CN104377691B - 超高压电网可控移相器控制保护方法 - Google Patents

Abstract

一种超高压电网可控移相器控制保护方法，涉及交流干线或交流配电网络的运行控制和保护电路装置及其控制方法，尤其涉及一种用于超高压输电网优化调控的可控移相器的控制保护方法，包括以下步骤：实时监测可控移相器装置的断路器和隔离开关运行状态；按照预先设定的顺控/遥控操作控制可控移相器切换运行状态，在控制过程中依照联锁逻辑对操作过程执行闭锁保护；通过数字锁相环对并联变压器一次侧电压进行锁相；通过检测二次侧电压突变及阀组电流值判断阀组过零自然关断，保证调档过程无绕组短路现象；模拟量采样控制单元实时监测线路功率和目标功率，实现稳态有功自动控制；监测保护子系统判断故障类型，为可控移相器提供辅助保护和本体保护。

Description

超高压电网可控移相器控制保护方法

技术领域

本发明涉及交流干线或交流配电网络的运行控制和保护电路装置及其控制方法，尤其涉及一种用于超高压输电网优化调控的可控移相器的控制保护方法。

背景技术

随着社会经济的持续发展，生活和生产对电能供应不断增长的需求有力地刺激着电力系统的迅速发展。能源中心与负荷中心的空间距离是大容量、长距离输送电能的客观动因。为了满足输电需求，电力网络的规模日益扩大。由于电力系统在运行中受到设备热稳极限的约束、输电线路的电压降约束、N-1静态安全约束、系统小干扰稳定性约束、电压稳定性约束、暂态稳定性约束以及可靠性备用约束而使得系统的输电能力很难得到完全充分利用。通过新型控制元件挖掘已有系统的潜力是最近数十年电力科学研究、电网技术升级的一个基本思路。电网一旦建成，输电线路的电气参数即成现实，系统潮流由欧姆定律、Kirchoff定律约束，电力网络唯一可以快速控制的是通过线路开关改变拓扑结构。这种缺乏控制的自由潮流经常由于受到系统运行的某种约束而不得不降低系统设备的利用率或者使系统运行在一个技术经济指标不是很好的状态。随着电力电子器件的发展，可控移相器(主要指晶闸管控制移相器，Thyristor Controlled Phase ShiftingTransformer，在以下说明中也简称为移相器或TCPST)得到了广泛的研究。可控移相器的控制系统是系统运行的关键，对于提高设备的运行管理水平具有重要作用。控制系统的控制对象是系统结构中的断路器、刀闸以及并联变二次侧调压回路中的晶闸管。中国发明专利申请“一种用于超/特高压线路的可控移相器及其操作方法”(发明专利申请号：201310058053.4申请公布号：CN103187727A)公开了一种用于超/特高压线路的可控移相器及其操作方法，每相超/特高压线路上包括两组开关,分别设置于电网受端侧和电网送端侧；每组开关包括串联的隔离开关I、断路器I和隔离开关II；在每相的两组开关之间设置可控移相器；可控移相器包括串联变压器、励磁变压器、晶闸管阀组和旁路开关；串联变压器串联在每相超/特高压线路上，并与励磁变压器连接；旁路开关与串联变压器并联；晶闸管阀组与励磁变压器并联。该发明通过控制可控移相器实现利用移相器对输电线路潮流进行灵活可控调节且不改变线路电压幅值，并且满足线路装设可控移相器后的正常带电、停电及故障等不同工况下的操作方式、系统及移相器自身过电压保护要求,为工程实际应用提供了解决方案。但是，由于控制与保护系统承担着保证一次主设备安全、稳定运行，提高系统运行性能的重任，控制和保护还要进行必要的协调配合，在移相器运行过程中保护设备不受损坏、系统损失尽可能的小的情况下，发挥移相器的功能，为系统提供支援。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于超高压电网的智能可控移相器控制保护方法，可以结合控制系统的硬件特性，通过软件和硬件的结合综合解决可控移相器的同步电压锁相、脉冲输出、调档过程控制、多套系统协调控制等技术问题，实现一台装置在完成可控移相器控制功能的同时，完成所有的主保护、后备保护功能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种超高压电网可控移相器控制保护方法，用于超高压电网可控移相器控制保护系统，所述的可控移相器控制保护系统，包括管理支持子系统，模拟量采样控制单元和开关切换控制单元组成的移相器控制子系统，以及监测保护子系统；其特征在于所述的可控移相器控制保护方法包括以下步骤：

S100：所述的开关切换控制单元实时监测可控移相器装置的各断路器和隔离开关的运行状态；

S200：按照预先设定的顺控/遥控操作控制可控移相器切换运行状态，在控制过程中依照预设的联锁逻辑，对顺控/遥控操作过程执行闭锁保护；

S300：所述的模拟量采样控制单元，通过晶闸管触发模块实现触发脉冲控制，通过数字锁相环对可控移相器的并联变压器一次侧电压进行锁相；通过检测二次侧电压突变及阀组电流值判断阀组过零自然关断，在导通阀组关断后再发出触发脉冲，保证调档过程无绕组短路现象，从而减小对电网系统的冲击；

S400：所述的模拟量采样控制单元实时监测线路功率和目标功率，当误差超出范围时自动进行移相调节，通过控制可控移相器的档位实现稳态有功自动控制；

S500：所述的监测保护子系统判断故障类型，对阀组故障和断路器故障提供辅助保护，对移相器本体变压器绕组及其引线故障提供本体保护；所述的辅助保护包括阀组谐波保护，阀拒触发保护，阀裕度不足保护，断路器失灵保护，断路器三相不一致保护和断路器位置异常告警；所述的本体保护包括纵差稳态比率差动保护，差动速断保护，工频变化量比率差动保护和绕组比率差动保护，以及复合电压闭锁方向过流保护和零序方向过流保护；

S600：若发生区内和区外故障，线路的传输功率发生变化，执行暂态自动控制的步骤，延时启动自动调节功能；

S700：以配置可控移相器线路的传输有功功率做为反馈信号，依照移相器移相角与线路有功功率的关系进行移相角的调节，提供暂态稳定控制或者阻尼功率振荡的功能；

S800：若同一电网系统的输电线路上配置至少两套可控移相器，则根据每一套可控移相器各自的运行状态，以及各套可控移相器控制系统之间的通讯状态，执行多套可控移相器之间的协调控制策略。

本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的步骤S400包括以下稳态有功自动控制的动作：

S420：通过目标有功、当前线路有功和线路电压参数计算移相角，调节至对应的电压档位，控制晶闸管组导通；

S440：监测第一阶段移相调节后的线路功率，若当前功率小于目标功率，且误差大于误差设定值，则自动向上调节一个档位；若当前功率大于目标功率，且误差大于误差设定值，则自动向下调节一个档位；若当前功率与目标功率的误差小于误差设定值，则维持档位不变；其中，所述的误差设定值约等于可控移相器单级可调节功率的1/2。

本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法的另一种较佳的技术方案，其特征在于还包括以下手动调节模式的控制步骤：

S460：所述的模拟量采样控制单元以移相角为控制目标，根据目标移相角，调节可控移相器至相应的电压档位；在手动调节模式下，可控移相器的电压档位只随目标移相角变化，不受线路功率变化的影响。

本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法的一种更好的技术方案，所述的步骤S600根据预设延迟时间延时启动自动调节功能；其中，所述的预设延迟时间大于线路保护跳闸命令传送延时与线路保护动作时间之和；所述的超高压电网可控移相器控制保护方法还包括以下暂态自动控制模式的控制步骤：

S620：若在预设延迟时间内收到线路保护跳闸命令，则判定为区外故障，转步骤S640；否则，判定为区内故障，转步骤S680；

S640：可控移相器控制保护系统闭锁自动调节功能，保持当前移相角度不变，同时将可控移相器从线路中旁路；

S660：待区外故障恢复、线路重合成功后，可控移相器控制保护系统将可控移相器重新投入；

S680：可控移相器控制保护系统启动自动调节功能。

本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法的一种改进的技术方案，其特征在于：

所述步骤S700提供的暂态稳定控制包括以下动作：

S720：当受到扰动的发电机转子在振荡加速时，通过传输线路中点可控的并联型无功补偿来提高或维持传输线电压，从而增强系统的瞬态稳定性；

S740：当系统暂态过程中某些线路的暂态功率发生显著变化时，以配置可控移相器线路的传输有功功率做为反馈信号，依照移相器移相角与线路有功功率的关系进行移相角的调节，通过可控移相器实现系统暂态过程的自动调控；

所述步骤S700提供的阻尼功率振荡包括以下动作：

S760：通过对传输角的控制，改变线路中的有功潮流，使之抵消受扰动电机的加速和减速振荡，从而有效阻尼功率振荡。

本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法的另一种改进的技术方案，其特征在于所述的步骤S700执行以下控制策略：

①根据发电机功角变化率的符号改变移相器的相角；

②当出现大的扰动时，对相角实施在最小与最大值之间变化的"乒乓"控制；

③对于较小的功率振荡，使用连续相角变化的控制。

本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法的一种进一步改进的技术方案，其特征在于所述的步骤S800根据每一套可控移相器各自的运行状态，以及各套可控移相器控制系统之间的通讯状态，执行以下协调控制策略：

S820：若多套可控移相器之中任一套退出，保持继续运行的一套则自动切换为主控状态，无论其先前状态是否为主控状态；

S840：若多套可控移相器均处于运行状态，但各套可控移相器控制系统之间的通讯连接异常，各套可控移相器的控制系统都切换为主控模式，分别独立控制；

S860：若多套可控移相器均处于运行状态，并且各套可控移相器控制系统之间的通讯连接正常，则可选择进入多主控模式或者主从模式；

S862：若选择多主控模式，各套可控移相器控制系统均为主控，分别独立控制各自的移相器；

S864：若选择主从模式，在多套可控移相器控制系统之中选定任一套作为主控，其他各套作为从机；主控同时向所有各套可控移相器输出控制命令，控制多套可控移相器为相同档位；从机只接受主控的调档指令，不再接受当地监控后台或调度的指令。

本发明的有益效果是：

1.本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法，控制保护系统模块化设计，通过软件与硬件特性结合，在软件中解决移相器的同步电压锁相、脉冲输出、调档过程控制、多套系统协调控制等技术问题。

2.本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法，在统一的平台下进行软硬件设计，配置稳定可靠，实现在同一系统平台下完成可控移相器的控制和所有的主保护、后备保护功能，对每台变压器采用独立的两套装置实现双主、双后备保护的配置原则。

3.本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法，通过可控移相器的综合控制保护和协调配合，可以在保证可控移相器在运行过程中设备不受损坏、系统损失尽可能的小的情况下，充分发挥可控移相器的功能，为电网系统提供支援。

附图说明

图1是连接到超高压电网的双芯对称型可控移相器装置的电路结构图；

图2是本发明超高压电网可控移相器控制保护系统的CT、PT配置图；

图3是本发明的超高压电网可控移相器控制保护系统的结构示意图；

图4是本发明的超高压电网可控移相器控制保护系统双机互备配置结构示意图；

图5是本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法的控制过程主流程图；

图6是本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法的稳态有功自动调节流程图；

图7是本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法的暂态自动控制流程图；

图8是本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法的双套协调控制流程图。

以上图中的各部件的标号：100为管理支持子系统，200为模拟量采样控制单元，300为开关切换控制单元，400为监测保护子系统，500为协调控制子系统，210为电压稳态自动调档控制模块，220为手动调档控制模块，230为可控移相器档位调节模块，240为数字锁相环，250为晶闸管触发模块，310为联锁逻辑模块，320为顺控/遥控模块，330为断路器/隔离开关动作控制模块，410为阀过压保护逻辑模块，420为断路器失灵保护逻辑模块，430为断路器三相不一致保护逻辑模块，440为阀拒触发保护逻辑模块，450为阀电流谐波保护逻辑模块，460为保护动作模块，510为相邻移相器联络模块，520为主控切换控制模块，TCPST为可控移相器，HVB-SE为旁路断路器，BS1为第一旁路隔离开关，BS2为第二旁路隔离开关，BES1为第一旁路接地开关，BES2为第二旁路接地开关，BRK-SE1为第一断路器，BRK-SE2为第二断路器，DS1为第一断路器隔离开关，DS2为第二断路器隔离开关，DES1为第一断路器接地开关，DES2为第二断路器接地开关，CT为电流互感器，其中，CT1至CT10对应于电流互感器1至电流互感器10，PT为电压互感器，其中，PT1至PT4对应于电压互感器1至电压互感器4。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。

本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法，用于超高压电网系统的可控移相器装置运行控制和保护，图1是连接到超高压电网的双芯对称型可控移相器装置TCPST的电路结构图。可控移相器的结构和控制方式虽然有很大差别，但其调节线路潮流的原理是一致的。可控移相器的补偿电压改变线路电压的幅值或相角，从而调节线路潮流，因可控移相器本体结构的不同，其补偿方式也不同，主要有纵向补偿、横向补偿、斜向补偿。纵向补偿只改变电压幅值，主要影响线路无功功率；横向补偿主要改变电压相角，调节有功功率；斜向补偿是两者的结合，方式相对灵活，但其本体结构、接线方式也相对复杂。图1所示的实施例采用双芯对称型可控移相器，通过与可控移相器配合的断路器/隔离开关隔离开关(简称隔离开关、隔离刀闸或刀闸)，连接到三相对称超高压电网，为简化说明，图中仅表示出三相对称电网系统中的A相，在以下描述中忽略了电网或元器件的三相标记A、B、C或a、b、c；除非特别指明，所有的说明内容适用于三相电网中的任何一相。在电网系统中，可控移相器TCPST是串联在线路中运行的，其运行状态的切换，或者发生故障时从系统中快速切除等操作都应以不影响输电线路的正常运行为前提条件。本实施例中的可控移相器为双芯对称型可控移相器，这种结构的移相器只调节线路电压的相角、不改变幅值。可控移相器TCPST本体由串联变压器B、并联变压器E和晶闸管调压电路T组成组成，其基本结构参见图1。在该实施例中，并联变压器E的二次侧采用匝数比为1:3:9的3倍绕组结构，可得到27个电压级差。调压电路采用晶闸管控制，相比传统机械式移相器相应速度快，除可调节稳态潮流外，还可参与系统暂态调节。图中，串联变压器B一次侧的绕组B1、B2串联连接在三相电网线路的两个母线节点S和L之间，绕组B1、B2的串联连接点连接到Y形连接的联变压器E的一次侧绕组E1；晶闸管组T连接到串联变压器B二次侧的绕组B3和并联变压器E二次侧的三个绕组E2、E3、E4。图中的晶闸管调压电路T为示意图，其中每个独立的晶闸管在实际系统中都由多个晶闸管串并联组成。如图1所示，在可控移相器TCPST的进线侧，配置了第一断路器BRK-SE1，第一断路器隔离开关DS1和第一断路器接地开关DES1；在可控移相器TCPST的出线侧，配置了第二断路器BRK-SE2，第二断路器隔离开关DS2和第二断路器接地开关DES2；在与可控移相器TCPST并联的支路上，配置了旁路断路器HVB-SE，及其两侧的第一旁路隔离开关BS1、第一旁路接地开关BES1和第二旁路隔离开关BS2、第二旁路接地开关BES2。本发明的超高压电网可控移相器控制保护系统根据系统运行需求，通过控制这些设备的分合状态，实现可控移相器的投入、退出、热备用等不同运行状态之间的转换。图1中用虚线标示出故障分区，其中，区内故障是指包括移相器本体、以及移相器两侧断路器范围发生的故障；区外故障是指移相器两侧断路器之外的区域发生的故障，包括线路、两侧母线、邻近线路发生故障的情况。可控移相器控制保护系统所需要的电流互感器(CT)和电压互感器(PT)配置的一个实施例如图2所示，图中省略了与移相器配合的断路器、隔离刀闸等。同样，由于三相对称性，图2也省略了可控移相器的B相和C相。可控移相器保护系统所需要的电流互感器(CT)和电压互感器(PT)，包括：用于检测检测进线侧母线电流IS的CT1，用于检测线路出线端电流IL的CT2，用于检测串联变绕组1电流ISE1的CT3，用于检测串联变绕组2电流ISE2的CT4，用于检测并联变一次侧电流ISH1的CT5，用于检测晶闸管阀组电流ISH2的CT6，用于检测并联变绕组2电流IE2的CT7，用于检测并联变绕组3电流IE3的CT8，用于检测并联变绕组4电流IE4的CT9，用于检测零线电流ISH0的CT10，用于检测进线侧母线电压US的PT1，用于检测线路出线端电压UL的PT2，用于检测并联变一次侧电压USH1的PT3，用于检测二次侧晶闸管电压USH2的PT4，CT和PT的配置涵盖了可控移相器本体保护、辅助保护和线路保护的需求。

图3是本发明的超高压电网可控移相器控制保护系统的一个实施例的结构示意图，包括管理支持子系统100，模拟量采样控制单元200和开关切换控制单元300组成的移相器控制子系统，以及监测保护子系统400，所述的管理支持子系统100连接到变电站操作员工作站(OWS)，为可控移相器装置的正确运行提供系统级支撑，通过OWS实现可控移相器控制保护系统的人机交互，并且为可控移相器控制保护系统提供电源供应，以及显示、打印接口、故障录波、网络通讯管理和网络对时等基础功能；

所述的模拟量采样控制单元200包括电压稳态自动调档控制模块210，手动调档控制模块220，可控移相器档位调节模块230，数字锁相环240和晶闸管触发模块250；模拟量采样控制单元200基于DSP+FPGA的硬件接口，通过电压稳态自动调档控制模块210获取进线侧母线电压US、进线侧母线电流IS和线路出线端电压UL，完成对电压电流模拟量的采样和计算，提供晶闸管触发控制及阀组的保护功能；电压稳态自动调档控制模块210和手动调档控制模块220，经由可控移相器档位调节模块230连接到晶闸管触发模块250；向阀控单元VCU发送晶闸管触发命令；数字锁相环240连接到晶闸管触发模块250，对可控移相器档位调节模块230发出的调档指令进行电压锁相；

所述的开关切换控制单元300包括联锁逻辑模块310，顺控/遥控模块320和断路器/隔离开关动作控制模块330；反应断路器/隔离开关分合闸状态的外部开关量输入信号，通过光电隔离连接到联锁逻辑模块310的输入端；联锁逻辑模块310的输出端和顺控/遥控模块320，连接到断路器/隔离开关动作控制模块330；

所述的监测保护子系统400包括连接到保护动作模块460的一组保护逻辑模块，所述的保护逻辑模块至少包括连接到阀控单元VCU的阀过压保护逻辑模块410，连接到阀组电流信号端的阀拒触发保护逻辑模块440和阀电流谐波保护逻辑模块450，以及连接到断路器位置接点信号端的断路器失灵保护逻辑模块420和断路器三相不一致保护逻辑模块430，保护动作模块460连接到断路器/隔离开关动作控制模块330，实现阀控单元VCU状态监视，阀组保护和断路器故障保护功能。

可控移相器的阀组中反并联的两个晶闸管，在电流的正负半波轮流导通，当可控移相器的功率流向变化后，锁相电压与阀组电流之间的相位关系也随之变化，由落后变为超前。假设功率流向为正时，在锁相电压的正半波触发导通正向晶闸管、负半波触发导通反向晶闸管，则当功率流向反向时，在锁相电压的正半波需要触发导通的是反向晶闸管、负半波需要触发导通的是正向晶闸管。因此，若反向并联的晶闸管单独触发，则在功率流向反向后，反并联的晶闸管的触发顺序需要随之调整，否则会导致并联变二次侧开路，线路中串入串联变的激磁阻抗导致线路开断。为了有效避免功率反向时的导通阀组顺序变化，简化控制系统的控制难度，根据本发明的超高压电网可控移相器控制保护系统的一个实施例，在锁相电压的正半波和负半波，所述的晶闸管触发模块250通过阀控单元VCU，将触发脉冲同时发送给阀组中反向并联的两个晶闸管，利用阀组的开通特性(阳极和阴极间为正向电压)自动决定开通的晶闸管。

在图3所示的实例中，本发明的超高压电网可控移相器控制保护系统还包括用于双套可控移相器运行控制的协调控制子系统500，所述的协调控制子系统500由相邻移相器联络模块510和主控切换控制模块520连接组成；相邻移相器联络模块510通过变电站光纤局域网，在所述双套可控移相器的两套可控移相器控制保护系统之间建立通讯连接，实时监测判断相邻可控移相器的运行状态；主控切换控制模块520连接到所述的可控移相器档位调节模块230，控制本可控移相器的运行模式；若本可控移相器切换为主控移相器，可控移相器档位调节模块230分别向本可控移相器和相邻可控移相器发出相应的调档指令；若本可控移相器切换为从控移相器状态，相邻移相器联络模块510接收来自主控移相器的调档指令，传递给可控移相器档位调节模块230，控制可控移相器执行调档操作。

图4为本发明的超高压电网可控移相器控制保护系统双机互备配置的一个实施例，在该实施例中，各可控移相器的阀控单元(VCU)，每一套可控移相器控制保护系统的移相器控制子系统和监测保护子系统，以及子系统之间的通讯网络，都采用主机A和热备机B组成的双机互备结构；可控移相器控制保护系统通过本地OWS监控主机或调度主站实时监测运行状态；移相器控制子系统接收监测保护子系统、水冷系统、OWS监控主机和远程调度主站的控制指令，对可控移相器装置中的一次设备进行控制操作，并通过VCU给晶闸管阀组发送触发脉冲。

根据本发明的超高压电网可控移相器控制保护系统的一个优选的实施例，所述的管理支持子系统通过独立的人机接口CPU负责完成保护采样值、事件报文的显示与人机对话功能；所述的移相器控制子系统和监测保护子系统采用32位微处理器+双DSP的硬件结构，32位微处理器和两个DSP并行工作；32位微处理器提供出口逻辑、报文事件记录和后台通讯功能，移相器控制子系统和监测保护子系统分别采用一个DSP负责控制采样和保护运算，保证在每一个采样间隔对所有继电器进行实时监控本发明的超高压电网可控移相器控制系统，通过硬件配置和软件支持，杜绝保护装置硬件故障引起误动的可能，提高系统软硬件的可靠性与安全性。

本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法的一个实施例如图5所示，包括以下步骤：

S100：所述的开关切换控制单元300通过联锁逻辑模块310实时监测可控移相器装置的各断路器和隔离开关的运行状态；

S200：顺控/遥控模块320按照预先设定的控制条件和操作步骤，通过断路器/隔离开关动作控制模块330执行相应的断路器、刀闸的操作指令，控制移相器在各种运行状态之间切换；在整个控制可控移相器切换运行状态的过程中，联锁逻辑模块310依照预设的联锁逻辑，对顺控/遥控操作过程执行闭锁保护，防止误操作；

本步骤中的顺控(顺序控制)是指控制系统按照预先设定的控制条件和操作步骤，执行相应的断路器、刀闸的操作指令，使移相器在各种运行状态之间进行转换。

可控移相器进行顺序控制时，应遵循如下原则：

(1)当可控移相器投入时，应先合隔离刀闸，后合断路器；当可控移相器退出时，应先分断路器，后分隔离刀闸；接地刀闸仅在设备检修时投入；

(2)串联变压器投入运行时二次侧不能开路。串联变压器二次侧开路时，其空载阻抗将很大，串入线路后将使线路几乎没有电流流过，因此当可控移相器运行时应避免这种状态；

(3)顺序控制中的每一步操作都应有一明确的状态作为参考，达到条件再进行下一步操作。且，每次顺控都要有一定的时间限制，超出规定时间后自动结束不再继续执行；

(4)在进行顺控操作前，设备状态需符合任一已定义的状态才允许进行顺控操作。

S300：模拟量采样控制单元200的可控移相器档位调节模块230，通过晶闸管触发模块250实现触发脉冲控制，晶闸管触发模块250通过数字锁相环240，对可控移相器的并联变压器一次侧电压进行锁相；调档过程中三相独立控制，首先闭锁触发脉冲，通过检测二次侧电压突变及阀组电流值来判断阀组是否已过零自然关断，在导通阀组关断后再发出触发脉冲，保证调档过程无绕组短路现象，从而减小对电网系统的冲击；

在调档过程中，晶闸管提前触发会引起绕组短路、延时触发虽避免了绕组短路，但会在系统中引起谐波和直流偏置等问题。调节过程中阀组的最佳触发时刻是电流过零点，即可保持电流的完整性，不产生谐波，也不会存在档位调节过程中绕组短路现象。但移相器每个档位下并联变的一次侧电压和晶闸管电流的相位并不相同，因此电流过零点时的电压角度也不确定，且由于测量的精度、误差、零漂等因素的存在，电流过零的精确检测是比较困难的。由于晶闸管电压在晶闸管关断与导通时是不一样的，这也是导致延时触发时晶闸管电压产生毛刺的原因。相对检测电流，判断因电流过零而导致的电压突变更为可靠。同时，绕组短路是在晶闸管组之间换流才会产生的，在晶闸管组之间换流完成后，电流换流只在反并联的两个晶闸管内发生同固定档位时相同，不再会导致绕组短路。档位发生变化后，只有每相的第一个脉冲需要监视电流过零后发出，完成晶闸管组的换流后，后续触发脉冲的触发控制策略即可恢复至和固定档位的触发策略一致。

S400：模拟量采样控制单元200通过电压稳态自动调档控制模块210，实时监测线路功率和目标功率，当误差超出范围时自动通过可控移相器档位调节模块230进行移相调节，通过控制可控移相器的档位实现稳态有功自动控制；

S500：监测保护子系统400判断故障类型，对阀组故障和断路器故障提供辅助保护，对移相器本体变压器绕组及其引线故障提供本体保护，所述的辅助保护包括阀组谐波保护，阀拒触发保护，阀裕度不足保护，断路器失灵保护，断路器三相不一致保护和断路器位置异常告警；

阀组谐波保护通过实时检测CT6(ISH2)电流中的谐波含量，当谐波含量大于定值并持续一定的时间，保护动作后合旁路开关HVB-SE，跳开BRK-SE1和BRK-SE2，同时给出告警信息。

阀拒触发保护用于检测阀触发系统的故障导致的晶闸管不导通，该保护通过检测CT6(ISH2)的电流实现保护功能。当控制装置发出阀触发信号后，晶闸管阀在触发命令发出后一段时间内，CT6(ISH2)的电流小于阀拒触发保护电流定值且持续时间大于设定值，保护动作后合旁路开关HVB-SE，跳开BRK-SE1和BRK-SE2，同时给出告警信息。

阀裕度不足保护主要用于阀裕度不足时因承受过电压而导致损坏提供保护。当保护检测到VCU的阀裕度不足信号时，保护瞬时动作，合旁路开关HVB-SE，跳开BRK-SE1和BRK-SE2，同时给出告警信息。

断路器失灵保护分为合闸失灵和分闸失灵。断路器HVB-SE和BRK-SE1、BRK-SE2的保护对象不同，其合闸失灵和分闸失灵的影响不同。旁路断路器HVB-SE在故障时，需要合闸，合闸失败则远跳线路；分闸失败则永久旁路。断路器BRK-SE1、BRK-SE2在故障时，需要分闸将移相器从系统中切除，分闸失败则远跳线路；合闸失败则永久隔离，不投移相器。该保护通过检测保护动作后的断路器接点位置来实现，在其他保护动作后的时间定值内，断路器状态未达到设定状态，断路器失灵保护动作。

断路器三相不一致保护需要同时判断断路器的HWJ与TWJ。当三相不一致保护投入，任意两相开关位置明确且相间不一致，经整定延时后判为断路器三相不一致，发三相旁路命令，将旁路断路器HVB-SE合闸。断路器位置明确是指断路器每相的HWJ与TWJ不均为0或不均为1。当断路器任意一相的TWJ和HWJ同时为0或同时为1时，装置发断路器位置异常告警信号，点亮告警灯。

所述的本体保护包括纵差稳态比率差动保护，差动速断保护，工频变化量比率差动保护和绕组比率差动保护，以及复合电压闭锁方向过流保护和零序方向过流保护，参见表1。

表1、本体保护配置

本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法的一个实施例如图6所示，所述的步骤S400包括以下稳态有功自动控制的动作：

S420：通过目标有功、当前线路有功和线路电压参数计算移相角，调节至对应的电压档位，控制晶闸管组导通；

S440：监测第一阶段移相调节后的线路功率，若当前功率小于目标功率，且误差大于误差设定值，则自动向上调节一个档位；若当前功率大于目标功率，且误差大于误差设定值，则自动向下调节一个档位；若当前功率与目标功率的误差小于误差设定值，则维持档位不变；其中，所述的误差设定值约等于可控移相器单级可调节功率的1/2；通过步骤S440的调节，可以弥补步骤S420移相角计算过程带来的误差，从而在保证动作灵敏性的同时，避免可控移相器在相邻两个电压档位之间频繁切换。

在图3所示的实施例中，所述的模拟量采样控制单元200设有手动调档控制模块220，可以通过可控移相器档位调节模块230，提供手动调档控制功能；根据本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法的一个实施例，还包括以下手动调节模式的控制步骤：

S460：模拟量采样控制单元200以移相角为控制目标，根据目标移相角，调节可控移相器至相应的电压档位；在手动调节模式下，可控移相器的电压档位只随目标移相角变化，不受线路功率变化的影响，参见图7。

如图7所示，本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法的一个实施例还包括以下暂态自动控制模式的控制步骤：

S600：若发生区内和区外故障，线路的传输功率发生变化，可控移相器控制保护系统根据预设延迟时间延时启动自动调节功能；其中，所述的预设延迟时间大于线路保护跳闸命令传送延时与线路保护动作时间之和；在本实施例中，线路保护跳闸命令传送到可控移相器控制保护系统的传送延时为15ms，线路保护动作时间为10ms，两者之和为25ms，预设延迟时间取值为40ms。

S620：若在预设延迟时间内收到线路保护跳闸命令，则判定为区外故障，转步骤S640；否则，判定为区内故障，转步骤S680；

S640：可控移相器控制保护系统闭锁自动调节功能，保持当前移相角度不变，同时将可控移相器从线路中旁路；由于双芯对称型可控移相器无法非全相运行，即使发生单相故障，也必须将三相全部旁路；

S660：待区外故障恢复、线路重合成功后，可控移相器控制保护系统将可控移相器重新投入；

S680：可控移相器控制保护系统启动自动调节功能。

本发明通过设置暂态自动控制模式的延时控制，解决了现有的可控移相器控制装置只采集本侧安装线路的测量量，无法区分区内故障和区外故障的技术问题。当发生区内和区外故障时，线路的传输功率发生变化时，本发明通过闭锁自动调节功能将晶闸管闭锁，可以更快阻断线路电流，有利于快速切除故障。

在图5所示的本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法的实施例中，还包括以下步骤：

S700：以配置可控移相器线路的传输有功功率做为反馈信号，依照移相器移相角与线路有功功率的关系进行移相角的调节，提供暂态稳定控制或者阻尼功率振荡的功能；

所述的暂态稳定控制包括以下动作：

S720：当受到扰动的发电机转子在振荡加速时，通过传输线路中点可控的并联型无功补偿来提高或维持传输线电压，从而增强系统的瞬态稳定性；

S740：当系统暂态过程中某些线路的暂态功率发生显著变化时，以配置可控移相器线路的传输有功功率做为反馈信号，依照移相器移相角与线路有功功率的关系进行移相角的调节，通过可控移相器实现系统暂态过程的自动调控；

所述的阻尼功率振荡包括以下动作：

S760：通过对传输角的控制，改变线路中的有功潮流，使之抵消受扰动电机的加速和减速振荡，从而有效阻尼功率振荡。

根据上述本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法的实施例，所述的步骤S700执行以下控制策略：

①根据发电机功角变化率的符号改变移相器的相角σ：当发电机的转速加速时，dδ

/dt＞0，增加线路的输送功率，以补偿过剩的机械输入功率；当发电机的转速减速

时，即dδ/dt＜0时，减少线路的输送功率，以平衡机械输入功率的不足；

②当出现大的扰动时，对相角σ实施在最小与最大值之间变化的"乒乓"控制；

③对于较小的功率振荡，使用连续相角变化的控制。

本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法的另一个实施例，在同一电网系统的输电线路上配置至少两套可控移相器，虽然图8所示的实施例是双套可控移相器的协调控制流程，该控制流程同样适用于多套可控移相器的协调控制；本发明的超高压电网可控移相器控制保护方法还包括以下多套可控移相器协调控制步骤：

S800：根据每一套可控移相器各自的运行状态，以及各套可控移相器控制系统之间的通讯状态，执行以下协调控制策略；

S820：若多套可控移相器之中任一套退出(N-1状态)，保持继续运行的一套则自动切换为主控状态，无论其先前状态是否为主控状态；

S840：若多套可控移相器均处于运行状态，但多套可控移相器控制系统之间的通讯连接异常，各套可控移相器的控制系统都切换为主控模式，分别独立控制；

S860：若多套可控移相器均处于运行状态，并且各套可控移相器控制系统之间的通讯连接正常，则可选择进入多主控模式或者主从模式；

S862：若选择多主控模式，各套可控移相器控制系统均为主控，分别独立控制各自的移相器；

S864：若选择主从模式，在多套可控移相器控制系统之中选定任一套作为主控，其他各套作为从机；主控同时向所有各套可控移相器输出控制命令，控制多套可控移相器为相同档位；从机只接受主控的调档指令，不再接受当地监控后台或调度的指令。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种超高压电网可控移相器控制保护方法，用于超高压电网可控移相器控制保护系统，所述的可控移相器控制保护系统，包括管理支持子系统，模拟量采样控制单元和开关切换控制单元组成的移相器控制子系统，以及监测保护子系统；其特征在于所述的可控移相器控制保护方法包括以下步骤：

S100：所述的开关切换控制单元实时监测可控移相器装置的各断路器和隔离开关的运行状态；

S200：按照预先设定的顺控/遥控操作控制可控移相器切换运行状态，在控制过程中依照预设的联锁逻辑，对顺控/遥控操作过程执行闭锁保护；

S300：所述的模拟量采样控制单元，通过晶闸管触发模块实现触发脉冲控制，通过数字锁相环对可控移相器的并联变压器一次侧电压进行锁相；通过检测二次侧电压突变及阀组电流值判断阀组过零自然关断，在导通阀组关断后再发出触发脉冲，保证调档过程无绕组短路现象，从而减小对电网系统的冲击；

S400：所述的模拟量采样控制单元实时监测线路功率和目标功率，当误差超出范围时自动进行移相调节，通过控制可控移相器的档位实现稳态有功自动控制；

S500：所述的监测保护子系统判断故障类型，对阀组故障和断路器故障提供辅助保护，对移相器本体变压器绕组及其引线故障提供本体保护；所述的辅助保护包括阀组谐波保护，阀拒触发保护，阀裕度不足保护，断路器失灵保护，断路器三相不一致保护和断路器位置异常告警；所述的本体保护包括纵差稳态比率差动保护，差动速断保护，工频变化量比率差动保护和绕组比率差动保护，以及复合电压闭锁方向过流保护和零序方向过流保护；

S600：若发生区内和区外故障，线路的传输功率发生变化，执行暂态自动控制的步骤，延时启动自动调节功能；

S700：以配置可控移相器线路的传输有功功率做为反馈信号，依照移相器移相角与线路有功功率的关系进行移相角的调节，提供暂态稳定控制或者阻尼功率振荡的功能；

S800：若同一电网系统的输电线路上配置至少两套可控移相器，则根据每一套可控移相器各自的运行状态，以及各套可控移相器控制系统之间的通讯状态，执行多套可控移相器之间的协调控制策略。

2.根据权利要求1所述的超高压电网可控移相器控制保护方法，其特征在于所述的步骤S400包括以下稳态有功自动控制的动作：

S420：通过目标有功、当前线路有功和线路电压参数计算移相角，调节至对应的电压档位，控制晶闸管组导通；

S440：监测第一阶段移相调节后的线路功率，若当前功率小于目标功率，且误差大于误差设定值，则自动向上调节一个档位；若当前功率大于目标功率，且误差大于误差设定值，则自动向下调节一个档位；若当前功率与目标功率的误差小于误差设定值，则维持档位不变；其中，所述的误差设定值约等于可控移相器单级可调节功率的1/2。

3.根据权利要求2所述的超高压电网可控移相器控制保护方法，其特征在于还包括以下手动调节模式的控制步骤：

S460：所述的模拟量采样控制单元以移相角为控制目标，根据目标移相角，调节可控移相器至相应的电压档位；在手动调节模式下，可控移相器的电压档位只随目标移相角变化，不受线路功率变化的影响。

4.根据权利要求1所述的超高压电网可控移相器控制保护方法，其特征在于所述的步骤S600根据预设延迟时间延时启动自动调节功能；其中，所述的预设延迟时间大于线路保护跳闸命令传送延时与线路保护动作时间之和；所述的超高压电网可控移相器控制保护方法还包括以下暂态自动控制模式的控制步骤：

S620：若在预设延迟时间内收到线路保护跳闸命令，则判定为区外故障，转步骤

S640；否则，判定为区内故障，转步骤S680；

S640：可控移相器控制保护系统闭锁自动调节功能，保持当前移相角度不变，同时将可控移相器从线路中旁路；

S660：待区外故障恢复、线路重合成功后，可控移相器控制保护系统将可控移相器重新投入；

S680：可控移相器控制保护系统启动自动调节功能。

5.根据权利要求1所述的超高压电网可控移相器控制保护方法，其特征在于：

所述步骤S700提供的暂态稳定控制包括以下动作：

S720：当受到扰动的发电机转子在振荡加速时，通过传输线路中点可控的并联型无功补偿来提高或维持传输线电压，从而增强系统的瞬态稳定性；

S740：当系统暂态过程中某些线路的暂态功率发生显著变化时，以配置可控移相器线路的传输有功功率做为反馈信号，依照移相器移相角与线路有功功率的关系进行移相角的调节，通过可控移相器实现系统暂态过程的自动调控；

所述步骤S700提供的阻尼功率振荡包括以下动作：

S760：通过对传输角的控制，改变线路中的有功潮流，使之抵消受扰动电机的加速和减速振荡，从而有效阻尼功率振荡。

6.根据权利要求1所述的超高压电网可控移相器控制保护方法，其特征在于所述的步骤S700执行以下控制策略：

①根据发电机功角变化率的符号改变移相器的相角；

②当出现大的扰动时，对相角实施在最小与最大值之间变化的"乒乓"控制；

③对于较小的功率振荡，使用连续相角变化的控制。

7.根据权利要求1至6之任一权利要求所述的超高压电网可控移相器控制保护方法，其特征在于所述的步骤S800根据每一套可控移相器各自的运行状态，以及各套可控移相器控制系统之间的通讯状态，执行以下协调控制策略：

S820：若多套可控移相器之中任一套退出，保持继续运行的一套则自动切换为主控状态，无论其先前状态是否为主控状态；

S840：若多套可控移相器均处于运行状态，但各套可控移相器控制系统之间的通讯连接异常，各套可控移相器的控制系统都切换为主控模式，分别独立控制；

S860：若多套可控移相器均处于运行状态，并且各套可控移相器控制系统之间的通讯连接正常，则可选择进入多主控模式或者主从模式；

S862：若选择多主控模式，各套可控移相器控制系统均为主控，分别独立控制各自的移相器；

S864：若选择主从模式，在多套可控移相器控制系统之中选定任一套作为主控，其他各套作为从机；主控同时向所有各套可控移相器输出控制命令，控制多套可控移相器为相同档位；从机只接受主控的调档指令，不再接受当地监控后台或调度的指令。