CN107919652B - 一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构及方法，所述的三取二保护拓扑结构包括三个阀控保护装置和两个阀控装置；所述的三个阀控保护装置分别为第一阀控保护A套、第二阀控保护B套、第三阀控保护C套；所述的两个阀控装置分别为第一阀控A套和第二阀控B套。采用了三取二的保护方法，用三套阀控保护装置对两套互为冗余的阀控装置进行保护，如果要有保护动作输出，则需要三套阀控保护装置A、B、C中至少同时有两套发出了保护请求，此保护结构及方法用三取二的高可靠性模型代替了原来的二取一的保护方法，大大提高了换流阀保护的计算、管理的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及柔性直流输电系统的换流阀保护技术领域，特别涉及一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构及方法。
背景技术
柔性直流系统属于复杂的控制保护系统，考虑到系统的灵活、可靠、实时性，站内控制保护系统实行分层模式，目前柔直换流站可划分为：系统/换流站级控制保护、换流器级控制保护、换流器阀级控制保护和子模块级控制保护这四个层级。
系统/换流站级负责直流系统的注入功率、运行模式、启停等控制保护；换流器级负责接收站级的有功无功参考值后，根据自身控制算法、保护逻辑转换成调制比及移相角下发给换流器阀级控制；换流器阀级控制保护系统主要负责接收到换流器指令，根据换流阀状态进行子模块的触发、监控及保护，是换流站的核心，其性能的优劣直接决定换流阀及整体系统的安全可靠性。
目前换流器阀级(以下简称换流阀)保护一般采取的是直接在换流器中加入负责保护的硬件及算法，没有单独的保护设备，因为换流阀工作在高速运行状态，每个控制周期可做到几十微秒级别，所以可以实现对阀的快速有效保护。这样根据工程配置，在有阀控冗余设备(A、B套主从冗余)时，有互为备份的两套换流阀保护系统，因无阀控冗余应用情况很少，所以也很少出现一套保护系统无备份的情况，可以满足基本的保护需求。
随着换流阀规模的不断提升及柔直系统容量的加大，阀控保护系统可靠性的要求在不断提升，对于有两套阀控保护的阀控系统，其可靠性已经不能满足阀控保护的高可靠性要求。如两套阀控保护都故障退出时，换流阀虽然工作正常但只能因无保护运行而推出，造成换流站停机损失；因阀控保护和阀控装置共用电源及机箱，如果因阀控故障，设备内的保护也相应退出，更严重的是当阀控故障无法进行跳闸输出或功率单元闭锁，则换流阀会工作在无保护的状态，情况将更加危险。
发明内容
为了解决背景技术中所述问题，本发明提供一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构及方法，采用了三取二的保护方法，用三套阀控保护装置对两套互为冗余的阀控装置进行保护，如果要有保护动作输出，则需要三套阀控保护装置A、B、C中至少同时有两套发出了保护请求，此保护结构及方法用三取二的高可靠性模型代替了原来的二取一的保护方法，大大提高了换流阀保护的计算、管理的可靠性。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构，是由MMC柔性直流输电系统中的阀控保护装置和阀控装置组成的拓扑结构。
所述的三取二保护拓扑结构包括三个阀控保护装置和两个阀控装置；所述的三个阀控保护装置分别为第一阀控保护A套、第二阀控保护B套、第三阀控保护C套；所述的两个阀控装置分别为第一阀控A套和第二阀控B套。
所述的第一阀控保护A套通过双向高速通讯光纤AA与第一阀控A套相连接，通过双向高速通讯光纤AB与第二阀控B套相连接；第二阀控保护B套通过双向高速通讯光纤BA与第一阀控A套相连接，通过双向高速通讯光纤BB与第二阀控B套相连接；第三阀控保护C套通过双向高速通讯光纤CA与第一阀控A套相连接，通过双向高速通讯光纤CB与第二阀控B套相连接。
所述的第一阀控保护A套、第二阀控保护B套、第三阀控保护C套还共同连接了一个显示操作终端。
所述的第一阀控A套和第二阀控B套互为热冗余。
采用一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构的换流阀的三取二保护方法，包括两套阀控装置接收三套阀控保护装置的保护信号的三取二保护判断方法和两套阀控装置内部的三取二保护判断方法。
所述的两套阀控装置接收三套阀控保护装置的保护信号的三取二保护判断方法为：如果要有保护动作输出，则需要阀控保护装置A、B、C三套设备中至少同时有两套发出了保护请求，另执行保护输出的是保护时刻值班信号为主控的阀控设备，值班信号为备用的阀控设备只能通过主控设备发出阀控保护输出。
所述的两套阀控装置内部的三取二保护判断方法包括如下步骤：
步骤一、在阀控A、B套的接口箱中分别添加保护接收组件A2和保护接收组件B2；
步骤二、三套阀控保护装置输出除了分别连接到A、B套阀控的保护接收组件外，还同时连接到保护接收组件A2、B2，保护接收组件A和保护接收组件A2间有通讯连接，保护接收组件B和保护接收组件B2间也有通讯连接；
步骤三、每组阀控的保护接收组件分别连接自身阀控的跳闸出口，阀控设备内的保护接收组件A、保护接收组件B分别和脉冲分配设备有通讯连接，三套阀控保护装置分别和脉冲分配设备中的保护接收组件也有通讯连接；
步骤四、保护接收组件A、B、A2、B2采用三取二判断逻辑进行判断。
所述的步骤四具体为：保护组件A、B动作输出分别还接到阀控A套和B套的跳闸出口及脉冲分配设备，保护组件A2和保护组件B2的输出只接A套和B套的跳闸出口；每套阀控中的两个保护组件如保护组件A、A2互相通讯，保证同一时间只有一个跳闸命令输出给跳闸出口；A、B两套阀控中值班信号为主控的阀控进行跳闸输出，值班信号为备用的阀控只能通过主控设备的跳闸出口输出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构及方法，采用了三取二的保护方法，用三套阀控保护装置对两套互为冗余的阀控装置进行保护，如果要有保护动作输出，则需要保护设备A、B、C三套设备中至少同时有两套发出了保护请求，另执行保护输出的是保护时刻值班信号为主控的阀控设备，值班信号为备用的阀控设备只能通过主控设备发出阀控保护输出。此保护方法用三取二的高可靠性模型代替了原来的二取一的保护方法，大大提高了阀保护的计算、管理的可靠性。
附图说明
图1为本发明的一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构图；
图2为本发明实施例提供的阀控保护装置结构图；
图3为本发明实施例提供的阀控保护装置中的保护计算组件电路结构图；
图4为本发明实施例提供的阀控保护装置中的保护管理组件电路结构图；
图5为采用本发明的三取二阀控保护方法流程图；
图6为采用本发明的阀控装置内部的三取二保护拓扑结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构，是由MMC柔性直流输电系统中的阀控保护装置和阀控装置组成的拓扑结构。
所述的三取二保护拓扑结构包括三个阀控保护装置和两个阀控装置；所述的三个阀控保护装置分别为第一阀控保护A套、第二阀控保护B套、第三阀控保护C套；所述的两个阀控装置分别为第一阀控A套和第二阀控B套。
所述的第一阀控保护A套通过双向高速通讯光纤AA与第一阀控A套相连接，通过双向高速通讯光纤AB与第二阀控B套相连接；第二阀控保护B套通过双向高速通讯光纤BA与第一阀控A套相连接，通过双向高速通讯光纤BB与第二阀控B套相连接；第三阀控保护C套通过双向高速通讯光纤CA与第一阀控A套相连接，通过双向高速通讯光纤CB与第二阀控B套相连接。
所述的第一阀控保护A套、第二阀控保护B套、第三阀控保护C套还共同连接了一个显示操作终端。
所述的第一阀控A套和第二阀控B套互为热冗余。
所述的阀控装置的第一阀控A套和第二阀控B套为现有技术中的MMC柔性直流输电系统中使用的阀控装置。MMC柔性直流输电系统中使用的阀控装置硬件结构已经公开，这里不做过多叙述。
所述的阀控保护装置第一阀控保护A套、第二阀控保护B套、第三阀控保护C套还可以采用如图2-4所示的装置电路结构，图2中的阀控保护装置采用了MMC柔性直流输电系统常用的多个控制板卡通过背板总线插入一个机箱内的设计结构，设计了两个互为冗余的电源板卡1和电源板卡2，还有用于主要保护控制和计算的保护管理组件板卡和保护计算组件板卡。图3为保护计算组件板卡的电路设计图，图4为保护管理组件板卡的电路设计图。
如图3所示，保护计算组件采用DSP+FPGA的主控芯片硬件配置。如图2所示，DSP外围配有高速存储DDR、flash和其它非易失存储器，用来提供DSP的运行内存和数据存储等；看门狗可提高DSP程序运行的可靠性；实时时钟提供当前时间；USB、CAN、LAN等对外通讯接口分别提供给外设和背板通讯；DSP和FPGA之间的通讯是通过总线及通用IO来实现的。FPGA主要负责对背板的高速通讯及面板接口的高速通讯，对背板有LAN、CAN、LVDS等不同协议及点评的总线接口，对面板即板卡对外输出有高速光口、普通光纤接口及网口等高速通讯接口。
如图4所示，保护管理组件采用ARM+FPGA的主控芯片硬件配置。如图3所示，ARM芯片外围配有必要的存储器、内存模块，并可外接固态硬盘等外设；ARM对背板的通讯接口有网口、串口及CAN等；ARM对面板有多路的网口；ARM和FPGA间采用高速总线连接通讯。FPGA负责背板高速通讯、背板串行总线通讯及面板接口指示灯等。保护接收组件在保护管理组件的基础上，面板接口增加高速及普通的光口通讯，减少了以太网通讯接口。
采用一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构的换流阀的三取二保护方法，包括两套阀控装置接收三套阀控保护装置的保护信号的三取二保护判断方法和两套阀控装置内部的三取二保护判断方法。
如图5所示，所述的两套阀控装置接收三套阀控保护装置的保护信号的三取二保护判断方法为：如果要有保护动作输出，则需要阀控保护装置A、B、C三套设备中至少同时有两套发出了保护请求，另执行保护输出的是保护时刻值班信号为主控的阀控设备，值班信号为备用的阀控设备只能通过主控设备发出阀控保护输出。
此保护方法用三取二的高可靠性模型代替了原来的二取一的保护方法，大大提高了阀保护的计算、管理的可靠性。
进一步地，对于保护输出，传统的换流阀保护输出都是由保护插件直接发送给阀控，然后由阀控完成保护动作的输出。保护动作输出有两种模式和，一是通过DO动作给到换流阀断路器，切断换流阀的输入；二是通过高速光纤传输给脉冲分配柜等和功率单元直接通讯的设备，以闭锁功率单元。本发明中的两套阀控装置的保护动作输出如图6所示，也进行了冗余设计。
所述的两套阀控装置内部的三取二保护判断方法包括如下步骤，两套阀控装置内部见图6。
步骤一、在阀控A、B套的接口箱中分别添加保护接收组件A2和保护接收组件B2；
步骤二、三套阀控保护装置输出除了分别连接到A、B套阀控的保护接收组件外，还同时连接到保护接收组件A2、B2，保护接收组件A和保护接收组件A2间有通讯连接，保护接收组件B和保护接收组件B2间也有通讯连接；
步骤三、每组阀控的保护接收组件分别连接自身阀控的跳闸出口，阀控设备内的保护接收组件A、保护接收组件B分别和脉冲分配设备有通讯连接，三套阀控保护装置分别和脉冲分配设备中的保护接收组件也有通讯连接；
步骤四、保护接收组件A、B、A2、B2采用图5中相同判断方法的三取二判断逻辑进行判断。
所述的步骤四具体为：保护组件A、B动作输出分别还接到阀控A套和B套的跳闸出口及脉冲分配设备，保护组件A2和保护组件B2的输出只接A套和B套的跳闸出口；每套阀控中的两个保护组件如保护组件A、A2互相通讯，保证同一时间只有一个跳闸命令输出给跳闸出口；A、B两套阀控中值班信号为主控的阀控进行跳闸输出，值班信号为备用的阀控只能通过主控设备的跳闸出口输出。
图6为采用上述的方法的两套阀控装置内部的连接结构图。
保护动作输出到功率单元的闭锁信号是由脉冲分配设备执行，在图6中除了主、备两套阀控设备中的保护组件和脉冲分配设备有连接外，三套阀控保护装置也和脉冲设备中的保护组件有连接。当保护设备输出需要闭锁功率单元时，命令通过值班信号为主控的阀控保护组件下发到脉冲分配设备，脉冲分配设备闭锁功率单元。当值班信号为主控的阀保护组件自身工作异常时，通过阀控间的通讯，闭锁命令由备用阀控内的保护组件输出。当两套阀控设备内的保护组件都工作异常，或阀控工作异常时，脉冲分配设备内的保护组件接管保护命令，通过判断三套阀控保护装置的输出及保护设备的故障情况，完成闭锁命令输出到功率单元。脉冲设备内的保护单元接收阀控保护装置的输出时，动作判断逻辑也是三取二形式。
此种设备连接方式及保护方法，可以排除因单套阀控保护装置故障引起的换流阀误保护，同时也能在两套阀控设备故障时，及时下发闭锁命令到换流阀，使换流阀、换流站的安全运行得到有效的保证。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
Claims (3)
1.一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构的换流阀的三取二保护方法，所述的三取二保护拓扑结构是由MMC柔性直流输电系统中的阀控保护装置和阀控装置组成的拓扑结构；
所述的三取二保护拓扑结构包括三个阀控保护装置和两个阀控装置；所述的三个阀控保护装置分别为第一阀控保护A套、第二阀控保护B套、第三阀控保护C套；所述的两个阀控装置分别为第一阀控A套和第二阀控B套；
所述的第一阀控保护A套通过双向高速通讯光纤AA与第一阀控A套相连接，通过双向高速通讯光纤AB与第二阀控B套相连接；第二阀控保护B套通过双向高速通讯光纤BA与第一阀控A套相连接，通过双向高速通讯光纤BB与第二阀控B套相连接；第三阀控保护C套通过双向高速通讯光纤CA与第一阀控A套相连接，通过双向高速通讯光纤CB与第二阀控B套相连接；
其特征在于，所述的三取二保护方法包括两套阀控装置接收三套阀控保护装置的保护信号的三取二保护判断方法和两套阀控装置内部的三取二保护判断方法；
所述的两套阀控装置接收三套阀控保护装置的保护信号的三取二保护判断方法为：如果有阀控保护装置的保护动作输出，则需要阀控保护装置A、B、C三套设备中至少同时有两套发出了保护请求，另执行保护输出的是保护时刻值班信号为主控的阀控设备，值班信号为备用的阀控设备只能通过主控的阀控设备发出阀控保护输出；
所述的两套阀控装置内部的三取二保护判断方法包括如下步骤：
步骤一、在阀控A、B套的接口箱中分别添加保护接收组件A2和保护接收组件B2；
步骤二、三套阀控保护装置输出除了分别连接到A、B套阀控的保护接收组件A、B外，还同时连接到保护接收组件A2、B2，保护接收组件A和保护接收组件A2间有通讯连接，保护接收组件B和保护接收组件B2间也有通讯连接；
步骤三、每组阀控的保护接收组件A、A2、B、B2分别连接自身阀控的跳闸出口，阀控设备内的保护接收组件A、保护接收组件B分别和脉冲分配设备有通讯连接，三套阀控保护装置分别和脉冲分配设备中的保护接收组件也有通讯连接；
步骤四、保护接收组件A、B、A2、B2采用三取二判断逻辑进行判断；
所述的步骤四具体为：保护接收组件A、B动作输出还分别接到阀控B套和阀控A套的跳闸出口及脉冲分配设备，保护接收组件A2和保护接收组件B2的输出只接阀控A套和阀控B套的跳闸出口；每套阀控中的两个保护接收组件互相通讯，保证同一时间只有一个跳闸命令输出给跳闸出口；A、B两套阀控中值班信号为主控的阀控进行跳闸输出，值班信号为备用的阀控只能通过主控的阀控设备的跳闸出口输出。
2.根据权利要求1所述的一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构的换流阀的三取二保护方法，其特征在于，所述的第一阀控保护A套、第二阀控保护B套、第三阀控保护C套还共同连接了一个显示操作终端。
3.根据权利要求1所述的一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构的换流阀的三取二保护方法，其特征在于，所述的第一阀控A套和第二阀控B套互为热冗余。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 114000 212 Yue Ling Road, Anshan, Liaoning Applicant after: Rongxin Huike Electric Co.,Ltd. Applicant after: ELECTRIC POWER Research Institute CHINA SOUTHERN POWER GRID Applicant after: MONTNETS RONGXIN TECHNOLOGY GROUP CO.,LTD. Address before: 114000 212 Yue Ling Road, Anshan, Liaoning Applicant before: RONGXIN HUIKO ELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant before: ELECTRIC POWER Research Institute CHINA SOUTHERN POWER GRID Applicant before: MONTNETS RONGXIN TECHNOLOGY GROUP CO.,LTD. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |