阀基控制设备的顺控流程功能试验如图3所示、阀基控制设备对子模块的保护功能试验如图4所示、阀基控制设备冗余切换功能试验和阀基控制设备的事件回报功能试验如图5所示。 
  顺序   试验名称   试验目的
  1   自检试验   验证自检功能正常
  2   调制和电压平衡试验   验证调制功能正常，验证电压平衡算法正确
  3   顺控流程试验   验证启动、解锁运行、停机等顺控流程正确
  4   保护功能试验   验证个体保护和全局保护正确
  5   切换功能试验   验证主动和被动切换功能正确
  6   事件回报功能试验   验证事件回报功能正常
阀基控制设备自检试验为确保设备电气连接正确并在刚上电态下不误报故障，即确保阀基控制设备未连上级设备时且自身刚上电时不报故障，上电后满足以下条件即算通过试验：电源指示灯正常，电源监视不误报，阀基控制设备内部通信报警灯不亮。 
验证阀基控制设备的调制和电压平衡控制功能为采用连接一次侧设备运行的方式来验证，观测阶梯数和电压波动，来确保调制正确以及电压平衡控制的正确性；如果阶梯数与设定目标一致且电压波动在设定波动范围内即算通过试验；一次侧设备运行的方式为如无源逆变。 
阀基控制设备的顺控流程功能试验为验证阀基控制设备能够满足柔性直流输电的顺控流程；换流阀如果能够顺利启动、解锁运行(如无源逆变)、停运，则可以确认此功能；在此试验中需要确保解锁后无源逆变输出电压波形阶梯数和波形与目标一致。 
阀基控制设备对子模块的保护功能试验为以及全局保护功能试验来确保阀基控制对阀的个体保护功能和全局保护功能，试验需要模拟所有情况下的个体故障，并确保阀基控制设备的保护动作与设计的保护动作一致，然后模拟所有情况下的全局故障，并确保阀基控制设备的保护动作与设计的保护动作一致。 
个体故障包括子模块过压、电源故障、通信、IGBT驱动故障等；全局故障包括：子模块旁路开关拒动、旁路子模块数超过设定数。 
阀基控制设备冗余切换功能试验为验证阀基控制设备的切换功能，先运行系统，然 后制造主动切换或被动切换，如阀各个子模块能够完成切换且一次设备正常则可确保此功能正确。 
主动切换的方式是人为通过发命令切换，被动切换是制造主系统的通信故障，设备自身可以切换到另外一套系统运行。 
阀基控制设备的事件回报功能试验为验证阀基控制设备能够将所有发生过的故障记录并上传这一功能；试验时需要制造所有涉及的故障类型，来确保任何一个故障均可以被上传并记录显示。 
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管本领域的技术人员阅读本申请后，参照上述实施例对本发明进行种种修改或变更，但这些修改或变更，均在申请待批本发明的权利申请要求保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备试验方法，其特征在于采用系统级控制器或模拟系统级控制器、阀基控制设备的下级设备或下级模拟设备，连接阀基控制设备构建起完整的柔性直流系统控制系统和一次系统，通过试验来完成阀基控制设备的功能测试。
2.根据权利要求1所述的阀基控制设备试验方法，其特征在于所述系统级控制器包括直流控制保护冗余系统、站控系统、阀基控制系统接口在内的换流站控制保护系统；所述模拟系统级控制器是指能够模拟系统级控制器功能的小型控制器；所述下级设备为由子模块构成的模块化多电平换流阀；所述下级模拟设备为具有换流阀相同功能的模拟换流阀。
3.根据权利要求1所述的阀基控制设备试验方法，其特征在于所述试验包括阀基控制设备自检试验、验证阀基控制设备的调制和电压平衡控制功能试验、阀基控制设备的顺控流程功能试验、阀基控制设备对子模块的保护功能试验、阀基控制设备冗余切换功能试验和阀基控制设备的事件回报功能试验。
4.根据权利要求3所述的阀基控制设备试验方法，其特征在于所述阀基控制设备自检试验为确保设备电气连接正确并在刚上电态下不误报故障，即确保阀基控制设备未连上级设备时且自身刚上电时不报故障，上电后满足以下条件即算通过试验：电源指示灯正常，电源监视不误报，阀基控制设备内部通信报警灯不亮。
5.根据权利要求3所述的阀基控制设备试验方法，其特征在于所述验证阀基控制设备的调制和电压平衡控制功能为采用连接一次侧设备运行的方式来验证，观测阶梯数和电压波动，来确保调制正确以及电压平衡控制的正确性；如果阶梯数与设定目标一致且电压波动在设定波动范围内即算通过试验；所述一次侧设备运行的方式为如无源逆变。
6.根据权利要求3所述的阀基控制设备试验方法，其特征在于所述阀基控制设备的顺控流程功能试验为验证阀基控制设备能够满足柔性直流输电的顺控流程；换流阀如果能够顺利启动、解锁运行、停运，则可以确认此功能。
7.根据权利要求3所述的阀基控制设备试验方法，其特征在于所述阀基控制设备对子模块的保护功能试验为以及全局保护功能试验来确保阀基控制对阀的个体保护功能和全局保护功能，试验需要模拟所有情况下的个体故障，并确保阀基控制设备的保护动作与设计的保护动作一致，然后模拟所有情况下的全局故障，并确保阀基控制设备的保护动作与设计的保护动作一致；所述个体故障包括子模块过压、电源故障、通信、IGBT驱动故障等；所述全局故障包括：子模块旁路开关拒动、旁路子模块数超过设定数。
8.根据权利要求3所述的阀基控制设备试验方法，其特征在于所述阀基控制设备冗余切换功能试验为验证阀基控制设备的切换功能，先运行系统，然后制造主动切换或被动切换，如阀各个子模块能够完成切换且一次设备正常则可确保此功能正确。
9.根据权利要求8所述的阀基控制设备试验方法，其特征在于主动切换的方式是人为通过发命令切换，被动切换是制造主系统的通信故障，设备自身可以切换到另外一套系统运行。
10.根据权利要求1所述的阀基控制设备试验方法，其特征在于所述阀基控制设备的事件回报功能试验为验证阀基控制设备能够将所有发生过的故障记录并上传这一功能；试验时需要制造所有涉及的故障类型，来确保任何一个故障均可以被上传并记录显示。
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