CN110391646A - 一种混合式直流断路器的合分闸控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合式直流断路器的合分闸控制系统，包括断路器控制保护系统、直流控制保护系统、电力电子开关、快速开关、供能设备、测量系统和水冷系统，所述断路器控制保护系统包括作为联系上层控制系统与VBC的枢纽的断路器监控设备、断路器控制保护设备和作为连接断路器控制保护设备和电力电子开关组件的枢纽的断路器阀接口设备，本发明能够应用于混合式直流固态断路器中，实现对直流线路的合闸、分闸和保护等基本功能。

Description

一种混合式直流断路器的合分闸控制系统
技术领域
本发明涉及一种控制系统，具体是一种混合式直流断路器的合分闸控制系统。
背景技术
在输电领域，为适应新的能源格局，模块化多电平换流器(modular multilevelconverter, MMC)的柔性直流电网技术是未来电力系统输电技术的发展方向之一。 MMC 多由不具有直流故障自清除能力的半桥子模块构成，设备的过流、过压能力较弱。同时，柔直电网的为低惯量系统，相比交流系统，直流系统的故障发展更快，控制保护难度更大，当直流系统发生故障，为快速限制并切除故障电流，以维持电网安全稳定运行，高压混合式直流固态断路器成为有效甚至唯一技术手段。它既能在正常运行工况下接通、承载和分断直流负荷电流，又可以在电网故障情况下快速切断故障电流并使故障部分退出运行，以避免换流器大面积停运。
混合式高压混合式直流固态断路器继承了机械式混合式直流固态断路器优良的静态特性和固态混合式直流固态断路器快速分断的动态特性，被认为是最可能在未来直流电网中得到大范围应用的一种高压混合式直流固态断路器。
混合式直流固态断路器继承了机械式混合式直流固态断路器优良的静态特性和固态混合式直流固态断路器快速分断的动态特性，被认为是最可能在未来直流电网中得到大范围应用的一种高压混合式直流固态断路器。
目前混合式直流固态断路器的研究，主要集中在拓扑结构以及断路器一次电气参数的设计，而关于其控制保护系统的研究相对较少。混合式直流固态断路器控制保护系统作为直流固态断路器的“大脑”，是断路器的动作的决策者，也是断路器工程应用的核心设备。
混合式直流固态断路器的控制方案包括控制硬件架构设计、合闸逻辑和分闸逻辑等，从而配合直流控制保护系统，对直流线路进行保护。
混合式直流固态断路器的结构如图1所示。混合式直流固态断路器3条并联支路构成，分为主支路、转移支路和耗能支路。利用3条并联支路在一定时序下的内部换流，实现直流电流分合闸功能。混合式直流固态断路器具体构成如下：1）主支路：由快速机械开关和少量电力电子模块串联构成，其作用是导通系统负荷电流。2）转移支路：由多级电力电子模块串联构成，其作用是分断直流短路故障电流。3）耗能支路：由避雷器组串联构成，其作用是抑制断路器暂态分断过电压和吸收系统储存能量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合式直流断路器的合分闸控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种混合式直流断路器的合分闸控制系统，包括断路器控制保护系统、直流控制保护系统、电力电子开关、快速开关、供能设备、测量系统和水冷系统，所述断路器控制保护系统包括作为联系上层控制系统与VBC的枢纽的断路器监控设备、断路器控制保护设备和作为连接断路器控制保护设备和电力电子开关组件的枢纽的断路器阀接口设备，断路器监控设备分别连接断路器控制保护设备和断路器阀接口设备，断路器监控设备与直流控制保护系统相连接，断路器控制保护设备还分别连接快速开关、供能设备、测量系统和水冷系统，断路器阀接口设备还连接电力电子开关。
作为本发明的进一步技术方案：所述电力电子开关有多个。
作为本发明的进一步技术方案：混合式直流断路器包括主支路、转移支路和耗能支路。
作为本发明的进一步技术方案：所述主支路由快速机械开关和电力电子模块串联构成。
作为本发明的进一步技术方案：所述转移支路由多级电力电子模块串联构成。
作为本发明的进一步技术方案：所述耗能支路内部由避雷器组串联构成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明首先提出了控制系统的设计架构，研究了系统的控制功能以及保护配置，并在此基础上提出了混合式直流固态断路器的合闸逻辑和分闸逻辑。最后搭建了试验系统，对控制保护系统功能进行验证，结果表明控制保护系统的控制正确性以及保护可靠性。本方案能够应用于混合式直流固态断路器中，实现对直流线路的合闸、分闸和保护等基本功能。
附图说明
图1为混合式直流固态断路器的拓扑结构。
图2为断路器控制保护系统图。
图3是混合式直流固态断路器的分闸过程示意图。
图4是混合式直流固态断路器的分闸逻辑示意图。
图5是混合式直流固态断路器的合闸过程示意图。
图6是混合式直流固态断路器的合闸逻辑示意图。
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。
实施例1：请参阅图1-6，一种混合式直流断路器的合分闸控制系统，如图2所示。包括断路器控制保护系统、直流控制保护系统、电力电子开关、快速开关、供能设备、测量系统和水冷系统，其特征在于，所述断路器控制保护系统包括作为联系上层控制系统与VBC的枢纽的断路器监控设备、断路器控制保护设备和作为连接断路器控制保护设备和电力电子开关组件的枢纽的断路器阀接口设备，断路器监控设备分别连接断路器控制保护设备和断路器阀接口设备，断路器监控设备与直流控制保护系统相连接，断路器控制保护设备还分别连接快速开关、供能设备、测量系统和水冷系统，断路器阀接口设备还连接电力电子开关。断路器控制保护系统，这是混合式直流固态断路器的核心系统，实现对混合式直流固态断路器的触发控制、保护和监测等功能，同时也是与直流控制保护系统的接口设备。本文提出的控制系统保护系统主要包括断路器控制保护设备、断路器阀接口设备（以下简称，VBC）和断路器监视设备。断路器控制保护设备在功能上是联系上层控制系统与VBC的枢纽，同时控制快速开关，以及水冷系统、供能系统等设备。断路器阀接口设备是连接断路器控制保护设备和电力电子开关组件的枢纽，能够将断路器控制保护设备下发的控制指令分发至电力电子开关组件，同时将电力电子开关组件回检信息汇总后，再上传至断路器控制保护设备。
运行人员工作站通过LAN网与混合式直流固态断路器所有相关的二次系统如断路器控制保护设备、电力电子开关触发系统、快速开关控制器以及供能开关柜等系统联接在一起，在网络上进行各类信息的交互，实现人机对话以及所有运行人员监控功能。
如图3所示，直断路器分闸过程实现如下：1)分断主支路电力电子开关；2）主支路至转移支路换流完成，分断快速开关；3）快速开关分闸到位，分断转移支路电力电子开关；4）电流熄弧，分闸完成。
如图4所示，混合式直流固态断路器分断分为快分和慢分，保护发出的分断指令为快分指令，控制发出的分断指令为慢分指令，混合式直流固态断路器分闸流程。
如图5所示，断路器合闸过程实现如下：1）闭合转移支路电力电子开关后，判定是否存在过流故障，若有过流故障则自主分闸，若没有，进行下一步合闸操作；2）合机械开关和主支路电力电子开关；3）快速开关合闸到位且转移支路至主支路换流成功，合闸成功。
如图6所示，混合式直流固态断路器合闸流程。混合式直流固态断路器的重合闸动作控制时序和逻辑与合闸相同，只是在重合闸完成后，为防止避雷器过热增加了相应的自锁功能。当混合式直流固态断路器需要进行重合闸时，若重合闸成功，则在混合式直流固态断路器避雷器冷却时间内，混合式直流固态断路器保持合闸状态（混合式直流固态断路器具备自锁逻辑），同时上报直流控制保护系统，确保避雷器冷却之前混合式直流固态断路器不会再次动作；若重合闸失败，则混合式直流固态断路器在避雷器冷却时间内保持分闸状态（混合式直流固态断路器具备自锁逻辑），同时上报直流控制保护系统，确保避雷器冷却之前混合式直流固态断路器不会再次合闸。
实施例2，在实施例1的基础上，混合式直流固态断路器由3条并联支路构成，分为主支路、转移支路和耗能支路：1）主支路：由快速机械开关和少量电力电子模块串联构成，其作用是导通系统负荷电流。2）转移支路：由多级电力电子模块串联构成，其作用是分断直流短路故障电流。3）耗能支路：由避雷器组串联构成，其作用是抑制断路器暂态分断过电压和吸收系统储存能量，具体如图1所示。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种混合式直流断路器的合分闸控制系统，包括断路器控制保护系统、直流控制保护系统、电力电子开关、快速开关、供能设备、测量系统和水冷系统，其特征在于，所述断路器控制保护系统包括作为联系上层控制系统与VBC的枢纽的断路器监控设备、断路器控制保护设备和作为连接断路器控制保护设备和电力电子开关组件的枢纽的断路器阀接口设备，断路器监控设备分别连接断路器控制保护设备和断路器阀接口设备，断路器监控设备与直流控制保护系统相连接，断路器控制保护设备还分别连接快速开关、供能设备、测量系统和水冷系统，断路器阀接口设备还连接电力电子开关。
2.根据权利要求1所述的一种混合式直流断路器的合分闸控制系统，其特征在于，所述电力电子开关有多个。
3.根据权利要求1所述的一种混合式直流断路器的合分闸控制系统，其特征在于，混合式直流断路器包括主支路、转移支路和耗能支路。
4.根据权利要求3所述的一种混合式直流断路器的合分闸控制系统，其特征在于，所述主支路由快速机械开关和电力电子模块串联构成。
5.根据权利要求3所述的一种混合式直流断路器的合分闸控制系统，其特征在于，所述转移支路由多级电力电子模块串联构成。
6.根据权利要求3所述的一种混合式直流断路器的合分闸控制系统，其特征在于，所述耗能支路内部由避雷器组串联构成。
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