CN104979844B - Hvdc传输系统的变换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高压直流(HVDC)传输系统的变换方法。第一系统被设定为激活状态。从第一系统传输准备信号给第一COL。响应于准备信号，准备检测信号和激活信号被传输给第一系统。当准备检测信号与准备信号匹配时，响应于激活信号，确认信号被传输给第一系统。

Description

HVDC传输系统的变换方法
技术领域
本发明涉及一种变换方法，其使用高压直流(HVDC)传输系统的至少两个系统的变换逻辑。
背景技术
变换变换两个电力系统之间一般有两种互联方法，一种典型的方法为交流电力系统的按原样互联，另一种方法为在通过电力转换器将交流电力转换为直流电力之后实现系统互联。如今，相比于交流电力系统的按原样互联方法，人们更关注将交流电力转换为直流电力后的电力系统互联方法。使用电力转换器的高压直流(HVDC)传输系统也安装在韩国的济州岛和海南郡之间实现济州岛和海南郡的电力系统互联。
HVDC传输方法是电力传输方法中的一种，而且它代表了一种供电方法，其将发电厂产生的高压交流电力转换为直流电力，然后传输直流电力，并在期望的电力接收地区将直流电力逆变为交流电力。
直流传输方法有许多优点。
第一，因为直流电压的大小仅仅约为交流电压最大值的70％，HVDC传输系统能够很容易的执行设备绝缘，并且由于具有低电压，可减少在每一个设备上安装的绝缘子数量和钢塔的高度。
由于当相同电力被传输时，直流输电方法比交流输电方法有更低的传输损耗，HVDC传输系统的最大优点是可提高电力传输效率。HVDC传输系统在直流系统中可传输两倍或者更多倍的交流系统的电流。
由于HVDC传输系统可减少线损和传输线的面积，能够通过连接两个具有不同电压或频率的系统来有效地提高系统的稳定性。
HVDC传输系统在电力能传输距离上没有约束，并且直流输电方法在超过450Km的陆上电力传输或者在超过40Km的海底电力传输的施工成本是低廉的。
因此，HVDC传输系统被用于新的可再生能源的电力系统互联方法，尤其是大型海上风电场的电力传输。
由于在其他国家，例如中国和印度，发电厂和电力用户之间的距离为1000Km或更远，HVDC传输系统的普及得到了快速增长。
包括控制器在内的HVDC传输系统中的组件被成对提供，用于系统稳定性，在这种情况下，这对设备中的一个处于激活状态，该对设备中的另一个处于非激活状态。
将成对设备之中的处于激活状态的设备改变为非激活状态，以及相似的，将处于非激活状态的设备改变为激活状态的操作，被称为变换(changeover)。
在一个典型的变换技术中，即使一个小的毛刺信号或噪音发生在信号输入的线路上，获得故障信号的变换逻辑(COL，changeover logic)也会变换控制器。
有一种情况，当确有故障的系统将故障信号传输给COL，但即使当传输信号的传输线具有物理问题、从系统传输的正常信号被变形为故障信号被传输时，会因此发生毛刺或者噪音。
在这种状况下，获得了故障信号的COL确定了传输故障信号的系统具有故障。
因此，由于通常的系统容易产生故障，并且COL立即收到由控制器提供的命令并执行变换操作，整个HVDC传输系统非常依赖于控制器的纠错能力，因此会产生不稳定和经历用尽。
发明内容
实施例提供一种HVDC传输系统的变换方法，其防止作为系统变换的核心的逻辑变换将错误的故障信号确定为正常的故障信号，并且因此防止系统出现变换错误，以确保稳定性并且不会对变换时间产生重大影响。
在一个实施例中，高压直流(HVDC)传输系统的变换方法包括：将第一系统设定为激活状态；从第一系统传输准备信号给第一COL；响应于准备信号，传输准备检测信号和激活信号给第一系统；并且当准备检测信号匹配于准备信号时，响应于激活信号传输确认信号给第一系统。
一个或多个实施例的细节在下面的附图和说明书中描述。其他的技术特征会在附图和说明书，以及权利要求中示出。
附图说明
图1为一般的高压直流(HVDC)传输系统示意图。
图2表示一对包括HVDC传输系统和一对变换逻辑(COL)的系统。
图3为一个实施例的初始操作和正常操作下的流程图。
图4到6为按照一个实施例的成对系统和第一COL之间的在初始操作和正常操作下的信号交互。
图7为按照一个实施例的当获得故障信号时的第一COL操作方法流程图。
图8到12表示图7的流程中的成对系统和第一COL之间的信号交互。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其示例体现在附图中。
按照一个实施例，包括第一系统1、第二系统2、第一变换逻辑(COL)3和第二COL4的高压直流(HVDC)传输系统的变换方法包括：将第一系统1设定为激活状态；从第一系统1传输准备信号给第一COL3；响应于准备信号，从第一COL3传输准备检测信号和激活信号给第一系统1；并且当准备检测信号匹配于准备信号时，响应于激活信号从第一系统1传输确认信号给第一COL3。
按照另一个实施例，变换方法进一步包括由第一COL3获得故障信号，并且响应于此故障信号，从第一COL3传输故障检测信号到第一系统1。
按照另一实施例，变换方法进一步包括响应于故障检测信号，从第一系统传输确认信号给第一变换逻辑，并且响应于确认信号，将第一系统改变为非激活状态，将第二系统改变为激活状态。
按照又一实施例，从第一系统1到第一COL3传输确认信号包括检查故障检测信号是否与故障信号匹配，并且当故障检测信号与故障信号匹配时，从第一系统1传输确认信号给第一COL3。
按照又一实施例，变换方法进一步包括，在第一COL3传输故障检测信号之后，当第一COL在临界时间或者晚于临界时间没有收到确认信号时，将第一系统1改变为非激活状态，将第二系统2改变为激活状态。
按照又一实施例，由第一COL3获得故障信号包括，当第一COL不能收到从第一系统1传输的特定信号时，获得故障信号。
按照又一实施例，由第一COL3获得故障信号包括，当第一系统1发生故障并传输故障信号给第一COL3时，由第一COL3获得故障信号。
按照又一实施例，变换方法进一步包括，在第二系统2被改变为激活状态后，即使第一COL3未获得故障信号，也继续维持第一系统1的非激活状态和第二系统2的激活状态。
图1为一般的HVDC传输系统的方框图。
参照图1，控制和保护(C&P)单元起到控制交流场(yard)、变换变压器(CT.r)、转换器(阀)和直流场的作用，这些是HVDC传输系统的全部组件。
成对系统包括两个相同的系统，即第一系统和第二系统，以便连续地执行操作，使得在当前的运行系统出现问题时，例如当一个系统出错时，备用系统可以继续提供服务。
在这种情况下，成对系统分别具有激活模式和备用模式，两个系统为逻辑上的组合和运行，彼此监控。当前的运行系统被称为激活系统，并且处于备用状态的系统被称为备用系统。
激活系统实际处在运行中并且在系统中处于激活状态，为所有的连接设备以及所有连接设备的逻辑执行输入和输出，并且为处于备用状态的备用系统提供所有的运行信息。
备用系统在准备状态中等待变成为激活系统，即在非激活状态下，通过同步激活系统的所有数据和阶段信息，准备立即变换为激活状态。
图2表示一对系统，各系统包括一对HVDC传输系统和一对COL。
在下文中，例如，两个系统由两个C&P单元表示。
成对的HVDC传输系统包括两个C&P单元(第一C&P单元和第二C&P单元)和两个COL(第一COL和第二COL)。哪一个C&P单元用于HVDC传输系统由两个COL决定。
两个COL各自检测是激活第一COL还是第二COL，以及检测是激活第一C&P单元还是第二C&P单元，以使得一个COL处于激活状态，另一个COL处于非激活状态。
在这种情况下，激活的COL检测两个C&P单元的活性，并且接收激活确认信号的COL有权限实现变换。
在下文中，按照一个实施例的成对的HVDC传输系统的变换方法参考图3至7详细描述。
如下所述的实施例中，系统可包括C&P单元(未示出)，其可执行对于整个HVDC传输系统的控制和保护的操作。
在系统和COL之间传输的信号可通过在COL之间、COL和系统(例如C&P单元)之间以及系统之间连接的线路进行传输。例如线路可以为现场总线。
参考图3至6，描述了一种按照一个实施例的在一对系统中的，在初始运行和正常运行下由COL设定激活系统和非激活系统的方法。
图3为在初始运行和正常运行下的一个实施例的流程图。
在初始运行中，在步骤S301中，两个COL中的主COL被定义为第一COL3，并且主COL的本地系统被定义为第一系统1。
主COL代表在两个COL中具有更高的优先级一个COL，并且COL之间的优先级由操作者设定。
本地系统代表在两个系统之间更靠近主COL安装的那一个系统。
第一COL3是具有权限确定操作第一系统1和第二系统2中的哪一个系统的COL。那就是说，第一COL3为当前具有激活状态的激活COL，并且实际执行变换操作。
相反的，第二COL4为当前具有非激活状态的非激活COL，并且实际上为备用状态。
当第一COL3具有故障或出错时，第二COL4变为激活COL来代替第一COL3，并且在具有激活状态之后，成为激活COL的第二COL4为实际执行变换操作的COL。在系统的情况下，在初始运行中作为主COL的第一COL3的本地系统被定义为第一系统1。相反的，考虑到与第一系统3的关系，第一COL3的远程系统被定义为第二系统2。
远程系统是对应于本地系统的系统，并且从第一COL3来说，安装地比第一COL3更远的系统被定义为远程系统。
重新参考图3，在步骤S302中，第一系统1和第二系统2各自传输准备信号给第一COL3。
当第一COL3接收到准备信号时，第一COL3确定第一系统1和第二系统2可执行必要的操作。
由第一系统1和第二系统2各自传输给第一COL3的准备信号可包括具有周期大约200μs的脉冲波。当第一系统1或第二系统2未产生大约300μs的准备信号时，第一COL3可判定第一系统1和第二系统2中大约300μs无变化的系统尚未准备好运行的系统。
参考图4，第一系统1通过连接第一系统1和第一COL3的线路传输准备信号“①准备”给第一COL3，并且第二系统2通过连接第二系统2和第一COL3的线路传输准备信号“①’准备”给第一COL3。
在步骤S303中，当第一COL3分别从第一系统1和第二系统2接收到准备信号“①准备”和“①’准备”时，第一COL3分别给第一系统1和第二系统2传输准备检测信号“②准备检测”和“②’准备检测”。
在这一实施例中，准备检测信号“②准备检测”和“②’准备检测”为响应于从每个系统传输给COL的准备信号“①准备”和“①’准备”的信号，并且准备检测信号可包括COL已经检测到每一个已经传输准备信号的系统已经准备运行。
由COL传输的准备检测信号可包括与从每个系统传输给COL的准备信号相同的内容。
例如，当准备信号为周期大约为200μs，最大值为A的正弦波时，准备检测信号可以为相同的周期大约为200μs的，最大值为A的正弦波。
然后，如图4至12所示，第一系统1和第二系统2分别继续传输准备信号给第一COL3，并且第一COL3分别继续传输准备检测信号给第一系统1和第二系统2。
重新参考图3，在步骤S304中，当第一COL3分别传输准备信号给第一系统1和第二系统2时，第一COL3传输激活信号给第一系统1。
参考图4，第一COL3确定作为第一COL3的本地系统的第一系统1需要被激活，并且传输激活信号给第一系统1，以便将第一系统1设定为激活系统。
重新参考图3，在步骤S305中，当第一系统1接收到由第一COL3传输的激活信号时，第一系统1确定由第一系统1传输的准备信号是否与由第一系统1接收的准备检测信号相匹配。
作为确定准备信号是否与准备检测信号相匹配的方法的示例，在大约200μs的范围内，以大约10μs为单元对准备信号和准备检测信号进行采样，以每10μs确定准备信号的输出值和准备检测信号的输出值是否相等。
直到确定了准备信号匹配于准备检测信号之前，第一系统1继续确定准备信号是否与准备检测信号匹配。
在步骤S306中，当确定了由第一系统1传输的准备信号与传输给第一系统1的准备检测信号相匹配时，第一系统1传输确认信号给第一COL3。
如图5所示，从COL3接收激活信号的第一系统1传输确认信号给第一COL3。
图5中表示的确认信号在下文详细描述。
按照这一实施例的确认信号包括传输给第一COL3的准备检测信号，其与传输给第一系统1的准备信号相匹配。
在这一实施例中，在一个周期内(例如大约200μs)接收激活信号的系统传输确认信号给COL，并且在一个周期后不会传输确认信号。
重新参考图3，在步骤S307中，当第一COL3从第一系统1接收确认信号时，COL3设定已经传输了确认信号的第一系统1为激活系统。
参考图6，第一COL3在从第一系统1接收确认信号后，设定第一系统1为激活系统，并且设定第二系统2为非激活系统。
在设定第一系统1为激活系统后，第一COL3继续传输确认信号给第一系统1。
在第一系统1继续从第一COL3接收确认信号后，第一系统1作为激活系统为整个HVDC传输系统执行必要的操作，直到第一系统1具有故障。
在下文中，参考图7至12说明激活的COL如何获得故障信号并变换系统。
在步骤S701中，第一系统1是在初始运行中被第一COL3设定为激活系统的系统，并且第一COL3是被设定为激活的C&P单元的COL。
第一系统1为实际在整个HVDC传输系统中运行的系统，第一系统1可包括第一C&P单元(未示出)，第二系统2可包括第二C&P单元(未示出)，并且第一和第二C&P单元执行控制和保护整个HVDC传输系统的操作。
第二系统2在初始运行中是被设定为非激活系统的系统，并且是处于备用状态的系统。当发现第一系统1具有故障或出错时，第二系统2由第一COL3设定为激活系统，并且在第二系统2设定为激活系统之后，第二系统2为整个HVDC传输系统执行必要的操作(例如，控制和保护整个HVDC传输系统)。
在步骤S702中，当第一系统1作为激活系统运行时，第一系统1传输系统信号给第一COL3，并且第一COL3从第一系统1获得故障信号。
参考图8，第一系统1传输系统信号给第一COL3，并且第一COL3获得故障信号。
如之前讨论的，当第一系统1具有故障时，存在这样的情况，第一系统1传输故障信号给第一COL3，但是无论第一系统1是否具有故障，第一COL3都可获得故障信号，因为即使第一系统1已经传输了正常信号①系统信号，存在由于第一系统1和第一COL3之间的线路上的物理损坏或缺陷引起的噪音。
那就是说，在图8中的系统信号也可能作为故障信号被第一COL3获得。
然而，虽然在图8中的系统信号本身是无故障的正常信号，但是由系统信号的线路上的物理损坏或缺陷引起的噪音被加入到系统信号中，第一COL3可能不能获得系统信号，并且可能获得系统信号中加入噪音的故障信号。
重新参考图7，在步骤S703中，当第一COL3从第一系统1接收到故障信号时，COL3传输故障检测信号给第一系统1。
第一COL3传输包括与故障信号相同内容的故障检测信号。
例如，当故障信号为周期大约为200μs，最大值为A的正弦波时，故障检测信号也可以为周期大约为200μs的，最大值为A的正弦波。
参考图9，在第一COL3获得图8中的故障信号后，第一COL3传输在图9中由第一COL3获得的、与图8中的故障信号相等的故障检测信号给第一系统1。
重新参考图7，在步骤S704中，当第一系统1接收到故障检测信号，第一系统1确定由第一COL3传输的故障检测信号是否与在由第一COL3获得故障信号之前由第一系统1传输的系统信号相同。
参考图9，在第一系统1接收到故障检测信号之后，第一系统1确定故障检测信号与在图8中由第一系统1传输的系统信号是否彼此相同。
在图9中，假设由第一COL3获得的故障信号和由第一COL3传输的故障检测信号是相同的。
参照图7，在步骤S705中，当确定了故障检测信号与系统信号是相同的，第一系统1传输确认信号给第一COL3。
如图9所示，当确定了故障检测信号与系统信号是相同的，第一系统1传输确认信号给第一COL3，确认信号表示故障检测信号与系统信号是相同的。
重新参考图7，当第一COL3接收到确认信号或者在一定时间内没有接收到确认信号，在步骤S706中，第一COL3判定第一系统1需要设定成非激活状态，并在步骤S707中，第一COL3判定第二系统2需要设定为激活状态。
这个一定时间可以为，例如，确认信号周期的1.5倍，或者例如，当周期为大约200μs时，该一定时间大约为300μs。
第一COL3不仅在接收到确认信号时、而且在一定时间内没有接收到确认信号时都要设定第一系统1为非激活状态的理由是因为第一系统1实际上可能具有故障，因而不能传输确认信号。
当第一系统1具有故障而不能传输确认信号给第一COL3时，通过强制变换系统的操作有可能增强整个系统的可靠性。
参考图10，在图9中接收确认信号的第一COL3判定第一系统1需要设定为非激活系统并且第二系统2需要设定为激活系统，并且传输这个确认信号给第二系统2。
当接收激活信号的第二系统2判定由第二系统2传输的准备信号与传输给第二系统2的准备检测信号匹配时，第二系统2传输确认信号给第一COL3。
如图11所示，接收到由第二系统2传输的确认信号的第一COL3设定第二系统2为激活状态，并且继续传输激活信号给第二系统2。
然后，如图12所示，设定成激活系统的第二系统2作为激活系统继续执行在整个HVDC传输系统中所需的操作。
如图12所示，虽然未获得从第一系统1传输给第一COL3的故障信号，但第一COL3继续维持第二系统2为激活状态和维持第一系统1为非激活状态。那就是说，第一系统1和第二系统2不进行变换，并且第二系统2继续作为激活系统执行操作。
本实施例允许COL稳定的维持，并且虽然不期望的故障信号由系统瞬时输入给COL，但是COL可稳定的处理这些信号，不会对整个变换时间造成重大影响，并且有可能通过防止不期望的变换操作来增强系统的稳定性和可靠性。
上述说明只是实施例的技术原理的示例，因此本领域技术人员可以在不脱离本发明精神和范围的基础上做出各种修改和变型。
因此，本文公开的实施例旨在描述本发明的技术原理而非限制，而且本发明的技术原理的范围不限于这些实施例。
实施例的保护范围由附加的权利要求限定，并且不超出相当范围的所有技术原理被理解为包括在实施例的权利范围中。

Claims (8)

1.一种高压直流(HVDC)传输系统的变换方法，该高压直流(HVDC)传输系统包括第一系统、第二系统、第一变换逻辑和第二变换逻辑，该变换方法包括：
从所述第一系统传输准备信号给所述第一变换逻辑；
响应于所述准备信号，从所述第一变换逻辑传输准备检测信号和激活信号给所述第一系统，所述激活信号为用于设定所述第一系统为激活状态的信号；
由所述第一系统响应于所述激活信号确定所述准备信号是否与所述准备检测信号匹配；
当所述准备检测信号与所述准备信号匹配时，从所述第一系统传输确认信号给所述第一变换逻辑；并且
在从所述第一系统接收所述确认信号后，由所述第一变换逻辑设定所述第一系统为激活系统，并且设定所述第二系统为非激活系统；
在所述第一系统执行用于高压直流(HVDC)传输系统的操作的同时，当发现所述第一系统具有故障或出错时，由所述第一变换逻辑设定所述第一系统为非激活系统，并且设定所述第二系统为激活系统。
2.如权利要求1所述的变换方法，进一步包括：
由第一变换逻辑获得故障信号，并且
响应于该故障信号，从第一变换逻辑传输故障检测信号给第一系统。
3.如权利要求2所述的变换方法，进一步包括：
响应于故障检测信号，从第一系统传输确认信号给第一变换逻辑，并且
响应于确认信号，将第一系统改变为非激活状态，并将第二系统改变为激活状态。
4.如权利要求3所述的变换方法，其中所述的从第一系统传输确认信号给第一变换逻辑包括：
检查故障检测信号是否与故障信号匹配，并且
当故障检测信号与故障信号匹配时，从第一系统传输确认信号给第一变换逻辑。
5.如权利要求3所述的变换方法，进一步包括，在第一变换逻辑传输故障检测信号之后，当第一变换逻辑在临界时间或者晚于临界时间没有收到确认信号时，将第一系统改变为非激活状态，并将第二系统改变为激活状态。
6.如权利要求3所述的变换方法，其中由第一变换逻辑获得故障信号包括，当第一变换逻辑无法接收第一系统传输的特定信号时，获得故障信号。
7.如权利要求3所述的变换方法，其中由第一变换逻辑获得故障信号包括，当第一系统具有故障并传输故障信号给第一变换逻辑时，第一变换逻辑获得故障信号。
8.如权利要求6或7所述的变换方法，进一步包括，在第二系统被改变为激活状态后，即使第一变换逻辑未获得故障信号，也维持第一系统的非激活状态和第二系统的激活状态。
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