CN107294073B - 一种混合拓扑直流断路器的控制保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种混合拓扑直流断路器的控制保护系统,应用于含有混合式直流断路器直流电网或者多端直流输电系统中。本系统包括直流断路器本体控制功能,断路器本体保护功能和直流线路保护功能，通过该系统的配置，结构紧凑，能够减少二次设备数量，同时可以提高直流线路故障切除时间，满足直流系统运行可靠性要求。
Description
技术领域
本发明属于电力系统柔性交直流输电技术领域，具体涉及一种混合拓扑直流断路器的控制保护系统。
背景技术
柔性直流输电技术以其更好的可控性和适应性，在电网建设中得到了越来越广泛的应用。继端对端柔性直流输电以及多端柔性直流输电工程之后，国家电网公司提出构建柔性直流电网的概念，它能够灵活控制电网潮流分布，解决大规模新能源送出与消纳等问题，从而逐步实现能源互联的发展规划。柔性直流电网的直流输电线路采用架空线设计，与目前柔性直流工程采用的电缆输电有较大的区别，发生线路故障的概率更高。对于直流电网而言，瞬时性或永久性的直流线路故障，在采取相应的保护动作策略后，不应影响直流电网中其他元件的运行，保证直流电网的可靠性，而柔性直流输电工程采用的保护不能满足直流电网线路保护的需求。因此，线路保护研究在柔性直流电网控制保护技术中尤为重要。
已有的柔直输电工程，输电距离较近，采用电缆连接，故障概率较低，对保护的动作速度和结果没有严苛的要求，直流线路故障往往依靠换流站内的保护另外配置直流线路纵联差动保护配合动作。柔性直流电网中，各换流站间距离较远，考虑直流线路建设的地点和成本，采用架空线路方案。为满足直流电网运行可靠性的要求，需要缩短直流线路故障后保护故障逻辑判别和动作出口的时间，若直流线路发生瞬时性故障，在保证故障被清除之后继续恢复本条线路的运行；若直流线路发生永久性故障，在准确判别故障特征并动作出口后，切除本条直流线路，确保直流电网其他元件及设备的正常运行。
不同于交流断路器，直流断路器由于电力电子器件的使用，其本身含有控制装置。而直流线路保护跳闸后将跳闸信号发送至直流断路器的控制装置，再由其控制装置发给直流断路器本体，整个过程增加了延时，整体上增加了直流线路故障切除的时间。直流系统是低惯量系统，其故障后的故障电流上升很快，而故障切除时间又直接关系到整个直流输电系统的运行和电力电子器件的安全。因此，有必要开发一种混合拓扑直流断路器的控制保护系统，能够更快速的切除直流线路故障，保证直流系统的稳定、安全运行。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术不足,提供一种混合拓扑直流断路器的控制保护系统。该装置能够可靠、快速的发送跳闸命令给直流断路器，从而快速的切断故障线路，保证直流系统的稳定运行。
为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种混合拓扑直流断路器的控制保护系统，其特征在于，所述的断路器控制保护系统包括上层控制保护装置BCP和下层直流断路器IGBT接口装置BDM，所述的上层控制保护装置BCP包括直流断路器本体控制功能模块、直流断路器本体保护功能模块，和直流线路保护功能模块，将所述直流断路器本体控制功能模块、直流断路器本体保护功能模块和直流线路保护功能模块设计在同一块板卡或者分别设计在单独的板卡。
上述的一种混合拓扑直流断路器的控制保护系统，其特征在于，所述BCP装置下发控制或保护信号后，由BDM装置与直流断路器中IGBT器件通讯和触发，同时BCP装置监视运行和操作过程中，直流断路器是否有异常，完成对直流断路器的控制和保护功能。
上述的一种混合拓扑直流断路器的控制保护系统，其特征在于，所述直流断路器本体控制功能包括但不限于直流断路器分合控制功能、通讯功能、模拟量和开关量采集功能、直流断路器重合闸、冗余系统切换。
上述的一种混合拓扑直流断路器的控制保护系统，其特征在于，所述直流断路器本体保护功能包括但不限于直流断路器本体器件保护、主支路子模块保护、转移支路子模块、机械开关、避雷器保护、控制系统冗余丢失保护、保护系统冗余丢失保护、测量冗余丢失保护、水冷系统保护、不间断电源保护、直流断路器过流保护。
上述的一种混合拓扑直流断路器的控制保护系统，其特征在于，所述直流线路保护功能包括但不限于行波保护、欠压微分保护、直流线路纵差保护、直流线路欠压过流保护、直流线路过流保护、直流线路阻抗保护、直流线路低电压保护、直流线路过电压保护、交直流碰线保护。
上述的一种混合拓扑直流断路器的控制保护系统，其特征在于，如果混合直流断路器所需接口数量较少，BCP装置和BDM装置也可以集中配置。
上述的一种混合拓扑直流断路器的控制保护系统，其特征在于，该装置可采用双重化或完全双重化配置方式。
采用上述方案后，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的一种混合拓扑直流断路器的控制保护系统，减少直流线路保护与直流断路器动作之间的延时，快速可靠的切除线路故障；
(2)直流线路保护与直流断路器控制系统在装置内部通讯，增加了两者之间的可靠性，减少由于通信原因导致的系统异常。
(3)使系统结构紧凑化设计，减少系统配置资源，使系统简单，降低成本。
附图说明
图1是含直流断路器的双极结构直流输电系统；
图2是含直流断路器的对称单极结构直流输电系统；
图3是本发明混合拓扑直流断路器的控制保护系统示意图。
图4是混合型直流断路器典型结构
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明提供一种混合拓扑直流断路器的控制保护系统，能够可靠、快速的动作直流断路器，达到快速切除直流线路故障的目的。
图1和图2是直流断路器在双极结构和单极结构直流输电系统中的应用。当配置直流断路器后，需要相应的配置断路器控制保护装置。
图3是本发明混合拓扑直流断路器的控制保护系统示意图。本发明提出的一种混合拓扑直流断路器的控制保护系统，所述的断路器控制保护系统包括上层控制保护装置BCP和下层直流断路器IGBT接口装置BDM。所述的上层控制保护装置BCP包括直流断路器本体控制功能模块、直流断路器本体保护功能模块，和直流线路保护功能模块。直流线路保护不另外配置单独的装置。将所述直流断路器本体控制功能模块、直流断路器本体保护功能模块和直流线路保护功能模块设计在同一块板卡或者分别设计在单独的板卡。可减少装置的数量，节约成本，同时减少了装置之间通讯，增强了系统的可靠性。该装置应用于图1和图2所示含有直流断路器的直流输电系统中。
图3所示的直流断路器控制保护系统，在该装置检测到图1或图2所示输电系统发生直流线路故障后，直流线路保护逻辑计算和判断，达到动作定值后保护动作,通过直流断路器本体控制功能模块对直流断路器分合进行控制。如图4所示，BCP装置下发控制或保护信号后，由BDM装置与直流断路器中IGBT器件通讯和触发，同时BCP装置监视运行和操作过程中，直流断路器是否有异常，完成对直流断路器的控制和保护功能。本发明提供的系统，直流线路保护功能与直流断路器本体控制功能存在于同一装置内的不同板卡或相同板卡，板卡间或板卡内的通讯方式，相较于光纤或电缆在外部传输方式，速度更快，可靠性更高。
如图3中所示双重化配置，即配置双套的控制保护装置；另，可采用完全双重化配置方式，即每套控制保护装置中，保护模块采用“保护模块+启动模块”的方式，通过两个模块判断出该保护正确动作时，该保护出口动作直流断路器。
本发明突破传统的控制保护与执行机构分开设计的概念，结合直流断路器的特殊性，将直流线路保护集成在直流断路器的控制保护装置中，构成全新的直流断路器控制保护装置，既满足直流断路器的控制保护需求，又将直流线路保护跟随直流线路就地化配置，得到上述的有益效果。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.一种混合拓扑直流断路器的控制保护系统，其特征在于，所述的断路器控制保护系统包括上层控制保护装置BCP和下层直流断路器IGBT接口装置BDM，所述的上层控制保护装置BCP包括直流断路器本体控制功能模块、直流断路器本体保护功能模块和直流线路保护功能模块,所述直流断路器本体控制功能模块、直流断路器本体保护功能模块和直流线路保护功能模块设计在同一块板卡或者分别设计在单独的板卡；所述直流线路保护功能模块用以实现行波保护、欠压微分保护、直流线路纵差保护、直流线路欠压过流保护、直流线路过流保护、直流线路阻抗保护、直流线路低电压保护、直流线路过电压保护、交直流碰线保护；
所述上层控制保护装置BCP下发控制或保护信号后，由下层直流断路器IGBT接口装置BDM与直流断路器中IGBT器件通讯和触发，同时上层控制保护装置BCP监视运行和操作过程中，直流断路器是否有异常，完成对直流断路器的控制和保护功能。
2.如权利要求1所述的一种混合拓扑直流断路器的控制保护系统，其特征在于，所述直流断路器本体控制功能模块用以实现直流断路器分合控制功能、通讯功能、模拟量和开关量采集功能、直流断路器重合闸、冗余系统切换。
3.如权利要求1所述的一种混合拓扑直流断路器的控制保护系统，其特征在于，所述直流断路器本体保护功能模块用以实现直流断路器本体器件保护、主支路子模块保护、转移支路子模块、机械开关、避雷器保护、控制系统冗余丢失保护、保护系统冗余丢失保护、测量冗余丢失保护、水冷系统保护、不间断电源保护、直流断路器过流保护。
4.如权利要求1所述的一种混合拓扑直流断路器的控制保护系统，其特征在于，当混合直流断路器所需接口数量少于设定的阈值，上层控制保护装置BCP和下层直流断路器IGBT接口装置BDM进行集中配置。
5.如权利要求1所述的一种混合拓扑直流断路器的控制保护系统，其特征在于，所述系统采用双重化或完全双重化配置方式。
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