CN111313559B - 柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制方法及系统，该系统包括：两个直流站控装置、两个直流断路器控保装置、两个直流断路器控保装置、两套保护装置，两套保护装置均包括:极保护装置、线路保护装置、母线保护装置及换流保护装置，且均为三取二装置；第一直流站控装置与第二直流站控装置互为热备用；两个直流断路器控保装置互为热备用；两个直流站控装置分别与两个直流断路器控保装置连接；两个直流断路器控保装置分别与两套保护装置连接。本发明将两套直流断路器控保装置通过光纤交叉接入两套直流站控装置，两套保护装置通过光纤交叉接入两套直流站控装置，同时提供接口协议内容完备的通信协议，提高了供电可靠性。

Description

柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电力电子和电力系统领域，具体涉及一种柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制方法及系统。

背景技术

柔性直流输电网络是主要由柔性直流换流站及直流断路器构成的输电网络，不同于端对端柔性直流输电系统，柔性直流输电网一般采用多端(三端及以上)的方式连接，功率在多个换流站间流动，每个换流站至少有两个直流输电接口，换流站间的联络线可以是直流电缆或者架空线，直流输电线路采用直流断路器实现故障切除和恢复。

目前，随着我国经济的高速发展，城市电网负荷一直呈现出不断增长的趋势，人们对于电能的供应及质量要求不断提高。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中供电可靠性差的缺陷，从而提供一种柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制方法及系统。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制系统，包括：第一直流站控装置、第二直流站控装置、第一直流断路器控保装置、第二直流断路器控保装置、第一套保护装置及第二套保护装置，其中，第一套保护装置及第二套保护装置均包括：极保护装置、线路保护装置、母线保护装置及换流保护装置，且均为三取二装置；第一直流站控装置与第二直流站控装置互为热备用；第一直流断路器控保装置与第二直流断路器控保装置互为热备用；第一直流站控装置、第二直流站控装置分别与第一直流断路器控保装置和第二直流断路器控保装置连接；第一直流断路器控保装置、第二直流断路器控保装置分别与第一套保护装置和第二套保护装置连接；任一直流站控装置与任一直流断路器控保装置接口通信协议结构按照通信方向，分为上行信号协议和下行信号协议。

在一实施例中，所述上行信号协议包括：设备标识，值班状态，分闸状态，合闸状态，允许慢速分闸，允许快速分闸，允许合闸，断路器失灵，本体保护跳闸，请求分直流断路器，直流站控装置至直流断路器控保装置通讯故障；所述下行信号协议包括：设备标识，值班状态，慢速分闸指令，快速分闸指令，合闸指令，重合闸指令，直流断路器控保装置至直流站控装置通讯故障。

在一实施例中，还包括：第一直流控制保护装置和第二直流控制保护装置，其中，任一直流控制保护装置与任一直流断路器控保装置连接。

第二方面，本发明实施例提供一种柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制方法，应用本发明实施例第一方面提供的柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制系统，包括：当第一直流站控装置与第二直流站控装置双主运行时，第一直流断路器控保装置和第二直流断路器控保装置执行后为主直流站控装置的指令；当第一直流站控装置与第二直流站控装置双备运行时，第一直流断路器控保装置和第二直流断路器控保装置维持原状态。

在一实施例中，当主直流断路器控保装置故障时，切换至备用直流断路器控保装置；当备用直流断路器控保装置发生严重或紧急故障时，退出备用状态；当备用直流断路器控保装置的故障类型转变为轻微故障或者无故障后，延时预设时间后自动恢复至备用状态。

在一实施例中，当出现一次设备故障后，第一直流断路器控保装置和第二直流断路器控保装置控制直流断路器自分断，并将自分断状态发送至第一直流控制保护装置和第二直流控制保护装置。

在一实施例中，当主直流断路器控保装置与至少一个直流站控装置通讯故障时，主直流断路器控保装置切换至备用状态；当备用直流断路器控保装置与任一直流站控装置通讯故障时，主直流断路器控保装置置轻微故障；当备用直流断路器控保装置与第一直流站控装置和第二直流站控装置均通讯故障时，退出直流断路器控保装置。

在一实施例中，当任一直流断路器控保装置与任一套保护装置通讯故障时，直流断路器控保装置置轻微故障；当任一直流断路器控保装置与两套保护装置均通讯故障时，直流断路器控保装置置严重故障。

在一实施例中，当任一直流断路器控保装置与任一直流控制保护装置通讯故障时，直流断路器控保装置置轻微故障；当任一直流断路器控保装置与第一直流控制保护装置和第二直流控制保护装置均通讯故障时，直流断路器控保装置置严重故障。

在一实施例中，当接收到操作人员手动转入检修模式的开关或按钮信号时，判断检修模式的条件是否满足；当满足时断路器转入检修模式，第一直流断路器控保装置和第二直流断路器控保装置将检修信号及报文发送至第一直流站控装置和第二直流站控装置；当不满足时断路器无法转入检修模式，第一直流断路器控保装置和第二直流断路器控保装置将检修失败信号及报警报文发送至第一直流站控装置和第二直流站控装置。

在一实施例中，当主备直流断路器控保装置和主备直流站控装置均产生通讯故障时，直流断路器自动转入检修模式。

在一实施例中，当接收到操作人员手动复归信号时，直流断路器转入正常工作模式。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制方法及系统，直流断路器通过与直流站控装置、极保护装置、线路保护装置、母线保护装置及换流保护装置接口通信连接，利用直流站控装置与直流断路器控保装置的通信协议，借助接口连接和通信所实现的站控及直流断路器的关联逻辑部分，在任何一套直流断路器控保装置崩溃或者任何一套站控装置崩溃或者任何一套保护装置崩溃(或者光纤断线等意外)，都会有一套完整的站控装置+直流断路器控保装置+保护装置正常，保证换流站无间断运行；提高了区域联网供电可靠性，缓解了负荷密集地区电网运行压力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。

图1为本发明实施例中直流断路器接口物理连接一个具体示例的原理图；

图2为本发明实施例中直流断路器接口物理连接另一个具体示例的原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明实施例提供一种柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制系统，如图1所示，包括：第一直流站控装置11、第二直流站控装置12、第一直流断路器控保装置21、第二直流断路器控保装置22、第一套保护装置31及第二套保护装置32，其中，第一套保护装置31及第二套保护装置32均包括：极保护装置、线路保护装置、母线保护装置及换流保护装置，且均为三取二装置；第一直流站控装置11与第二直流站控装置12互为热备用；第一直流断路器控保装置21与第二直流断路器控保装置22互为热备用；第一直流站控装置11、第二直流站控装置12均分别与第一直流断路器控保装置21和第二直流断路器控保装置22连接；第一直流断路器控保装置21、第二直流断路器控保装置22分别与第一套保护装置31和第二套保护装置32连接；任一直流站控装置与任一直流断路器控保装置接口通信协议结构按照通信方向，分为上行信号协议和下行信号协议。

本发明实施例中，进一步地，直流断路器接口物理连接形式如图2所示，其中，311为第一极保护装置、312为第一线路保护装置、313为第一母线保护装置、314为第一换流保护装置、321为第二极保护装置、322为第二线路保护装置、323为第二母线保护装置、324为第二换流保护装置。

连接的物理介质采用光纤，其中连接光纤均指一对接收和发射光纤。每台直流断路器配置两套控保装置，这两套装置互为热备用，正常工作过程中以其中一套为主系统，另一套为从系统，这两套控保装置通过光纤交叉接入两套直流站控装置，两套保护装置通过光纤交叉接入两套直流断路器控保装置，这样连接的优势是运行过程中任何一套直流断路器控保装置崩溃或者任何一套站控装置崩溃或者任何一套保护装置崩溃(或者光纤断线等意外)，都会有一套完整的站控装置+直流断路器控保装置+保护装置正常，保证换流站无间断运行。

上行信号为直流断路器控保装置到直流站控装置的通信协议，下行信号为直流站控装置到直流断路器控保装置的通信协议。其中，上行信号协议包括：设备标识，值班状态，分闸状态，合闸状态，允许慢速分闸，允许快速分闸，允许合闸，断路器失灵，本体保护跳闸，请求分直流断路器，直流站控装置至直流断路器控保装置通讯故障。下行信号协议包括：设备标识，值班状态，慢速分闸指令，快速分闸指令，合闸指令，重合闸指令，直流断路器控保装置至直流站控装置通讯故障。上行信号中设备标识DBC为直流断路器控保装置；DCC为直流站控装置。上行信号的协议如下表所示：

下行信号中设备标识DBC为直流断路器控保装置；DCC为直流站控装置；P2F为极保护装置；L2F为线路保护装置；B2F为母线保护装置；T2F为换流变保护装置。下行信号的协议如下表所示：

其中，协议的“字段”指通信的内容；“长度”指对应的内容的bit位长度，如“设备标识”长度是16的含义是16bit；“定义”指协议约定的有效数据的值，表达方式为16进制；备注指明数据的组合形式，相邻间的“低8位”+“高8位”组成一个16位字。

在一具体实施例中，还包括：第一直流控制保护装置和第二直流控制保护装置，其中，任一直流控制保护装置与任一直流断路器控保装置连接。

本发明实施例中，第一直流控制保护装置和第二直流控制保护装置均为三取二装置，提高保护控制可靠性。任一直流控制保护装置与任一直流断路器控保装置通过光纤交叉连接。保证在运行过程中，始终有一套完整的直流控制保护装置+直流断路器控保装置正常。

本发明提供的柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制系统，两套控保装置通过光纤交叉接入两套直流站控装置，两套保护装置通过光纤交叉接入两套直流站控装置，这样的连接保证了在运行过程中任何一套直流断路器控保装置崩溃或者任何一套站控装置崩溃或者任何一套保护装置崩溃(或者光纤断线等意外)，都会有一套完整的站控装置+直流断路器控保装置+保护装置正常正常，保证换流站无间断运行。同时还提供了接口协议内容完备的通信协议，保证了区域联网供电可靠性。

实施例2

本发明实施例提供一种柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制方法，包括：当第一直流站控装置与第二直流站控装置双主运行时，第一直流断路器控保装置和第二直流断路器控保装置执行后为主直流站控装置的指令；当第一直流站控装置与第二直流站控装置双备运行时，第一直流断路器控保装置和第二直流断路器控保装置维持原状态。

本发明实施例中，当第一直流站控装置与第二直流站控装置双备运行时，直流断路器维持原状，不再执行站控装置下发的指令，但是仍执行直流控制保护装置下发的指令。直流控制保护装置与直流断路器控保装置在收到无效信号时，均不进行处理。

在一具体实施例中，当主直流断路器控保装置故障时，切换至备用直流断路器控保装置；当备用直流断路器控保装置发生严重或紧急故障时，退出备用状态；当备用直流断路器控保装置的故障类型转变为轻微故障或者无故障后，延时预设时间后自动恢复至备用状态。

本发明实施例中，直流断路器控保装置本身出现故障不可用时，即DBC_OK(DBC_OK：直流断路器自检正常)为0。当备用直流断路器控保装置的故障类型由严重或紧急故障转变为轻微故障或者无故障后，延时1分钟后自动恢复至备用状态。延时时间为1分钟仅为举例，不以此为限，在其他实施例中，延迟时间可在合理范围内进行设置。

在一具体实施例中，当出现一次设备故障后，第一直流断路器控保装置和第二直流断路器控保装置控制直流断路器自分断，并将自分断状态发送至第一直流控制保护装置和第二直流控制保护装置。

本发明实施例中，直流断路器出现一次设备故障，会造成“禁分禁合”(禁止分闸、合闸)、“直流断路器自分断”(直流断路器在没有收到站控指令的情况下自行分闸)的结果时，直流断路器控保装置不需要切换系统，直接执行故障处理逻辑，并将状态信息上送至直流控制保护装置。直流断路器进行自分断时，发送直流断路器自分断”信息至直流控制保护装置，如果自分断失败，则发送“直流断路器失灵状态”至直流控制保护装置。

在一具体实施例中，当主直流断路器控保装置与至少一个直流站控装置通讯故障时，主直流断路器控保装置切换至备用状态；当备用直流断路器控保装置与任一直流站控装置通讯故障时，主直流断路器控保装置置轻微故障；当备用直流断路器控保装置与第一直流站控装置和第二直流站控装置均通讯故障时，退出直流断路器控保装置。

本发明实施例中，通讯故障包括上行或下行光纤通讯故障，或上行及下行同时故障。当主直流断路器控保装置与主直流站控装置通讯故障时，主直流断路器控保装置置严重故障，立即尝试切换系统。当主直流断路器控保装置与备用直流站控装置通讯故障时，直流断路器控保装置置轻微故障，立即尝试切换系统。当备用的直流断路器控保装置与主用或备用的直流站控装置通讯故障时，直流断路器控保装置置轻微故障。当备用的直流断路器控保装置与双套直流站控装置均通讯故障时，直流断路器控保装置置严重故障，立即退至服务状态。当单套直流站控装置检测到与任一直流断路器的双套直流断路器控保装置均通讯故障或双套直流断路器控保装置的DBC_OK均为0时，直流站控装置置严重故障，立即尝试切换系统。当单套直流站控装置检测到与任一直流断路器的单套直流断路器控保装置通讯故障或单套直流断路器控保装置的DBC_OK为0时，直流站控装置不置故障。

在一具体实施例中，当任一直流断路器控保装置与任一套保护装置通讯故障时，直流断路器控保装置置轻微故障；当任一直流断路器控保装置与两套保护装置均通讯故障时，直流断路器控保装置置严重故障。

本发明实施例中，当任一直流断路器的单套直流断路器控保装置与单套保护装置光纤通讯故障时，直流断路器控保装置置轻微故障；若与两套保护装置光纤通讯故障时，直流断路器控保装置置严重故障。每套保护装置均包括：极保护装置、线路保护装置、母线保护装置及换流保护装置，且均为三取二装置，可提高保护判断的准确性。

在一具体实施例中，当任一直流断路器控保装置与任一直流控制保护装置通讯故障时，直流断路器控保装置置轻微故障；当任一直流断路器控保装置与第一直流控制保护装置和第二直流控制保护装置均通讯故障时，直流断路器控保装置置严重故障。

本发明实施例中，直流控制保护装置设置为三取二保护装置，可提高保护判断的准确性。当直流断路器控保装置与直流控制保护装置通讯故障时，直流控制保护装置告警。

在一具体实施例中，当接收到操作人员手动转入检修模式的开关或按钮信号时，判断检修模式的条件是否满足；当满足时断路器转入检修模式，第一直流断路器控保装置和第二直流断路器控保装置将检修信号及报文发送至第一直流站控装置和第二直流站控装置；当不满足时断路器无法转入检修模式，第一直流断路器控保装置和第二直流断路器控保装置将检修失败信号及报警报文发送至第一直流站控装置和第二直流直流站控装置。

本发明实施例中，直流断路器控制柜设置手动转入检修模式的开关或按钮，设置“检修状态”、“转检修失败”指示灯。如果直流断路器控保装置判断检修状态的条件满足，同时运行人员手动操作转检修的开关或按钮，则断路器转入检修模式，“检修状态”指示灯亮，直流断路器控保装置向直流站控装置发送直流断路器检修状态信号及报文。如果直流断路器控保装置判断检修状态条件不满足，此时运行人员手动操作转检修的开关或按钮，则断路器应无法转入检修模式，“转检修失败”指示灯亮，直流断路器控保装置向直流站控装置发送直流断路器转检修失败信号及报警报文。

在一具体实施例中，当主备直流断路器控保装置和主备直流站控装置均产生通讯故障时，直流断路器自动转入检修模式。

本发明实施例中，如果直流断路器控保装置与直流站控装置通讯中断，则直流控制保护装置具备将直流断路器设置为“检修状态”的功能，同时直流断路器自动转入检修模式。直流断路器处于“检修状态”时，发送“直流断路器检修状态”至直流站控装置，上送至直流控制保护装置的信息，除了“逻辑设备号”、“直流断路器检修状态”、“心跳信号”外的其他信号全部置0(0x55)，且不响应直流控制保护装置下发的任何分合闸控制指令。此时与直流控制保护装置的通讯中断时，直流断路器控保装置不置故障等级。

在一具体实施例中，当接收到操作人员手动复归信号时，直流断路器转入正常工作模式。本发明实施例中，直流站控装置收到“直流断路器检修状态”后，“直流断路器检修状态”自保持为有效直到运行人员手动复归，并将“直流断路器检修状态”信息送给其他保护系统。直流控制保护装置接收直流断路器控保装置系统上送的信息，除了“逻辑设备号”、直流断路器检修状态”、“心跳信号”外的其他信号全部置0(0x55)。此时与直流控制保护装置的通讯中断时，直流断路器控保装置不置故障等级。

本发明提供的柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制方法，直流断路器通过与直流站控装置、极保护装置、线路保护装置、母线保护装置及换流保护装置接口通信连接，利用直流站控装置与直流断路器控保装置的通信协议，借助接口连接和通信所实现的站控及直流断路器的关联逻辑部分，在任何一套直流断路器控保装置崩溃或者任何一套站控装置崩溃或者任何一套保护装置崩溃(或者光纤断线等意外)，都会有一套完整的站控装置+直流断路器控保装置+保护装置正常，保证换流站无间断运行；提高了区域联网供电可靠性，缓解了负荷密集地区电网运行压力。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制方法，其特征在于，应用于柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制系统，所述柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制系统，包括：第一直流站控装置、第二直流站控装置、第一直流断路器控保装置、第二直流断路器控保装置、第一套保护装置及第二套保护装置，其中，第一套保护装置及第二套保护装置均包括：极保护装置、线路保护装置、母线保护装置及换流保护装置，且均为三取二装置；第一直流站控装置与第二直流站控装置互为热备用；第一直流断路器控保装置与第二直流断路器控保装置互为热备用；第一直流站控装置、第二直流站控装置分别与第一直流断路器控保装置和第二直流断路器控保装置连接；第一直流断路器控保装置、第二直流断路器控保装置分别与第一套保护装置和第二套保护装置连接；任一直流站控装置与任一直流断路器控保装置的接口通信协议结构按照通信方向，分为上行信号协议和下行信号协议；

所述上行信号协议包括：设备标识，值班状态，分闸状态，合闸状态，允许慢速分闸，允许快速分闸，允许合闸，断路器失灵，本体保护跳闸，请求分直流断路器，直流站控装置至直流断路器控保装置通讯故障；所述下行信号协议包括：设备标识，值班状态，慢速分闸指令，快速分闸指令，合闸指令，重合闸指令，直流断路器控保装置至直流站控装置通讯故障；

所述柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制系统还包括：第一直流控制保护装置和第二直流控制保护装置，其中，任一直流控制保护装置与任一直流断路器控保装置连接；

所述柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制方法包括：当第一直流站控装置与第二直流站控装置双主运行时，第一直流断路器控保装置和第二直流断路器控保装置执行后为主直流站控装置的指令；当第一直流站控装置与第二直流站控装置双备运行时，第一直流断路器控保装置和第二直流断路器控保装置维持原状态；

当主直流断路器控保装置故障时，切换至备用直流断路器控保装置；当备用直流断路器控保装置发生严重或紧急故障时，退出备用状态；当备用直流断路器控保装置的故障类型转变为轻微故障或者无故障后，延时预设时间后自动恢复至备用状态；

当出现一次设备故障后，第一直流断路器控保装置和第二直流断路器控保装置控制直流断路器自分断，并将自分断状态发送至第一直流控制保护装置和第二直流控制保护装置。

2.根据权利要求1所述的柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制方法，其特征在于，当主直流断路器控保装置与至少一个直流站控装置通讯故障时，主直流断路器控保装置切换至备用状态；当备用直流断路器控保装置与任一直流站控装置通讯故障时，主直流断路器控保装置置轻微故障；当备用直流断路器控保装置与第一直流站控装置和第二直流站控装置均通讯故障时，退出直流断路器控保装置。

3.根据权利要求2所述的柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制方法，其特征在于，当任一直流断路器控保装置与任一套保护装置通讯故障时，直流断路器控保装置置轻微故障；当任一直流断路器控保装置与两套保护装置均通讯故障时，直流断路器控保装置置严重故障。

4.根据权利要求3所述的柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制方法，其特征在于，当任一直流断路器控保装置与任一直流控制保护装置通讯故障时，直流断路器控保装置置轻微故障；当任一直流断路器控保装置与第一直流控制保护装置和第二直流控制保护装置均通讯故障时，直流断路器控保装置置严重故障。

5.根据权利要求4所述的柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制方法，其特征在于，当接收到操作人员手动转入检修模式的开关或按钮信号时，判断检修模式的条件是否满足；当满足时断路器转入检修模式，第一直流断路器控保装置和第二直流断路器控保装置将检修信号及报文发送至第一直流站控装置和第二直流站控装置；当不满足时断路器无法转入检修模式，第一直流断路器控保装置和第二直流断路器控保装置将检修失败信号及报警报文发送至第一直流站控装置和第二直流站控装置。

6.根据权利要求5所述的柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制方法，其特征在于，当主备直流断路器控保装置和主备直流站控装置均产生通讯故障时，直流断路器自动转入检修模式。

7.根据权利要求6所述的柔直电网控制保护与直流断路器接口通信控制方法，其特征在于，当接收到操作人员手动复归信号时，直流断路器转入正常工作模式。

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