CN107482575B - 一种高压直流断路器的故障自处理控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压直流断路器的故障自处理控制方法,包括:接收检测信号,当发生故障时,断开主支路系统,导通转移支路进行限流控制,同时记录限流时间,进行检测能量最大值以及检测故障是否清除;如果在预先限定的第一时间内,并且能量最大值未超过预设的能量值时,故障清除,则导通主支路系统恢复正常运行;当限流时间超过预先设定的第一时间或能量最大值超过预设的能量值时,断开转移支路。本发明提出一种故障自处理控制方法,用以处理不同类型以及不同严重程度的直流侧故障,增强了系统运行的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种故障自处理控制方法,具体涉及一种高压直流断路器的故障自处理控制方法及系统。
背景技术
直流断路器是清除直流侧故障的一种关键设备。混合式直流断路器具有通态损耗小、响应时间快、可控性好、无需专用冷却设备等优点,能够灵活地控制故障短路电流,无需闭锁所有换流站,具有良好的应用前景和研究价值。
作为直流断路器中关键器件之一的避雷器,在系统正常运行时,固态开关使避雷器旁路流过的电流极小;系统发生故障时,固态开关关断,投入避雷器,利用其良好的非线性伏安特性,形成反电势,阻断系统电流。根据此原理,“高压直流电网用的混合直流断路器”(“Zoning in High Voltage DC(HVDC)Grids using Hybrid DC breaker”)文中公开了一种限流控制策略,在系统故障按次序投入多组避雷器来控制短路电流从而避免非故障线路受故障线路的影响。
然而在实际工程中,直流输电系统不同区域的不同设备的故障各异,产生原因、严重程度以及持续时间各不相同,对直流系统的影响也不尽相同。直流侧故障发生后,如果立即切断系统,有可能因瞬时故障而造成不必要的系统停运,影响供电稳定性。但对于永久性故障则需要断开系统,限制短路电流为系统其他控制策略提供足够时间。
因此为克服上述缺陷,本发明提出了一种高压直流断路器的故障自处理控制方法及系统。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足,本发明提出了一种高压直流断路器的故障自处理控制方法及系统,方法包括:
接收检测信号,当发生故障时,断开主支路系统,导通转移支路进行限流控制,检测故障是否清除,同时记录限流时间以及进行检测能量最大值;
如果在预先限定的第一时间内,并且能量最大值未超过预设的能量值时,故障清除,则导通主支路系统恢复正常运行;
当限流时间超过预先设定的第一时间或能量最大值超过预设的能量值时,断开转移支路。
优选的,所述断开主支路系统,导通转移支路进行限流控制包括:
检测直流侧电流大小,计算直流侧电流与预先设定的参考电流的差值,通过控制得到投入避雷器数量;
检测各组避雷器吸收能量,并进行排序;
将吸收能量最少的避雷器并联的固态开关阀组关断,使所述吸收能量最少的避雷器投入系统,形成反电势,限制电流大小。
优选的,还包括,在所述限流时间超过预先设定的第一时间或能量最大值超过预设的能量值时,断开转移支路之后:记录断开时间;当断开时间达到预先设定的第二时间时,进行二次投切。
优选的,所述二次投切包括:导通转移支路,检测系统故障是否清除,若系统故障清除,导通主支路系统恢复正常运行;
否则,检测能量最大值,当能量最大值达到预设能量值时,断开转移支路。
优选的,所述预先设定参考电流包括:根据系统过流水平和直流断路器的类型确定所述直流断路器的参考电流。
优选的,还包括仿真验证:
将所述直流断路器的各个开关状态指令,通过高速通讯接口装置反馈给实时数字仿真模型中的各个开关,验证所述直流断路器的故障自处理控制效果。
本发明提供的一种高压直流断路器的故障自处理控制系统,所述系统包括:
故障检测模块,用于接收故障检测信号;
判断模块,用于根据接收的故障检测信号,判断系统是否发生故障;
限流控制模块:用于当发生故障时,断开主支路系统,导通转移支路进行限流控制,检测故障是否清除,同时记录限流时间以及进行检测能量最大值;
故障清除模块:用于在故障清除时,导通主支路系统恢复正常运行;
断开转移支路模块:用于当限流时间超过预先设定的第一时间或能量最大值超过预设的能量值时,断开转移支路。
优选的,所述限流控制模块包括:检测子模块,计算子模块和控制开关子模块;
所述检测子模块:用于检测直流侧电流大小和各组避雷器吸收能量最大值;
所述计算子模块:用于计算直流侧电流与设定参考电流的差值和投入避雷器数量;
所述控制开关子模块:用于将与吸收能量最少的避雷器并联的固态开关阀组关断,使所述吸收能量最少的避雷器投入系统,形成反电势,限制电流大小。
优选的,所述断开转移支路模块还包括记录子模块:用于记录断开时间;当断开时间达到预先设定的第二时间时,进行二次投切。
优选的,所述记录子模块包括:二次投切单元和检测单元;
所述二次投切单元:用于导通转移支路,如果系统故障清除,导通主支路系统恢复正常运行;当能量最大值达到预设能量值时,断开转移支路;
所述检测单元:用于检测能量最大值和系统故障是否清除。
与最接近的现有技术相比,本发明提供的技术方案具有以下有益效果:
1、本发明提供的故障自处理控制方法,对于持续时间较短、不需要断开系统即可自行恢复的瞬时故障,立刻用直流断路器将短路电流限制在参考值的附近,待故障恢复之后再自行退出控制,系统恢复正常运行状态,确保了避免瞬时故障造成的系统停运,增强系统稳定性;
2、本发明提供的故障自处理控制方法,对于永久性故障,利用直流断路器将短路电流限制在参考值的附近一定时间后再自行断开,为选择其他控制策略争取了宝贵的时间;
3、本发明提供的技术方案还考虑到了当单组避雷器吸收能量达到参考值后,永久故障限能控制立即将直流断路器断开,确保了为避雷器的容量留有足够裕度,二次投入过程中,避雷器吸收能量已达参考值时,如果故障仍未清除可立即断开直流断路器;
4、本发明提供的故障自处理控制方法,对于部分短路故障,在直流断路器切断系统之后可以自行熄弧,确保了在直流断路器短时关断后进行二次投入,避免了系统停运,增强了系统稳定性;
5、本发明提供的技术方案在二次投切过程中先导通转移支路,有短的故障等待时间,由于转移支路器件为纯固态开关,确保了在故障未清除的情况下可以更为迅速地切断回路;
6、本发明提供的技术方案通过实时仿真验证手段实现了装置通讯的实时传输,避免了数模转换等的数据传输延时,更适合精确控制策略的有效验证,也可作为直流断路器控制策略的工程化验证手段。
附图说明
图1为本发明的混合式直流断路器的结构图;
图2为本发明的简化系统设计示意图;
图3为本发明的故障自处理控制方法流程图;
图4为本发明的故障自处理控制方法二次投切的流程图;
附图标记:1-避雷器组模型;2-固态开关模型;3-避雷器。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
以一典型混合式直流断路器的简化系统为例,直流断路器拓扑如附图1所示,系统模型如附图2所示,
本实施例中提供一种高压直流断路器的故障自处理控制方法,如图3,该控制方法包括:
综合考虑系统过流水平和直流断路器拓扑与原件参数设定适合的参考电流,如果把电流值限的很小的话,可以减轻避雷器等原件的电气及热应力,但是系统的故障恢复时间变长,因为电流变小后,要花费更长的时间给断路器中的电容充电达到系统电压,完成故障隔离。
根据直流断路器接收到的故障检测信号,判断系统是否发生故障,若系统发生故障;立即断开主支路固态开关,随后断开快速机械开关,并在所述快速机械开关达到耐压后进行限流控制,检测故障是否清除,同时检测限流控制时间t以及各组避雷器吸收能量中的最大值Emax,。
限流控制的步骤如下:
A、检测直流侧电流大小,计算直流侧电流与预设参考电流值的差值,通过无净差控制以及取整运算,得到投入避雷器数量N;
其中,无静差控制包括,将直流侧电流与预设参考电流差值进行PID控制,控制输入为直流侧电流及电流参考值,输出结果进行取整运算后得到避雷器投入数,控制目标是使直流电流偏差小于ε,ε无限制接近于0。
B、检测各组避雷器吸收能量,并进行排序;
C、将与吸收能量最少的N组避雷器并联的固态开关阀组关断,使该N组避雷器投入系统,形成反电势,限制电流大小。
如果系统故障清除,导通主支路系统恢复正常运行;
如果系统故障未恢复,判断限流控制时间t以及各组避雷器吸收能量中的最大值Emax与各自对应参考值的关系,根据不同的设备设定限流控制的时间参考值tref和能量参考值Eref。
若t未达到参考值tref且Emax未达到参考值Eref,直流断路器继续限流控制;
若t达到参考值tref或Emax达到参考值Eref,断开转移支路;记录断开时间toff,;
当断开时间toff,达到预先设定的第二时间ton时,预设的第二时间根据不同设备设置,判断是否进行二次投切,如图4,
设二次投切次数N初始值为0,当次数N<1(或2)时,进行二次投切,此时投切次数更新为N+1;
若判断二次投切次数N大于或等于2时,不再进行二次投切。
二次投切包括:导通转移支路,继续检测系统故障是否清除,如果系统故障清除,导通主支路系统恢复正常运行;
如果系统故障未清除,继续检测各组避雷器吸收能量中的最大值Emax,当最大值Emax未达到预设能量值Eref时,直流断路器继续检测能量;当最大值Emax达到预设能量值Eref时,断开转移支路。
为了实现策略的仿真验证,本发明设计了用于验证实际控制装置的实时仿真试验方法。实时仿真实现方法为:在动模仿真平台中搭建如附图1和附图2的一次主回路进行测试,将控制策略在实际直流控制保护装置中实现,将主回路中检测的电流信号、机械开关开断信号等信息传输给直流断路器控制保护装置,控制保护装置通过将直流断路器的各个开关状态指令,通过高速通讯接口装置,将多路开关信号反馈给实时数字仿真模型中的各个开关,实现装置控制策略的控制效果的有效验证。
本发明提供的一种高压直流断路器的故障自处理控制系统,系统包括:
故障检测模块,用于接收故障检测信号;
判断模块,用于根据接收的故障检测信号,判断系统是否发生故障;
限流控制模块:用于当发生故障时,断开主支路系统,导通转移支路进行限流控制,同时记录限流时间,进行检测能量以及检测故障是否清除;
故障清除模块:用于在故障清除时,导通主支路系统恢复正常运行;
断开转移支路模块:用于当限流时间超过预先设定的第一时间或能量超过预设的能量值时,断开转移支路。
限流控制模块包括:检测子模块,计算子模块和控制开关子模块;
检测子模块:用于检测直流侧电流大小和各组避雷器吸收能量;
计算子模块:用于计算直流侧电流与设定参考电流的差值和投入避雷器数量;
控制开关子模块:用于将与吸收能量最少的避雷器并联的固态开关阀组关断,使所述吸收能量最少的避雷器投入系统,形成反电势,限制电流大小。
断开转移支路模块还包括记录子模块:用于记录断开时间;当断开时间达到预先设定的第二时间时,进行二次投切。
记录子模块包括:二次投切单元和检测单元;
二次投切单元:用于导通转移支路,如果系统故障清除,导通主支路系统恢复正常运行;当能量达到预设能量值时,断开转移支路;
检测单元:用于检测能量和系统故障是否清除。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种高压直流断路器的故障自处理控制方法,其特征在于,所述控制方法包括:
接收检测信号,当发生故障时,断开主支路系统,导通转移支路进行限流控制,检测故障是否清除,同时记录限流时间以及进行检测能量最大值;
如果在预先限定的第一时间内,并且能量最大值未超过预设的能量值时,故障清除,则导通主支路系统恢复正常运行;
当限流时间超过预先设定的第一时间或能量最大值超过预设的能量值时,断开转移支路。
2.如权利要求1所述高压直流断路器的故障自处理控制方法,其特征在于,所述断开主支路系统,导通转移支路进行限流控制包括:
检测直流侧电流大小,计算直流侧电流与预先设定的参考电流的差值,通过无静差控制以及取整运算,控制得到投入避雷器数量;
检测各组避雷器吸收能量,并进行排序;
将吸收能量最少的避雷器并联的固态开关阀组关断,使所述吸收能量最少的避雷器投入系统,形成反电势,限制电流大小。
3.如权利要求1所述高压直流断路器的故障自处理控制方法,其特征在于,还包括,在所述限流时间超过预先设定的第一时间或能量最大值超过预设的能量值时,断开转移支路之后:记录断开时间;当断开时间达到预先设定的第二时间时,进行二次投切。
4.如权利要求3所述高压直流断路器的故障自处理控制方法,其特征在于,所述二次投切包括:导通转移支路,检测系统故障是否清除,若系统故障清除,导通主支路系统恢复正常运行;
否则,检测能量最大值,当能量最大值达到预设能量值时,断开转移支路。
5.如权利要求2所述高压直流断路器的故障自处理控制方法,其特征在于,所述预先设定参考电流包括:根据系统过流水平和直流断路器的类型确定所述直流断路器的参考电流。
6.如权利要求1所述高压直流断路器的故障自处理控制方法,其特征在于,还包括仿真验证:
将所述直流断路器的各个开关状态指令,通过高速通讯接口装置反馈给实时数字仿真模型中的各个开关,验证所述直流断路器的故障自处理控制效果。
7.一种高压直流断路器的故障自处理控制系统,其特征在于,所述系统包括:
故障检测模块,用于接收故障检测信号;
判断模块,用于根据接收的故障检测信号,判断系统是否发生故障;
限流控制模块:用于当发生故障时,断开主支路系统,导通转移支路进行限流控制,检测故障是否清除,同时记录限流时间以及进行检测能量最大值;
故障清除模块:用于在故障清除时,导通主支路系统恢复正常运行;
断开转移支路模块:用于当限流时间超过预先设定的第一时间或能量最大值超过预设的能量值时,断开转移支路。
8.如权利要求7所述高压直流断路器的故障自处理控制系统,其特征在于,所述限流控制模块包括:检测子模块,计算子模块和控制开关子模块;
所述检测子模块:用于检测直流侧电流大小和各组避雷器吸收能量最大值;
所述计算子模块:用于计算直流侧电流与设定参考电流的差值和投入避雷器数量;
所述控制开关子模块:用于将与吸收能量最少的避雷器并联的固态开关阀组关断,使所述吸收能量最少的避雷器投入系统,形成反电势,限制电流大小。
9.如权利要求7所述高压直流断路器的故障自处理控制系统,其特征在于,所述断开转移支路模块还包括记录子模块:用于记录断开时间;当断开时间达到预先设定的第二时间时,进行二次投切。
10.如权利要求9所述高压直流断路器的故障自处理控制系统,其特征在于,所述记录子模块包括:二次投切单元和检测单元;
所述二次投切单元:用于导通转移支路,如果系统故障清除,导通主支路系统恢复正常运行;当能量最大值达到预设能量值时,断开转移支路;
所述检测单元:用于检测能量最大值和系统故障是否清除。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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