CN108233346A - 一种柔性直流电网的多端协调控保系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性直流电网的多端协调控保系统，系统中多端协调控制装置、极控制装置、极保护装置、母线保护装置、线路保护装置、直流站控装置、交流站控制装置、接地电阻监测装置、换流变保护装置、交流耗能装置和安稳控制装置均与控制总线连接，因此相互之间可以实现数据共享。多端协调控保系统可以对全网进行电压和功率控制，实现对母线、直流线路、换流变等设备的实时保护，并且，当柔性直流电网发生孤岛送端单极闭锁或受端换流站故障，导致新能源无法外送时，通过交流耗能装置投入短时吸收暂态能量，继而通过安控对新能源进行切机，从而有效遏制柔性直流电网孤岛运行方式下新能源无法外送引起的电网过负荷及功率盈余等问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，更具体的说，涉及一种柔性直流电网的多端协调控保系统。
背景技术
柔性直流电网是一种由多个换流器在直流侧通过带直流开关的直流线路互联，并具有网状的电力传输系统。柔性直流电网可实现大范围内潮流分配和控制，能够增强整个系统的灵活性和可靠性，并通过资源共享为电力系统提供冗余的容量。
在柔性直流电网中，母线、直流线路、换流器、换流变等设备发生故障均可能导致电网输送功率受限。特殊地，当发生孤岛送端单极闭锁或受端换流站严重故障时，会发生新能源无法外送而引起的电网功率盈余，从而导致电网过负荷，造成元器件损坏等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明公开一种柔性直流电网的多端协调控保系统，以解决柔性直流电网在孤岛运行方式下发生电压过高或功率盈余等问题，从而避免直流器件的损坏。
一种柔性直流电网的多端协调控保系统，所述多端协调控保系统的输入端与运行人员控制设备侧连接，所述多端协调控保系统的输出端与现场测控设备侧连接；
所述多端协调控保系统包括：多端协调控制装置、阀控层部分、极控制层部分和双极控制层部分，所述极控制层部分包括：正极控保系统和负极控保系统，所述正极控保系统和所述负极控保系统分别连接一个所述阀控制装置；
所述正极控保系统和所述负极控保系统的配置相同，包括：多端协调控制装置、极控制装置、极保护装置、母线保护装置和线路保护装置；
所述多端协调控制装置分别与控制总线以及本站和其他站的所述极控制装置连接，所述多端协调控制装置用于实现直流电压控制接管、范围控制以及潮流优化功能；
所述极控制装置分别与所述控制总线、所述阀控装置、所述极保护装置、所述母线保护装置、交流开关和所述现场测控设备侧连接，所述极控制装置用于对本站的所述阀控装置进行控制，并具备本站直流断路器的功能；
所述极保护装置分别与所述控制总线、所述交流开关和所述现场测控设备侧连接，所述极保护装置用于实现对换流变以及连接线的保护，在保护动作后经过三取二装置跳本侧直流断路器；
所述母线保护装置分别与控制总线、所述线路保护装置、所述交流开关和所述现场测控设备侧连接，所述母线保护装置用于对极母线进行保护，实现跳本侧所带的所有的断路器，并在所述断路器失灵时动作，并将失灵信号传输给所述极控制装置，与此同时，将所述失灵信号传输给所述线路保护装置，使所述线路保护装置进行远跳对端；
所述线路保护装置分别与所述控制总线和所述现场测控设备连接，所述线路保护装置用于实现线路故障时跳断路器，对直流线路进行保护，并向对端线路保护装置发送远眺功能，且在动作时将失灵信号输出给所述母线保护装置；
所述双极控制层部分包括：直流站控装置、交流站控制装置、接地电阻监测装置、换流变保护装置、交流耗能装置和安稳控制装置；
所述直流站控装置分别与所述控制总线、所述极控制装置和所述现场测控设备连接，所述直流站控装置用于对所述现场测控设备侧的直流断路器接口和直流场进行监控与控制；
所述交流站控制装置分别与所述控制总线、所述极控制装置和所述现场测控设备连接，所述交流站控制装置用于实现对所述现场测控设备侧的交流场断路器的监视、控制以及命令联锁；
所述接地电阻监测装置与所述控制总线连接，所述接地电阻监测装置用于监测换流站的接地点，并通过数据总线传输接地情况；
所述换流变保护装置与所述控制总线连接，所述换流变保护装置用于实现换流变设备保护；
所述交流耗能装置与所述控制总线连接，所述交流耗能装置用于实现对交流耗能装置的投退控制；
所述安稳控制装置与所述控制总线连接，所述安稳控制装置用于实现新能源切机控制的功能。
优选的，所述线路保护装置配置有独立的高频通信链路，所述线路保护装置通过所述高频通信链路将动作信号输出至所述现场测控设备侧的直流断路器。
优选的，所述极控制层部分还包括：第一交换器，所述极控制装置、所述极保护装置、所述母线保护装置和所述线路保护装置均通过所述第一交换器与所述控制总线连接。
优选的，所述双极控制层部分还包括：第二交换器，所述直流站控装置、所述交流站控制装置、所述接地电阻监测装置、所述换流变保护装置、所述交流耗能装置和所述安稳控制装置均通过所述第二交换器与所述控制总线连接。
从上述的技术方案可知，本发明公开了一种柔性直流电网的多端协调控保系统，该系统中，多端协调控制装置、极控制装置、极保护装置、母线保护装置、线路保护装置、直流站控装置、交流站控制装置、接地电阻监测装置、换流变保护装置、交流耗能装置和安稳控制装置均与控制总线连接，因此相互之间可以实现数据共享。这样，多端协调控保系统可以对全网进行电压和功率控制，实现对母线、直流线路、换流变等设备的实时保护，并且，当柔性直流电网发生孤岛送端单极闭锁或受端换流站故障，导致新能源无法外送时，通过交流耗能装置投入短时吸收暂态能量，继而通过安控对新能源进行切机，从而有效遏制柔性直流电网孤岛运行方式下新能源无法外送引起的电网过负荷及功率盈余等问题，进而避免了直流器件的损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据公开的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种柔性直流电网的多端协调控保系统的结构示意图；
图2为本发明实施例公开的另一种柔性直流电网的多端协调控保系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种柔性直流电网的多端协调控保系统，以解决柔性直流电网在孤岛运行方式下发生电压过高或功率盈余等问题，从而避免直流器件的损坏。
参见图1，本发明实施例公开的一种柔性直流电网的多端协调控保系统的结构示意图，该控保系统10适用于多端超高压柔直换流站的控制与保护，也就是说，控保系统10的功能是实现对整个柔性直流电网的控制与保护，在实际应用中，控保系统10的输入端与运行人员控制设备侧20连接，控保系统10的输出端与现场测控设备侧30连接；
其中，运行人员控制设备侧20包括：服务器21、运行人员工作站22、站长工作站23和工程师工作站24等；
现场测控设备30包括：MMC(模块化多电平换流器)子模块31、接口32(包括阀厅、阀冷和联接变接口)、直流断路器33、直流场就地接口34和直流场就地接口35，其中，MMC为换流器的核心模块，用于整流和逆变，以实现输送功率；直流断路器33用于故障时跳开隔离故障。
具体的：
控保系统10包括：多端协调控制装置111、阀控层部分、极控制层部分和双极控制层部分120，阀控层部分包括：两个阀控制装置113(图1中仅示出一个阀控制装置113)，极控制层部分包括：正极控保系统和负极控保系统，正极控保系统和负极控保系统分别连接一个阀控制装置113，也就是说，正极控保系统连接阀控层部分中的一个阀控制装置113，负极控保系统连接阀控层部分中的另一个阀控制装置113。
需要特别说明的是，虽然正极控保系统和负极控保系统对应不同的极，但是正极控保系统和负极控保系统的配置相同，因此，为方便叙述控保系统10各组成部分的连接关系，图1中仅示出的正(负)极控保系统，包括：极控制装置112、极保护装置114、母线保护装置115和线路保护装置116；且图1中仅示出阀控层部分中一个阀控装置113；
下面针对极控制层部分110各组成部件的连接关系以及工作原理，阐述如下：
多端协调控制装置111与控制总线直接连接，多端协调控制装置111与本站和其他站的极控制装置112通过光纤连接，多端协调控制装置111用于实现直流电压控制接管、范围控制以及潮流优化等功能。
极控制装置112分别与控制总线、阀控装置113、极保护装置114、母线保护装置115、交流开关117和现场测控设备侧30连接，极控制装置112用于对本站的阀控装置113(比如换流阀)进行控制，并具备跳本站直流断路器的功能。
具体的，极控制装置112通过阀控装置113与现场测控设备侧30的MMC子模块31连接，极控制装置112通过现场总线与现场测控设备侧30的接口32连接，极控制装置112与现场测控设备侧30的直流断路器33直接连接，极控制装置112分别与极保护装置114和母线保护装置115通过光纤连接，极保护装置114与交流开关117通过电缆硬线连接。
极保护装置114分别与控制总线、现场测控设备侧30和交流开关117连接，极保护装置114具有线路(包括交流连接线和中性线等)保护功能，极保护装置114用于实现对换流变以及连接线的保护，在保护动作后经过三取二装置跳本侧直流断路器33。其中，“三取二装置”中的“三”指装置三重化布置，当有两个及以上装置逻辑判别满足要求时，就出口跳闸。
具体的，在实际应用中，极保护装置114与现场测控设备侧30的直流断路器33连接，极保护装置114与交流开关117通过电缆硬线连接。
母线保护装置115分别与控制总线、现场测控设备侧30、线路保护装置116和交流开关117连接，母线保护装置115用于对极母线进行保护，实现跳本侧所带所有的断路器，具备在断路器失灵时动作功能，并将失灵信号通过光纤回路传输给极控制装置112。并且，母线保护装置115动作时还同时将失灵信号通过光纤告知线路保护装置116，使线路保护装置116进行远跳对端。
具体的，母线保护装置115与现场测控设备侧30的直流断路器33连接，母线保护装置115与与交流开关117通过电缆硬线连接。
线路保护装置116分别与控制总线和现场测控设备侧30连接，线路保护装置116用于实现线路故障时跳断路器，对直流线路进行保护，并利用通道向对端线路保护装置发送远跳的功能，线路保护装置116动作的同时还会将失灵信号通过光纤传输给母线保护装置115。
具体的，线路保护装置116与现场测控设备侧30的直流断路器33直接连接，且线路保护装置116还配置有独立的高频通信链路，通过该高频通信链路将动作信号输出至直流断路器33，以提升保护的可靠性，缩短动作时间。
双极控制层部分120包括：直流站控装置121、交流站控制装置122、接地电阻监测装置123、换流变保护装置124、交流耗能装置125和安稳控制装置126；
下面针对双极控制层部分120各组成部件的连接关系以及工作原理，阐述如下：
直流站控装置121分别与控制总线、极控制装置112和现场测控设备30连接，直流站控装置121用于对现场测控设备30中直流断路器33接口和直流场进行监控与控制，且直流站控装置121还具备位置切换等功能。
具体的，直流站控装置121通过现场总线与现场测控设备30的直流场就地接口34连接。
交流站控制装置122分别与控制总线、极控制装置112和现场测控设备30连接，交流站控制装置122用于实现对所述现场测控设备侧的交流场断路器的监视、控制以及命令联锁等。
具体的，交流站控制装置122通过现场总线与现场测控设备30中的交流场就地接口35连接。
接地电阻监测装置123与控制总线连接，接地电阻监测装置123用于监测换流站的接地点，并通过数据总线传输接地情况。
换流变保护装置124与控制总线连接，用于实现换流变设备保护。在实际应用中，换流变保护装置124通过双极控制层与控制总线连接。
交流耗能装置125与控制总线连接，用于实现对交流耗能装置的投退控制，在实际应用中，交流耗能装置125通过双极控制层与控制总线连接。
安稳控制装置126与控制总线连接，用于实现新能源切机控制的功能。在实际应用中，安稳控制装置126通过双极控制层与控制总线连接。
需要特别说明的是，本实施例中，针对交流连接区、换流变和母线等出现永久故障或者其他故障，极控制装置112和极保护装置114、母线保护装置115均通过硬电缆接线跳交流开关的回路。
本实施例中，当柔性直流电网发生孤岛送端单极闭锁或受端严重故障，导致新能源无法外送时，通过交流站控制装置112极控同时给交流耗能装置125和安稳控制装置126发送命令，交流耗能装置125收令后立即投入，对盈余功率进行耗能，此时安稳控制装置126也开始动作(只是安稳控制装置126动作速度慢)，切除新能源，进入新的功率平衡，从而从根本解决孤岛模式下电网因故障而引起的过负荷。
综上可知，本发明公开的柔性直流电网的多端协调控保系统，多端协调控制装置111、极控制装置112、极保护装置114、母线保护装置115、线路保护装置116、直流站控装置121、交流站控制装置122、接地电阻监测装置123、换流变保护装置124、交流耗能装置125和安稳控制装置126均与控制总线连接，因此相互之间可以实现数据共享。这样，多端协调控保系统可以对全网进行电压和功率控制，实现对母线、直流线路、换流变等设备的实时保护，并且，当柔性直流电网发生孤岛送端单极闭锁或受端换流站故障，导致新能源无法外送时，通过交流耗能装置投入短时吸收暂态能量，继而通过安控对新能源进行切机，从而有效遏制柔性直流电网孤岛运行方式下新能源无法外送引起的电网过负荷及功率盈余等问题。
需要说明的是，极控制层部分110中的极控制装置112、极保护装置114、母线保护装置115和线路保护装置116均是通过交换机与控制总线连接。
因此，为进一步优化上述实施例，参见图2，本发明实施例公开的另一种柔性直流电网的多端协调控保系统的结构示意图，在图1所述实施例的基础上，极控制层部分110还包括：第一交换器118，极控制装置112、极保护装置114、母线保护装置115和线路保护装置116均通过第一交换器118与控制总线连接。
需要说明的是，双极控制层部分120中的直流站控装置121、交流站控制装置122、接地电阻监测装置123、换流变保护装置124、交流耗能装置125和安稳控制装置126均是通过交换器与控制总线连接。
因此，为进一步优化上述实施例，双极控制层部分120还包括：第二交换器127，直流站控装置121、交流站控制装置122、接地电阻监测装置123、换流变保护装置124、交流耗能装置125和安稳控制装置126均通过第二交换器127与控制总线连接。
需要特别说明的是，参见图2，本申请中的控制总线具体通过第三交换机130与运行人员控制设备侧20连接。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种柔性直流电网的多端协调控保系统，其特征在于，所述多端协调控保系统的输入端与运行人员控制设备侧连接，所述多端协调控保系统的输出端与现场测控设备侧连接；
所述多端协调控保系统包括：多端协调控制装置、阀控层部分、极控制层部分和双极控制层部分，所述阀控层部分包括：两个阀控制装置，所述极控制层部分包括：正极控保系统和负极控保系统，所述正极控保系统和所述负极控保系统分别连接一个所述阀控制装置；
所述正极控保系统和所述负极控保系统的配置相同，包括：极控制装置、极保护装置、母线保护装置和线路保护装置；
所述多端协调控制装置分别与控制总线以及本站和其他站的所述极控制装置连接，所述多端协调控制装置用于实现直流电压控制接管、范围控制以及潮流优化功能；
所述极控制装置分别与所述控制总线、所述阀控装置、所述极保护装置、所述母线保护装置、交流开关和所述现场测控设备侧连接，所述极控制装置用于对本站的所述阀控装置进行控制，并具备本站直流断路器的功能；
所述极保护装置分别与所述控制总线、所述交流开关和所述现场测控设备侧连接，所述极保护装置用于实现对换流变以及连接线的保护，在保护动作后经过三取二装置跳本侧直流断路器；
所述母线保护装置分别与控制总线、所述线路保护装置、所述交流开关和所述现场测控设备侧连接，所述母线保护装置用于对极母线进行保护，实现跳本侧所带的所有的断路器，并在所述断路器失灵时动作，并将失灵信号传输给所述极控制装置，与此同时，将所述失灵信号传输给所述线路保护装置，使所述线路保护装置进行远跳对端；
所述线路保护装置分别与所述控制总线和所述现场测控设备连接，所述线路保护装置用于实现线路故障时跳断路器，对直流线路进行保护，并向对端线路保护装置发送远眺功能，且在动作时将失灵信号输出给所述母线保护装置；
所述双极控制层部分包括：直流站控装置、交流站控制装置、接地电阻监测装置、换流变保护装置、交流耗能装置和安稳控制装置；
所述直流站控装置分别与所述控制总线、所述极控制装置和所述现场测控设备连接，所述直流站控装置用于对所述现场测控设备侧的直流断路器接口和直流场进行监控与控制；
所述交流站控制装置分别与所述控制总线、所述极控制装置和所述现场测控设备连接，所述交流站控制装置用于实现对所述现场测控设备侧的交流场断路器的监视、控制以及命令联锁；
所述接地电阻监测装置与所述控制总线连接，所述接地电阻监测装置用于监测换流站的接地点，并通过数据总线传输接地情况；
所述换流变保护装置与所述控制总线连接，所述换流变保护装置用于实现换流变设备保护；
所述交流耗能装置与所述控制总线连接，所述交流耗能装置用于实现对交流耗能装置的投退控制；
所述安稳控制装置与所述控制总线连接，所述安稳控制装置用于实现新能源切机控制的功能。
2.根据权利要求1所述的多端协调控保系统，其特征在于，所述线路保护装置配置有独立的高频通信链路，所述线路保护装置通过所述高频通信链路将动作信号输出至所述现场测控设备侧的直流断路器。
3.根据权利要求1所述的多端协调控保系统，其特征在于，所述极控制层部分还包括：第一交换器，所述极控制装置、所述极保护装置、所述母线保护装置和所述线路保护装置均通过所述第一交换器与所述控制总线连接。
4.根据权利要求1所述的多端协调控保系统，其特征在于，所述双极控制层部分还包括：第二交换器，所述直流站控装置、所述交流站控制装置、所述接地电阻监测装置、所述换流变保护装置、所述交流耗能装置和所述安稳控制装置均通过所述第二交换器与所述控制总线连接。
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