CN109004630B - 一种柔性直流配电网集成保护系统 - Google Patents

一种柔性直流配电网集成保护系统 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种柔性直流配电网集成保护系统,所述系统包括:电流信号输入模块,包括8路信号输入端,分别用于采集6路桥臂电流、正极直流电流、负极直流电流;现场可编程门阵列,与所述电流信号输入模块通讯,同步获取所述桥臂电流、正极直流电流、负极直流电流的电流值,并定时向ARM处理器传送所述电流值,所述现场可编程门阵列用于根据所述电流值,生成出口控制指令,并将所述出口控制指令传送给阀基控制器;阀基控制器,用于控制换流阀闭锁和跳闸;ARM处理器,与站内监控系统通讯,与所述现场可编程门阵列通讯且共享存储信息。利用本申请中各个实施例,可以实现对柔性直流配电网换流站的桥臂和极间短路故障的快速准确的保护控制。

Description

一种柔性直流配电网集成保护系统
技术领域
本申请涉及配电网技术领域,特别涉及一种柔性直流配电网集成保护系统。
背景技术
柔性直流配电网是基于电压源型换流(voltage sourced converters -VSC)技术,采用IGBT等具有可关断电流能力的晶闸管构成的换流设备,通过脉冲调制技术实现无源整流逆变,以直流电流向负荷送电的配电系统。该系统具有许多传统交流配电无法比拟的优点,使其成为最近发展起来的最有潜质的电力传输方式,特别适用于新能源并网、构筑城市直流配电网、向孤立的远方小负荷区供电等领域,具有广阔的应用前景。
柔性直流配电网的保护系统是快速可靠地切除故障、减少故障影响范围、保障配电网的安全稳定运行的重要保障,是柔性直流配电网研究工作中非常重要的组成部分。
但是,由于柔性直流配电网功率平衡的惯性时间常数极小,发生故障时短路电流上升速率快,对快速切除故障的要求极高。因而现有技术中针对柔性直流配电网过流或短路故障的保护技术尚属空白。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种柔性直流配电网集成保护系统,以实现对柔性直流配电网换流站的桥臂和极间短路故障的快速准确的保护控制。
本申请实施例提供一种柔性直流配电网集成保护系统是这样实现的:
一种柔性直流配电网集成保护系统,所述系统包括:
电流信号输入模块,包括8路信号输入端,分别用于采集6路桥臂电流、正极直流电流、负极直流电流;
现场可编程门阵列,与所述电流信号输入模块通讯,同步获取所述桥臂电流、正极直流电流、负极直流电流的电流值,并定时向ARM处理器传送所述电流值,所述现场可编程门阵列用于根据所述电流值,生成出口控制指令,并将所述出口控制指令传送给阀基控制器;
阀基控制器,用于控制换流阀闭锁和跳闸;
ARM处理器,与站内监控系统通讯,与所述现场可编程门阵列通讯且共享存储信息,用于获取所述现场可编程门阵列的保护逻辑动作信息,以及用于将所述保护逻辑动作信息上传至所述站内监控系统。
优选实施例中,所述ARM处理器还用于接收来自监控系统的保护定值设定指令,并将所述保护定值设定指令下发至所述现场可编程门阵列;
所述现场可编程门阵列连接有存储器,所述现场可编程门阵列用于根据所述设定指令对所述存储器写入保护定值,所述存储器存储所述保护定值。
优选实施例中,所述现场可编程门阵列包括运算模块,用于对获取的所述电流值和保护定值进行比较运算;
所述保护定值包括桥臂电流保护定值,若所述桥臂电流的电流值大于所述桥臂电流保护定值且持续t1时间,所述现场可编程门阵列向所述阀基控制器发送闭锁跳闸控制指令,所述阀基控制器控制所述换流阀闭锁跳闸。
优选实施例中,所述现场可编程门阵列包括运算模块,用于对获取的所述电流值与保护定值进行比较运算,以及用于对所述电流值的变化率进行计算,以及用于对获取的所述电流值的变化率与所述变化率保护定值进行比较运算;
所述保护定值包括正极直流电流保护定值,若所述正极直流电流的电流值大于所述正极直流电流保护定值且持续t1时间,所述运算模块计算所述正极直流电流的变化率并与所述变化率保护定值进行比较运算,若所述正极直流电流的变化率大于所述变化率保护定值且持续t2时间,所述现场可编程门阵列向所述阀基控制器发送闭锁跳闸控制指令,所述阀基控制器控制所述换流阀闭锁跳闸。
优选实施例中,所述现场可编程门阵列包括运算模块,用于对获取的所述电流值与保护定值进行比较运算,以及用于对所述电流值的变化率进行计算,以及用于对获取的所述电流值的变化率与变化率保护定值进行比较运算;
所述保护定值包括负极直流电流保护定值,若所述负极直流电流的电流值大于所述负极直流电流保护定值且持续t1时间,所述运算模块计算所述负极直流电流的变化率并与所述变化率保护定值进行比较运算,若所述负极直流电流的变化率大于所述变化率保护定值且持续t2时间,所述现场可编程门阵列向所述阀基控制器发送闭锁跳闸控制指令,所述阀基控制器控制所述换流阀闭锁跳闸。
优选实施例中,当所述现场可编程门阵列进行保护逻辑动作或接收到手动录波指令时,向所述ARM处理器发送录波启动标识信息,所述ARM处理器接收到所述录波启动标识时进行录波,所述录波启动标识设置在所述现场可编程门阵列发送至所述ARM处理器的电流值码流中。
优选实施例中,所述现场可编程门阵列连接有光模块,用于将所述出口控制指令转换成光信号形式,所述光模块通过两路光纤与阀基控制器通讯。
优选实施例中,所述电流信号输入模块利用霍尔传感器采集所述6路桥臂电流、所述正极直流电流、所述负极直流电流。
优选实施例中,所述存储器为非易失性随机访问存储器,与所述现场可编程门阵列采用两线接口直连。
优选实施例中,所述现场可编程门阵列还设置有隔离防静电器件和保护压板。
利用本申请实施例提供的一种柔性直流配电网集成保护系统,所述系统可以适用于柔性直流配电网换流站的桥臂和极间短路过流的保护控制,通过独立的高速采集数据的方式,快速判断的算法以及高速开出控制,实现了柔性直流系统中桥臂和极间短路过流的快速保护控制,提高了换流站保护控制系统的可靠性,填补了传统保护应用于直流系统中的无法快速判断并快速出口控制的空白,有效保证柔性直流配电网换流站设备的安全可靠运行。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一个实施例提供的一种柔性直流配电网集成保护系统的模块结构示意图;
图2是本申请一个实例提供的针对桥臂电流过流的保护控制动作的逻辑图;
图3是本申请一个实例提供的针对极间短路过流的保护控制动作的逻辑图。
具体实施方式
本申请实施例提供一种柔性直流配电网集成保护系统。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,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,都应当属于本申请保护的范围。
图1是本申请所述一种配网换流站保护控制系统一种实施例的模块结构示意图。虽然本申请提供了如下述实施例或附图所示的装置结构,但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法或装置中可以包括更多或者更少的模块单元。在逻辑性上不存在必要因果关系的结构中,这些装置的模块结构不限于本申请实施例或附图所示的模块结构。
具体的,如图1所述,本申请提供的一种配网换流站保护控制系统的一种实施例可以包括:
电流信号输入模块101,包括8路信号输入端,分别用于采集6路桥臂电流、正极直流电流、负极直流电流;
现场可编程门阵列(FPGA)102,与所述电流信号输入模块通讯,同步获取所述桥臂电流、正极直流电流、负极直流电流的电流值,并定时向ARM处理器传送所述电流值,所述现场可编程门阵列用于根据所述电流值,生成出口控制指令,并将所述出口控制指令传送给阀基控制器;
阀基控制器(VBC)103,用于控制换流阀闭锁和跳闸;
ARM处理器104,与站内监控系统通讯,与所述现场可编程门阵列102通讯且共享存储信息,用于获取所述现场可编程门阵列102的保护逻辑动作信息,以及用于将所述保护逻辑动作信息上传至所述站内监控系统。
如图1所示,本例中,所述电流信号输入模块101与所述现场可编程门阵列102之间连接有数模转换器,用于将采集到的电流信号转化为数字信号形式。
本例中,所述ARM处理器104还用于接收来自监控系统的保护定值设定指令,并将所述保护定值设定指令下发至所述现场可编程门阵列102;
所述现场可编程门阵列102连接有存储器105,所述现场可编程门阵列102用于根据所述设定指令对所述存储器105写入保护定值,所述存储器105存储所述保护定值。
本例中,所述存储器105为非易失性随机访问存储器(NVRAM) ,与所述现场可编程门阵列102采用两线接口直连。
本例中,所述现场可编程门阵列102可以包括运算模块,可以用于对获取的所述电流值和保护定值进行比较运算;
所述保护定值包括桥臂电流保护定值,若所述桥臂电流的电流值大于所述桥臂电流保护定值且持续t1时间,所述现场可编程门阵列102向所述阀基控制器103发送闭锁跳闸控制指令,所述阀基控制器103控制所述换流阀闭锁跳闸。
本例中,所述运算模块,还可以用于对获取的所述电流值与保护定值进行比较运算,以及用于对所述电流值的变化率进行计算,以及用于对获取的所述电流值的变化率与变化率保护定值进行比较运算;
所述保护定值包括正极直流电流保护定值,若所述正极直流电流的电流值大于所述正极直流电流保护定值且持续t1时间,所述运算模块计算所述正极直流电流的变化率并与所述变化率保护定值进行比较运算,若所述正极直流电流的变化率大于所述变化率保护定值且持续t2时间,所述现场可编程门阵列102向所述阀基控制器103发送闭锁跳闸控制指令,所述阀基控制器103控制所述换流阀闭锁跳闸。
本例中,所述运算模块还可以用于对获取的所述电流值与保护定值进行比较运算,以及用于对所述电流值的变化率进行计算,以及用于对获取的所述电流值的变化率与所述变化率保护定值进行比较运算;
所述保护定值包括负极直流电流保护定值,若所述负极直流电流的电流值大于所述负极直流电流保护定值且持续t1时间,所述运算模块计算所述负极直流电流的变化率并与所述变化率保护定值进行比较运算,若所述负极直流电流的变化率大于所述变化率保护定值且持续t2时间,所述现场可编程门阵列102向所述阀基控制器103发送闭锁跳闸控制指令,所述阀基控制器103控制所述换流阀闭锁跳闸。
本例中,当所述现场可编程门阵列102进行保护逻辑动作或接收到手动录波指令时,向所述ARM处理器104发送录波启动标识信息,所述ARM处理器104接收到所述录波启动标识时进行录波,所述录波启动标识设置在所述现场可编程门阵列102发送至所述ARM处理器的电流值码流中。
本例中,所述现场可编程门阵列102连接有光模块106,用于将所述出口控制指令转换成光信号形式,所述光模块106通过两路光纤与阀基控制器103通讯。
其中,所述两路光纤均为50MHz频率HDLC光纤。
本例中,所述电流信号输入模块101利用霍尔传感器采集所述6路桥臂电流、所述正极直流电流、所述负极直流电流。所述霍尔传感器的输出为±200毫安。
本例中,所述现场可编程门阵列102还设置有隔离防静电器件和保护压板。
本例中,所述系统采用110VDC双电源冗余,可带电插拔。
本例中,所述ARM处理器104自带两路以太网网络。一路网络接后台,另一路网络用于为系统维护软件。
本例中,所述现场可编程门阵列102和所述ARM处理器104连接有板指示灯。
图2是本申请一个实例提供的针对桥臂电流过流的保护控制动作的逻辑图。图2中,以正极A相桥臂为例,正极B相、正极C相、负极A相、负极B相、负极C相,逻辑相同。
如图2所示,当系统工作状态有效且启动元件动作且桥臂过流软压板投入,且所述正桥臂A相电流大于保护定值时,所述现场可编程门阵列102延时t1时间后向阀基控制器103发送控制指令,控制换流阀闭锁跳闸。
图3是本申请一个实例提供的针对极间短路过流的保护控制动作的逻辑图。图3中,当系统工作状态有效且微分保护软压板投入,且所述正极直流电流大于预设的保护定值1且持续t1时间,这一过程视为保护启动,启动后进行电流变化率判断,当电流变化率超过定值2超过t2时间时,控制闭锁跳闸。
利用上述实施例提供的一种柔性直流配电网集成保护系统,所述系统可以适用于柔性直流配电网换流站的桥臂和极间短路过流的保护控制,通过独立的高速采集数据的方式,快速判断的算法以及高速开出控制,实现了柔性直流系统中桥臂和极间短路过流的快速保护控制,提高了换流站保护控制系统的可靠性,填补了传统保护应用于直流系统中的无法快速判断并快速出口控制的空白,有效保证柔性直流配电网换流站设备的安全可靠运行。
利用上述各实施例提供的一种配网换流站保护控制系统的实施方式,可以实现所述保护控制系统的集成化、模块化、紧凑化,各模块之间采用统一的站内总线进行数据交互,所述系统采用统一的站内数据采集模块,所述装置内的各模块可以共享采集到的换流站运行数据,有效减少了数据采集模块的数量。各保护控制功能模块采用统一的集成的站内保护控制模块,通过所述站内保护控制模块实现多种保护控制功能,执行各保护功能模块的控制指令,避免了控制单元的重复设置。另外,所述装置内的各模块采用统一的站内通信模块,通过站层网络与调控中心进行数据交互,有效减少了通信模块的重复设置。利用本申请实施例提供的所述系统,可以有效减小换流站保护系统的占地面积,简化所述系统的架构,扩大所述系统的适用范围。
本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述,各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
虽然通过实施例描绘了本申请,本领域普通技术人员知道,本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神,希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (6)

1.一种柔性直流配电网集成保护系统,其特征在于,所述系统包括:
电流信号输入模块,包括8路信号输入端,分别用于采集6路桥臂电流、正极直流电流、负极直流电流;
现场可编程门阵列,与所述电流信号输入模块通讯,同步获取所述桥臂电流、正极直流电流、负极直流电流的电流值,并定时向ARM处理器传送所述电流值,所述现场可编程门阵列用于根据所述电流值,生成出口控制指令,并将所述出口控制指令传送给阀基控制器;
阀基控制器,用于控制换流阀闭锁和跳闸;
ARM处理器,与站内监控系统通讯,与所述现场可编程门阵列通讯且共享存储信息,用于获取所述现场可编程门阵列的保护逻辑动作信息,以及用于将所述保护逻辑动作信息上传至所述站内监控系统;所述ARM处理器还用于接收来自监控系统的保护定值设定指令,并将所述保护定值设定指令下发至所述现场可编程门阵列;
所述现场可编程门阵列连接有存储器,所述现场可编程门阵列用于根据所述设定指令对所述存储器写入保护定值,所述存储器存储所述保护定值;
所述现场可编程门阵列包括运算模块,用于对获取的所述电流值与保护定值进行比较运算,以及用于对所述电流值的变化率进行计算,以及用于对获取的所述电流值的变化率与变化率保护定值进行比较运算;
所述保护定值包括正极直流电流保护定值,若所述正极直流电流的电流值大于所述正极直流电流保护定值且持续t1时间,所述运算模块计算所述正极直流电流的变化率并与所述变化率保护定值进行比较运算,若所述正极直流电流的变化率大于所述变化率保护定值且持续t2时间,所述现场可编程门阵列向所述阀基控制器发送闭锁跳闸控制指令,所述阀基控制器控制所述换流阀闭锁跳闸;
所述保护定值包括负极直流电流保护定值,若所述负极直流电流的电流值大于所述负极直流电流保护定值且持续t1时间,所述运算模块计算所述负极直流电流的变化率并与所述变化率保护定值进行比较运算,若所述负极直流电流的变化率大于所述变化率保护定值且持续t2时间,所述现场可编程门阵列向所述阀基控制器发送闭锁跳闸控制指令,所述阀基控制器控制所述换流阀闭锁跳闸。
2.如权利要求1所述的一种柔性直流配电网集成保护系统,其特征在于,当所述现场可编程门阵列进行保护逻辑动作或接收到手动录波指令时,向所述ARM处理器发送录波启动标识信息,所述ARM处理器接收到所述录波启动标识时进行录波,所述录波启动标识设置在所述现场可编程门阵列发送至所述ARM处理器的电流值码流中。
3.如权利要求1所述的一种柔性直流配电网集成保护系统,其特征在于,所述现场可编程门阵列连接有光模块,用于将所述出口控制指令转换成光信号形式,所述光模块通过两路光纤与阀基控制器通讯。
4.如权利要求1所述的一种柔性直流配电网集成保护系统,其特征在于,所述电流信号输入模块利用霍尔传感器采集所述6路桥臂电流、所述正极直流电流、所述负极直流电流。
5.如权利要求1所述的一种柔性直流配电网集成保护系统,其特征在于,所述存储器为非易失性随机访问存储器,与所述现场可编程门阵列采用两线接口直连。
6.如权利要求1所述的一种柔性直流配电网集成保护系统,其特征在于,所述现场可编程门阵列还设置有隔离防静电器件和保护压板。
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