CN108508871B - 一种现场应用的柔性直流保护测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种现场应用的柔性直流保护测试系统，包括软件部分和硬件结构，软件部分根据柔性直流保护的过流保护及差动保护的保护逻辑采用闭环动态控制系统实现差动保护和过流保护的的闭环测试，所述差动保护包括启动回路、桥臂、阀和直流汇流母线，所述过流保护包括交流连接母线、桥臂、阀和直流场区接地，所述闭环测试包括保护定值、动作出口时间和保护动作逻辑，所述保护定值根据不同的定值设置不同的输出值，硬件结构回采保护装置的出口实现闭环测试本发明技术方案减少人工进行保护逻辑分析、定值计算等环节，极大提高了测试效率。
Description
技术领域
本发明涉及柔性直流换流站控制保护装置测试领域，特别涉及一种现场应用的柔性直流保护测试系统。
背景技术
随着中国对环境治理的日益重视，风力发电、光伏发电等清洁能源越来越受到人们的重视。风电和光伏发电由于其自身发电原理特性限制，极易受风速、光照等环境气候因素的影响，发电功率和电能质量非常不稳定。如果贸然将风光发电直接接入交流大电网，极易引起电压闪避，影响整个大电网的电能质量和电网频率，同时，会给整个大电网带入谐波污染，导致输电线路、变压器和电机损耗增加，浪费宝贵的清洁能源，而且电网发生微小故障时，易导致风光发电基地切除，会导致全网电压崩溃，严重时会造成整个交流电网结构崩溃等重大电网事故。
柔性直流输电通过对无功功率的动态控制，精确控制有功潮流，改善并网系统电能质量，提高并网系统暂态稳定性，为风光发电并入大电网提供了可靠的技术保证，极大促进了我国风光发电产业的发展。同时，柔直直流输电也促进了西电东送，北电南送的国家战略发展，很好的解决我国能源分布不均衡的问题。
目前南方电网公司和国家电网公司都在开展柔性直流输电的研究工作，例如南方电网公司于2013年建成了世界第一个多端柔性直流输电示范工程--南澳±160kV多端柔性直流输电工程。随着国内柔性直流换流站的建设，换流站控制保护装置的检修调试工作也显的越来越重要。目前，国内柔性直流换流站的调试检修主要依靠实验室的仿真模拟，现场还缺乏实用的试验设备。以国家电网公司为例，目前国家电网公司已经建成投运的柔性直流换流站或者在建柔性直流换流站，相关的控制保护设备均采购两套，一套用于换流站的现场运行，另一套用于实验室仿真模拟环境的搭建。因此，柔性直流换流站急需一种能够实现柔直控保装置现场调试检修的便携式试验平台，以完成现场柔直保护装置的保护定值和动作逻辑的定时定性检修工作。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种现场应用的柔性直流保护测试系统，旨在克服以上问题。
为实现上述目的，本发明提出的一种现场应用的柔性直流保护测试系统，其特征在于，包括：软件部分和硬件结构，软件部分根据柔性直流保护的过流保护及差动保护的保护逻辑采用闭环动态控制系统实现差动保护和过流保护的的闭环测试，所述闭环测试包括保护定值、动作出口时间和保护动作逻辑，所述保护定值根据不同的定值设置不同的输出值，硬件结构回采保护装置的出口实现闭环测试。
优选地，所述硬件结构的电压电流采样输出模式为交流模拟量电流/电压信号和数字报文FT3直流电压电流信号混合采样输出模式。
优选地，所述硬件结构的开关量信号为数字报文FT3开关量和/或硬接点开关量两种混合模式。
优选地，所述硬件结构包括：
多路硬接点开入量，用以采集保护动作出口、失灵出口和闭锁信号出口；
多路硬接点开出量，用以模拟交流断路器和直流刀闸位置；
交流模拟量电流输出板，用以交流模拟量电流信号的输出；
交流模拟量电压输出板，用以交流模拟量电压信号的输出；
FT3输出板，用以数字报文FT3直流电压电流信号和开关量信号的输出；
电源模块板，用以连接电源以提供所述硬件结构的工作用电。
优选地，所述多路硬接点开入量为8路硬接点开入量，所述多路硬接点开出量为8路硬接点开出量。
优选地，所述交流模拟量电流输出板为6路交流模拟量电流输出，所述交流模拟量电压输出板为6路交流模拟量电压输出。
优选地，所述FT3输出板为14路FT3报文输出。
优选地，所述硬件结构采用采样数模一体化设置，能够同时模拟输出FT3报文电压电流信号、交流模拟量的电流电压信号、数字报文FT3开关量及硬接点开关量的信号。
优选地，所述差动保护包括启动回路、桥臂、阀和直流汇流母线。
优选地，所述过流保护包括交流连接母线、桥臂、阀和直流场区接地。
本发明技术方案为柔性直流换流站控制保护装置提供一种便携式试验设备，能够完成现场柔性直流保护装置的保护定值和动作逻辑的定时检修工作；提供柔直保护装置差动保护和过流保护自动测试模块，减少人工进行保护逻辑分析、定值计算等环节，极大提高了测试效率；为柔性直流换流控制保护装置现场调试试验提供一种技术手段，能够及时发现并定位不同柔直控制保护厂家之间FT3报文互通互联不成功的问题；形成不同柔直保护厂家和不同柔性直流换流站数字FT3报文模板库，支持人工配置报文模板库，为后期柔直换流站检修和升级提供技术支撑。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为柔性直流测试系统的原理框图；
图2为柔性直流测试系统硬件结构的前、后面板的示意图；
图3为差动保护自动测试流程图；
图4为FT3报文模板库形成流程图，
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1-3所示，本发明提出的一种现场应用的柔性直流保护测试系统，其特征在于，包括软件部分和硬件结构，软件部分根据柔性直流保护的过流保护及差动保护的保护逻辑采用闭环动态控制系统实现差动保护和过流保护的的闭环测试，所述闭环测试包括保护定值、动作出口时间和保护动作逻辑，所述保护定值根据不同的定值设置不同的输出值，硬件结构回采保护装置的出口实现闭环测试。
优选地，所述硬件结构的电压电流采样输出模式为交流模拟量电流/电压信号和数字报文FT3直流电压电流信号混合采样输出模式。
优选地，所述硬件结构的开关量信号为数字报文FT3开关量和/或硬接点开关量两种混合模式。
优选地，所述硬件结构包括：
多路硬接点开入量，用以采集保护动作出口、失灵出口和闭锁信号出口；
多路硬接点开出量，用以模拟交流断路器和直流刀闸位置；
交流模拟量电流输出板，用以交流模拟量电流信号的输出；
交流模拟量电压输出板，用以交流模拟量电压信号的输出；
FT3输出板，用以数字报文FT3直流电压电流信号和开关量信号的输出；
电源模块板，用以连接电源以提供所述硬件结构的工作用电。
优选地，所述多路硬接点开入量为8路硬接点开入量，所述多路硬接点开出量为8路硬接点开出量。
优选地，所述交流模拟量电流输出板为6路交流模拟量电流输出，所述交流模拟量电压输出板为6路交流模拟量电压输出。
优选地，所述FT3输出板为14路光串口FT3报文输出。
优选地，所述硬件结构采用采样数模一体化设置，能够同时模拟输出FT3报文的电压电流信号、交流模拟量的电流电压信号、数字报文FT3开关量及硬接点开关量的信号。
优选地，所述差动保护包括启动回路、桥臂、阀和直流汇流母线。
优选地，所述过流保护包括交流连接母线、桥臂、阀和直流场区接地。
差动保护自动测试方法，包括：
S1设定差动保护自动测试模块中柔直保护保护动作方程的逻辑保护定值；
S2所述逻辑保护定值导入如权利要求1-8所述的现场应用的柔性直流保
护测试系统；
S3设定故障类型为短路故障；
S4启动柔直保护桥臂差动保护动作的运行；
S5进行差动保护计算；
S6配置差动保护计算所需各种测试的电流值大小，模拟短路故障的差动保护可靠动作条件；
S7差动保护测试模块对柔直保护施加满足差动保护动作的电流信号，并通过获取柔直保护的保护出口信息判断差动保护动作是否可靠动作；
S8若上述判断为可靠动作，则通过对比施加差动保护故障电流的时刻T1和获取保护出口的时刻T2，自动计算保护出口时间|T2-T1|；否则检查所设定保护定值，进入S20；
S9测试结束。
FT3报文模板库形成的方法，包括：
S10根据所获取柔直保护之间通讯协议即通道映射信息，按照所提供标准FT3模板文件，生成柔性直流保护装置的FT3报文；
S20手动编辑修改FT3报文；
S30进行电压电流和开关量的通道映射形成工程应用FT3报文模块库文件；
S40柔直保护测试系统加载工程应用FT3报文模块库文件；
S50启动运行；
S60修改开关量状态或电压电流信号；
S70互联互通如权利要求1-8所述的现场应用的柔性直流保护测试系统；
S80若S70的互联互通成功，则测试结束；若不成功，则校对模块库文件，进入S20。
在本发明实施例中，基于现场应用的柔性直流保护测试系统由硬件结构和软件部分构成，如图1-3所示，硬件结构主要由电源插件、交流量模拟输出口(交流电压输出插件、交流电流输出插件)、FT3报文输出插件、开关量控制插件(硬接点开入量、开出量)等组成，具体见附图1所示。电源插件采用50HZ的220V交流电供电；交流电压输出插件可以同时输出6路交流电压信号，每路电压输出信号均为1对红黑输出端子组成；交流电流输出插件可以同时输出6路交流电流信号，每路电流输出信号均为1对红黑输出端子组成；FT3报文输出插件可以同时输出14路交FT3报文，14路光输出口分左右两列布局，左侧为8路，右侧为6路，每路FT3报文输出信号由两个ST光纤输出口组成，上口代表FT3报文输出口，下口代表FT3报文信号接收口；开关量控制插件由8路开入量和8路开出量组成，每路开关量均有红黑两个端子构成一个回路。
软件部分主要由手动试验模块、状态序列模块、过流保护模块、差动保护模块和FT3数据库组成。手动试验、状态序列主要实现交流模拟量和数字FT3信号的电压、电流信号及硬接点和数字FT3的开关量信号的动态控制；过流保护模块、差动保护模块通过导入柔直保护设定定值参数，自动进行故障计算，根据计算结果控制电压、电流信号和开关量信号的动态变化，模拟相关保护故障；FT3数据库通过收集不同柔直保护厂家和柔性直流换流站的通讯协议，编制FT3数据模板，形成响应的数据文件库，为后续柔性直流换流站定时检修提供测试手段。
差动保护自动测试：差动保护自动测试模块内部设定柔直保护动作方程。手动导入柔直保护差动保护逻辑定值，根据保护定值和保护动作方程自动进行短路故障计算，计算完毕后合理配置差动保护计算所需各种测试的电流值大小，使其满足差动保护可靠动作条件。差动保护测试模块对柔直保护施加满足差动保护动作的电流信号，并通过获取柔直保护的保护出口等信息判断差动保护动作是否可靠动作，同时，通过对比施加差动保护故障电流的时刻T1和获取保护出口的时刻T2，自动计算保护出口时间即|T2-T1|。整个环节通过闭环控制实现保护动作逻辑、保护动作定值和保护动作出口时间的自动测试。
桥臂差动保护：以桥臂差动保护为例，桥臂差动保护动作方程为：
|Ibpa+Ibpb+Ibpc-Idp|＞Δor|Ibna+Ibnb+Ibnc-Idn|＞Δ
其中Ibp、IdP为上桥臂三相电流和直流正极电流，Ibn、Idn为下桥臂三相电流和直流负极电流，△为差流保护定值。
设定差动保护定值为Ip，导入差动自动测试模块后计算差动保护可靠动作时差流应该为Im，可靠不动作差流应该为In。模拟上桥臂差动保护动作，则Im＝|Ibpa+Ibpb+Ibpc–Idp|，柔直保护测试系统在T1时刻对柔直保护施加电流信号，即上桥臂A相电流Ibpa，上桥臂B相电流Ibpb，上桥臂C相电流Ibpc，直流正极电流Idp，输出CT信号满足上桥臂差动保护动作条件Im＝|Ibpa+Ibpb+Ibpc–Idp|，此时差动保护动作，动作出口为要求“直流系统停运”“跳闸并锁定交流断路器”的开关量信号，测试系统硬接点开入量在T2时刻获取该出口信号，则差动保护出口时间为|T2-T1|，获取保护跳闸出口信号后，差动保护模块停止运行并自动给出上桥臂差动保护动作出口及计算出动作出口时间。
模拟上述桥臂差动保护可靠不动作，则In＝|Ibpa+Ibpb+Ibpc–Idp|，柔直保护测试系统对柔直保护施加电流信号，整个测试流程与可靠动作流程一致。通过差动保护可靠动作、可靠不动作来实现差动保护动作逻辑、动作定值的自动校验。
FT3报文模板库：根据所获取柔直保护之间通讯协议即通道映射信息，按照所提供标准FT3模板文件，生成柔性直流保护装置的FT3报文。根据柔直保护FT3通讯协议在模板文件中手动修改通道个数等参数信息和进行电压电流和开关量的通道映射，映射完毕即可保存为工程应用模板文件。柔直保护测试系统加载工程应用文件，即可对柔直保护装置进行通讯回路验证工作。
本发明为柔性直流换流站控制保护装置提供一种便携式试验设备，能够完成现场柔性直流保护装置的保护定值和动作逻辑的定时检修工作；提供柔直保护装置差动保护和过流保护自动测试模块，减少人工进行保护逻辑分析、定值计算等环节，极大提高了测试效率；为柔性直流换流控制保护装置现场调试试验提供一种技术手段，能够及时发现并定位不同柔直控制保护厂家之间FT3报文互通互联不成功的问题；形成不同柔直保护厂家和不同柔性直流换流站数字FT3报文模板库，支持人工配置报文模板库，为后期柔直换流站检修和升级提供技术支撑。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种现场应用的柔性直流保护测试系统，其特征在于，包括：软件部分和硬件结构，软件部分根据柔性直流保护的过流保护及差动保护的保护逻辑采用闭环动态控制系统实现差动保护和过流保护的闭环测试，所述闭环测试包括保护定值、动作出口时间和保护动作逻辑，所述保护定值根据不同的定值设置不同的输出值，硬件结构回采柔性直流保护装置的出口实现闭环测试；
所述硬件结构的电压电流采样输出模式为交流模拟量电流/电压信号和数字报文FT3直流电压电流信号混合采样输出模式；
所述硬件结构的开关量信号为数字报文FT3开关量和/或硬接点开关量两种混合模式；
所述硬件结构包括：多路硬接点开入量，用以采集保护动作出口、失灵出口和闭锁信号出口；
多路硬接点开出量，用以模拟交流断路器和直流刀闸位置；
交流模拟量电流输出板，用以交流模拟量电流信号的输出；
交流模拟量电压输出板，用以交流模拟量电压信号的输出；
FT3输出板，用以数字报文FT3直流电压电流信号和开关量信号的输出；
电源模块板，用以连接电源以提供所述硬件结构的工作用电；
差动保护自动测试方法，包括：
S1设定差动保护自动测试模块中柔直保护保护动作方程的逻辑保护定值；
S2所述逻辑保护定值导入所述的现场应用的柔性直流保护测试系统；
S3设定故障类型为短路故障；
S4启动柔直保护桥臂差动保护动作的运行；
S5进行差动保护计算；
S6配置差动保护计算所需各种测试的电流值大小，模拟短路故障的差动保护可靠动作条件；
S7差动保护测试模块对柔直保护施加满足差动保护动作的电流信号，并通过获取柔直保护的保护出口信息判断差动保护动作是否可靠动作；
S8若上述判断为可靠动作，则通过对比施加差动保护故障电流的时刻T1和获取保护出口的时刻T2，自动计算保护出口时间|T2-T1|；否则检查所设定保护定值，进入S20；
S9测试结束；
FT3报文模板库形成的方法，包括：
S10根据所获取柔直保护之间通讯协议即通道映射信息，按照所提供标准FT3模板文件，生成柔性直流保护装置的FT3报文；
S20手动编辑修改FT3报文；
S30进行电压电流和开关量的通道映射形成工程应用FT3报文模块库文件；
S40柔直保护测试系统加载工程应用FT3报文模块库文件；
S50启动运行；
S60修改开关量状态或电压电流信号；
S70互联互通如所述的现场应用的柔性直流保护测试系统；
S80若S70的互联互通成功，则测试结束；若不成功，则校对模块库文件，进入S20。
2.如权利要求1所述的现场应用的柔性直流保护测试系统，其特征在于，所述多路硬接点开入量为8路硬接点开入量，所述多路硬接点开出量为8路硬接点开出量。
3.如权利要求1所述的现场应用的柔性直流保护测试系统，其特征在于，所述交流模拟量电流输出板为6路交流模拟量电流输出，所述交流模拟量电压输出板为6路交流模拟量电压输出。
4.如权利要求1所述的现场应用的柔性直流保护测试系统，其特征在于，所述FT3输出板为14路FT3报文输出。
5.如权利要求1所述的现场应用的柔性直流保护测试系统，其特征在于，所述硬件结构采用采样数模一体化设置，能够同时模拟输出FT3报文电压电流信号、交流模拟量的电流电压信号、数字报文FT3开关量及硬接点开关量的信号。
6.如权利要求1所述的现场应用的柔性直流保护测试系统，其特征在于，所述差动保护包括启动回路、桥臂、阀和直流汇流母线。
7.如权利要求1所述的现场应用的柔性直流保护测试系统，其特征在于，所述过流保护包括交流连接母线、桥臂、阀和直流场区接地。
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