CN107643722B - 特高压换流变冷却器冗余控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了特高压换流变冷却器冗余控制方法，属于电力技术领域，包括直流控制保护系统A1、直流控制保护系统B1、测控装置A2、测控装置B2、传感器模块、信号倍增器、切换装置和换流变冷却设备，本发明提出一种双测控装置+切换装置的冗余方案，在测控装置侧采用A、B装置完全独立的双主工作方式，在切换装置侧采用主备输出信号切换的工作方式；本发明既可以保障一侧设备故障时无扰动切换到另一侧设备，也可以避免两侧测控装置输出不一致时对系统的影响。

Description

特高压换流变冷却器冗余控制方法

技术领域

本发明属于电力技术领域，特别涉及特高压换流变冷却器冗余控制方法。

背景技术

由于特高压换流变的重要性和对换流变散热的高要求，因此在换流站内通常配置就地控制柜对冷却器进行智能控制。国内特高压直流工程实践中冷却器控制系统由单机控制发展到冗余控制设计，系统的稳健性极其关键。

现阶段国内厂家的冗余方案多采用两台测控装置或PLC双主独立运行或主备运行模式：

双主独立运行模式其测控装置或PLC采集换流变传感器数据后按控制逻辑把输出结果共同作用在同一冷却器设备上，两台测控装置或PLC采用简单的通信协议进行数据交互同步，然而这种冗余方案的缺陷正是其内部通信，当通信中断时测控装置或PLC两侧失去同步，此时换流变工况变化需要启动或停止冷却器时，测控装置或PLC两侧输出结果可能会出现不一致的情况，这将导致冷却器组实际运行状态和理论输出不一致，影响换流变的冷却能力。

主备运行模式通常设定一侧测控装置或PLC为主，主备两侧都参与采集换流变传感器数据并按控制逻辑计算应启动或停止冷却器，但只有主测控装置或PLC实际输出控制结果到冷却器设备。当主测控装置或PLC出现异常或掉电时，释放控制权并通过通信或硬接点信号切换备用侧为主。此方案的缺点主要在多组冷却器为启动状态而进行主备切换时，会造成汇控柜电压波动甚至会影响换流变内气体压力引起保护设备动作。

发明内容

本发明的目的是提供特高压换流变冷却器冗余控制方法，解决了现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

特高压换流变冷却器冗余控制方法，包括直流控制保护系统A1、直流控制保护系统B1、测控装置A2、测控装置B2、传感器模块、信号倍增器、切换装置和换流变冷却设备，直流控制保护系统A1通过通信总线与测控装置A2和测控装置B2通信，直流控制保护系统B1通过通信总线与测控装置A2和测控装置B2通信，测控装置A2和测控装置B2均连接信号倍增器，信号倍增器连接传感器模块，测控装置A2和测控装置B2还均连接切换装置，切换装置连接换流变冷却设备。

所述测控装置A2和所述测控装置B2的电路原理相同，均包括第一主控制器、AD模块、模拟量接口、数个开关量接口、第一开出信号接口和通信模块，AD模块、所有开关量接口、第一开出信号接口和通信模块均连接第一主控制器，模拟量接口连接AD模块；所述模拟量接口包括数个模拟量输入端。

所述信号倍增器包括电源模块、数个模拟量采集电路和数个模拟量隔离模块，每一个模拟量采集电路均连接一个模拟量隔离模块，电源模块为所有模拟量采集电路和所有模拟量隔离模块供电；

所述传感器模块包括数个传感器，每一个传感器均通过导线连接一个模拟量采集电路；

每一个模拟量隔离模块均将与其对应连接的模拟量采集电路所采集到的模拟量分成两路，一路连接到所述测控装置A2的模拟量接口，另一路连接到所述测控装置B2的模拟量接口。

所述切换装置包括开入信号接口、第二主控制器和第二开出信号接口，所述测控装置A2的第一开出信号接口和所述测控装置B2的第一开出信号接口均连接开入信号接口；开入信号接口连接第二主控制器，第二主控制连接第二开出信号接口，第二开出信号接口连接所述换流变冷却设备。

所述第一主控制器和所述第二主控制均为PLC控制器，所述模拟量隔离模块的型号为线性光耦HCNR201。

特高压换流变冷却器冗余控制方法，包括如下步骤：

步骤1：建立所述特高压换流变冷却器冗余控制方法；

步骤2：测控装置A2和测控装置B2均采集并处理由传感器模块采集到的换流变油面温度、绕组温度、网侧绕组CT电流、开关档位和环境温度；

步骤3：换流变冷却设备包括5组冷却器，设定这5组冷却器的编号分别为1、2、3、4和5；

步骤4：根据换流变油面温度、绕组温度和换流变工作负载制定三种操作逻辑，测控装置A2和测控装置B2均根据这三种操作逻辑计算出应启动的冷却器的个数：换流变油面温度对应的操作逻辑为S1，绕组温度对应的操作逻辑为S2，换流变工作负载对应的操作逻辑为S3，对应S1应启动的冷却器的个数为N1，对应S2应启动的冷却器的个数为N2，对应S3应启动的冷却器的个数为N3；

按最大原则，测控装置A2和测控装置B2分别计算出启动的冷却器的个数：测控装置A2计算出的个数为MAX1(N1，N2，N3)，即取N1，N2和N3中的最大值；测控装置B2计算出的个数为MAX2(N1，N2，N3)，即取N1，N2和N3中的最大值；

步骤5：测控装置A2和测控装置B2均实时采集所有冷却器的运行状态，并记录每一个冷却器的运行时间，设定5组冷却器的运行时间依次为t1、t2、t3、t4和t5，当需要增加冷却能力时，优先启动运行时间最小的冷却器；当需要降低冷却能力时，优先关闭运行时间最大的冷却器；

步骤6：测控装置A2和测控装置B2均根据步骤4的方法计算出需要启动的冷却器的个数；

测控装置A2和测控装置B2均根据步骤5的方法计算出优先启动的冷却器的编号；

测控装置A2和测控装置B2均将自身计算出的结果以出信号的形式发送给切换装置；

步骤7：切换装置在处理测控装置A2和测控装置B2的开出信号时，采用以下步骤：

步骤A：切换装置分别采集测控装置A2和测控装置B2的启动信号，判断先正常启动的为主装置，反之为备装置；

步骤B：切换装置按主装置开出信号启动或停止冷却器；

当备装置的开出信号表示的启动冷却器组数多于当前启动冷却器组数时，切换装置切换测控装置A2和测控装置B2的主/备状态；

步骤C：切换装置检测到主装置失电或异常时，切换备装置为主装置；

步骤D：切换装置检测到测控装置A2和测控装置B2都失电或异常时，启动所有冷却器以保护换流变。

测控装置A2通过IEC61850 GOOSE服务与直流控制保护系统A1和直流控制保护系统B1通信，测控装置B2通过IEC61850GOOSE服务与直流控制保护系统A1和直流控制保护系统B1通信。

本发明所述的特高压换流变冷却器冗余控制方法，提出一种双测控装置+切换装置的冗余方案，在测控装置侧采用A、B装置完全独立的双主工作方式，在切换装置侧采用主备输出信号切换的工作方式；本发明既可以保障一侧设备故障时无扰动切换到另一侧设备，也可以避免两侧测控装置输出不一致时对系统的影响。

附图说明

图1是本发明的系统原理图方框图；

图2是本发明的测控装置A2或测控装置B2的原理图方框图；

图3是本发明的信号倍增器的原理图方框图；

图4是本发明的切换装置的原理图方框图。

具体实施方式

实施例1：

如图1-图4所示的特高压换流变冷却器冗余控制方法，包括直流控制保护系统A1、直流控制保护系统B1(所述直流控制保护系统为现有技术，故不详细叙述)、测控装置A2、测控装置B2、传感器模块、信号倍增器、切换装置和换流变冷却设备，直流控制保护系统A1通过通信总线与测控装置A2和测控装置B2通信，直流控制保护系统B1通过通信总线与测控装置A2和测控装置B2通信，测控装置A2和测控装置B2均连接信号倍增器，信号倍增器连接传感器模块，测控装置A2和测控装置B2还均连接切换装置，切换装置连接换流变冷却设备。

所述测控装置A2和所述测控装置B2的电路原理相同，均包括第一主控制器、AD模块、模拟量接口、数个开关量接口、第一开出信号接口和通信模块，AD模块、所有开关量接口、第一开出信号接口和通信模块均连接第一主控制器，模拟量接口连接AD模块；所述模拟量接口包括数个模拟量输入端。

所述信号倍增器包括电源模块、数个模拟量采集电路和数个模拟量隔离模块，每一个模拟量采集电路均连接一个模拟量隔离模块，电源模块为所有模拟量采集电路和所有模拟量隔离模块供电；

所述传感器模块包括数个传感器，每一个传感器均通过导线连接一个模拟量采集电路；

每一个模拟量隔离模块均将与其对应连接的模拟量采集电路所采集到的模拟量分成两路，一路连接到所述测控装置A2的模拟量接口，另一路连接到所述测控装置B2的模拟量接口，这样就保证了测控装置A2和测控装置B2采集的信号来源相同。

所述切换装置包括开入信号接口、第二主控制器和第二开出信号接口，所述测控装置A2的第一开出信号接口和所述测控装置B2的第一开出信号接口均连接开入信号接口；开入信号接口连接第二主控制器，第二主控制连接第二开出信号接口，第二开出信号接口连接所述换流变冷却设备。

所述第一主控制器和所述第二主控制均为PLC控制器，所述模拟量隔离模块的型号为线性光耦HCNR201。

所述传感器包括油面温度传感器、绕组温度传感器，网侧绕组CT电流传感器、开关档位传感器和环境温度传感器，油面温度传感器、绕组温度传感器、环境温度传感和网侧绕组CT电流传感器均输出模拟量信号，油面温度传感器、绕组温度传感器、环境温度传感和网侧绕组CT电流传感器分别连接一个模拟量采集电路；开关档位传感器输出开关量信号，开关档位传感器分别连接测控装置A2和测控装置B2的开关量接口。

实施例2：

实施例2所述的特高压换流变冷却器冗余控制方法是在实施例1所述的特高压换流变冷却器冗余控制方法的基础上实现的，包括如下步骤：

步骤1：建立所述特高压换流变冷却器冗余控制方法；

步骤2：测控装置A2和测控装置B2均采集并处理由传感器模块采集到的换流变油面温度、绕组温度、网侧绕组CT电流、开关档位和环境温度；

步骤3：换流变冷却设备包括5组冷却器，设定这5组冷却器的编号分别为1、2、3、4和5；

步骤4：根据换流变油面温度、绕组温度和换流变工作负载制定三种操作逻辑，测控装置A2和测控装置B2均根据这三种操作逻辑计算出应启动的冷却器的个数：换流变油面温度对应的操作逻辑为S1，绕组温度对应的操作逻辑为S2，换流变工作负载对应的操作逻辑为S3，对应S1应启动的冷却器的个数为N1，对应S2应启动的冷却器的个数为N2，对应S3应启动的冷却器的个数为N3；

按最大原则，测控装置A2和测控装置B2分别计算出启动的冷却器的个数：测控装置A2计算出的个数为MAX1(N1，N2，N3)，即取N1，N2和N3中的最大值；测控装置B2计算出的个数为MAX2(N1，N2，N3)，即取N1，N2和N3中的最大值；

步骤5：测控装置A2和测控装置B2均实时采集所有冷却器的运行状态，并记录每一个冷却器的运行时间，设定5组冷却器的运行时间依次为t1、t2、t3、t4和t5，当需要增加冷却能力时，优先启动运行时间最小的冷却器；当需要降低冷却能力时，优先关闭运行时间最大的冷却器；

步骤6：测控装置A2和测控装置B2均根据步骤4的方法计算出需要启动的冷却器的个数；

测控装置A2和测控装置B2均根据步骤5的方法计算出优先启动的冷却器的编号；

测控装置A2和测控装置B2均将自身计算出的结果以出信号的形式发送给切换装置；

步骤7：切换装置在处理测控装置A2和测控装置B2的开出信号时，采用以下步骤：

步骤A：切换装置分别采集测控装置A2和测控装置B2的启动信号，判断先正常启动的为主装置，反之为备装置；

步骤B：切换装置按主装置开出信号启动或停止冷却器；

当备装置的开出信号表示的启动冷却器组数多于当前启动冷却器组数时，切换装置切换测控装置A2和测控装置B2的主/备状态；

步骤

C：切换装置检测到主装置失电或异常时，切换备装置为主装置；

步骤D：切换装置检测到测控装置A2和测控装置B2都失电或异常时，启动所有冷却器以保护换流变。

测控装置A2通过IEC61850 GOOSE服务与直流控制保护系统A1和直流控制保护系统B1通信，测控装置B2通过IEC61850GOOSE服务与直流控制保护系统A1和直流控制保护系统B1通信。

测控装置A2和测控装置B2向切换装置输出的开出信号包括冷却器启动的数量、冷却器启动的编号和自身的启动信号。

本发明在充分比较现有测控装置冗余技术方案基础上，提出双测控装置+切换装置的设计方案。本发明由切换装置作为控制对象的唯一数据源，从根本上解决了多控制源与单一控制对象之间数据辨识与筛选难题。切换装置在检测到一侧测控装置故障时可以无缝切换到另一侧装置使其输出有效，使用户可以带电更换或检修故障装置而不影响系统的正常运行。在两侧测控装置都发生故障时切换装置可以自行启动所有冷却器以保护换流变的可靠运行。切换装置对冷却器的输出接口采用常闭继电器设计，在切换装置失电时亦同时启动所有冷却器。本发明在测控装置正常时按最优原则启动冷却器，在测控装置异常时按最大原则启动冷却器，时刻为换流变提供适当的冷却能力，保障换流变的可靠运行，同时本发明的启停逻辑对冷却器使用寿命以及节能降耗都有提高。

本发明所述的特高压换流变冷却器冗余控制方法，提出一种双测控装置+切换装置的冗余方案，在测控装置侧采用A、B装置完全独立的双主工作方式，在切换装置侧采用主备输出信号切换的工作方式。本发明既可以保障一侧设备故障时无扰动切换到另一侧设备，也可以避免两侧测控装置输出不一致时对系统的影响。

Claims (6)

1.特高压换流变冷却器冗余控制方法，其特征在于：包括直流控制保护系统A1、直流控制保护系统B1、测控装置A2、测控装置B2、传感器模块、信号倍增器、切换装置和换流变冷却设备，直流控制保护系统A1通过通信总线与测控装置A2和测控装置B2通信，直流控制保护系统B1通过通信总线与测控装置A2和测控装置B2通信，测控装置A2和测控装置B2均连接信号倍增器，信号倍增器连接传感器模块，测控装置A2和测控装置B2还均连接切换装置，切换装置连接换流变冷却设备；

包括如下步骤：

步骤1：建立所述特高压换流变冷却器冗余控制方法；

步骤2：测控装置A2和测控装置B2均采集并处理由传感器模块采集到的换流变油面温度、绕组温度、网侧绕组CT电流、开关档位和环境温度；

步骤3：换流变冷却设备包括5组冷却器，设定这5组冷却器的编号分别为1、2、3、4和5；

步骤4：根据换流变油面温度、绕组温度和换流变工作负载制定三种操作逻辑，测控装置A2和测控装置B2均根据这三种操作逻辑计算出应启动的冷却器的个数：换流变油面温度对应的操作逻辑为S1，绕组温度对应的操作逻辑为S2，换流变工作负载对应的操作逻辑为S3，对应S1应启动的冷却器的个数为N1，对应S2应启动的冷却器的个数为N2，对应S3应启动的冷却器的个数为N3；

按最大原则，测控装置A2和测控装置B2分别计算出启动的冷却器的个数：测控装置A2计算出的个数为MAX1（N1，N2，N3），即取N1，N2和N3中的最大值；测控装置B2计算出的个数为MAX2（N1，N2，N3），即取N1，N2和N3中的最大值；

步骤5：测控装置A2和测控装置B2均实时采集所有冷却器的运行状态，并记录每一个冷却器的运行时间，设定5组冷却器的运行时间依次为t1、t2、t3、t4和t5，当需要增加冷却能力时，优先启动运行时间最小的冷却器；当需要降低冷却能力时，优先关闭运行时间最大的冷却器；

步骤6：测控装置A2和测控装置B2均根据步骤4的方法计算出需要启动的冷却器的个数；

测控装置A2和测控装置B2均根据步骤5的方法计算出优先启动的冷却器的编号；

测控装置A2和测控装置B2均将自身计算出的结果以出信号的形式发送给切换装置；

步骤7：切换装置在处理测控装置A2和测控装置B2的开出信号时，采用以下步骤：

步骤A：切换装置分别采集测控装置A2和测控装置B2的启动信号，判断先正常启动的为主装置，反之为备装置；

步骤B：切换装置按主装置开出信号启动或停止冷却器；

当备装置的开出信号表示的启动冷却器组数多于当前启动冷却器组数时，切换装置切换测控装置A2和测控装置B2的主/备状态；

步骤C：切换装置检测到主装置失电或异常时，切换备装置为主装置；

步骤D：切换装置检测到测控装置A2和测控装置B2都失电或异常时，启动所有冷却器以保护换流变。

2.如权利要求1所述的特高压换流变冷却器冗余控制方法，其特征在于：所述测控装置A2和所述测控装置B2的电路原理相同，均包括第一主控制器、AD模块、模拟量接口、数个开关量接口、第一开出信号接口和通信模块，AD模块、所有开关量接口、第一开出信号接口和通信模块均连接第一主控制器，模拟量接口连接AD模块；所述模拟量接口包括数个模拟量输入端。

3.如权利要求2所述的特高压换流变冷却器冗余控制方法，其特征在于：所述信号倍增器包括电源模块、数个模拟量采集电路和数个模拟量隔离模块，每一个模拟量采集电路均连接一个模拟量隔离模块，电源模块为所有模拟量采集电路和所有模拟量隔离模块供电；

所述传感器模块包括数个传感器，每一个传感器均通过导线连接一个模拟量采集电路；

每一个模拟量隔离模块均将与其对应连接的模拟量采集电路所采集到的模拟量分成两路，一路连接到所述测控装置A2的模拟量接口，另一路连接到所述测控装置B2的模拟量接口。

4.如权利要求3所述的特高压换流变冷却器冗余控制方法，其特征在于：所述切换装置包括开入信号接口、第二主控制器和第二开出信号接口，所述测控装置A2的第一开出信号接口和所述测控装置B2的第一开出信号接口均连接开入信号接口；开入信号接口连接第二主控制器，第二主控制连接第二开出信号接口，第二开出信号接口连接所述换流变冷却设备。

5.如权利要求4所述的特高压换流变冷却器冗余控制方法，其特征在于：所述第一主控制器和所述第二主控制均为PLC控制器，所述模拟量隔离模块的型号为线性光耦HCNR201。

6.如权利要求5所述的特高压换流变冷却器冗余控制方法，其特征在于：测控装置A2通过IEC61850 GOOSE服务与直流控制保护系统A1和直流控制保护系统B1通信，测控装置B2通过IEC61850 GOOSE服务与直流控制保护系统A1和直流控制保护系统B1通信。