CN111564863A - 一种直流输电系统的第三站在线投退控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流输电系统的第三站在线投退控制系统及其方法，该系统包括第一换流站、第二换流站、第三换流站、两个第一高速开关、两个第二高速开关和两个第三高速开关；其中，所述第一高速开关的第一端与所述第一换流站的一极连接，所述第一高速开关的第二端分别与所述第二高速开关的第一端和所述第三高速开关的第一端连接；所述第二高速开关的第二端与所述第二换流站的一极连接；所述第三高速开关的第二端与所述第三换流站的一极连接。本发明可以实现三端常规直流输电系统第三站的快速投退，确保第三站投退过程中不影响其他两个站的正常运行，避免对输电系统造成大的扰动。

Description

一种直流输电系统的第三站在线投退控制系统及其方法

技术领域

本发明涉及高压直流输电技术领域，尤其涉及一种直流输电系统的第三站在线投退控制系统及其方法。

背景技术

常规的高压直流输电具有传输容量大、电压等级高、运行损耗小、输送距离远等优点，非常适合远距离大容量的输送电能。同时，常规直流输电技术成熟可靠，建设与运行经济成本低，在我国得到了快速发展。目前，高压直流输电工程以两端系统为主，包括一个送端换流站(整流站)与一个受端换流站(逆变站)，可以实现两个区域间的电能输送。随着经济社会的发展，同时结合我国的能源分布情况，实现多区域间的电能输送，提高区域间资源配置的灵活性，成为了高压直流系统未来发展的重要技术方向。

目前的研究主要集中在两端系统与混三端系统的阀组投退方案上，针对三端常规直流系统还没有成熟的第三站在线投退策略。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种直流输电系统的第三站在线投退控制系统及其方法，可以实现三端常规直流输电系统第三站的快速投退，确保第三站投退过程中不影响其他两个站的正常运行，避免对输电系统造成大的扰动。

为实现上述目的，本发明一实施例提供了一种直流输电系统的第三站在线投退控制系统，包括第一换流站、第二换流站、第三换流站、两个第一高速开关、两个第二高速开关和两个第三高速开关；其中，所述第一高速开关的第一端与所述第一换流站的一极连接，所述第一高速开关的第二端分别与所述第二高速开关的第一端和所述第三高速开关的第一端连接；所述第二高速开关的第二端与所述第二换流站的一极连接；所述第三高速开关的第二端与所述第三换流站的一极连接。

本发明另一实施例提供了一种如上述所述的直流输电系统的第三站在线投退控制系统的控制方法，包括如下步骤：

当接收到第三站在线投入命令时，判断所述第三站对应的高速开关及其两侧隔离刀闸是否处于分位状态；其中，每一个高速开关两侧带有隔离刀闸，所述第三站为第一换流站、第二换流站或第三换流站，所述高速开关对应为第一高速开关、第二高速开关或第三高速开关；

若是，则通过顺控合上所述高速开关两侧隔离刀闸；

观察在预设的第一时间内是否接收到两侧隔离刀闸的合位信号，若否，则控制所述高速开关两侧隔离刀闸分开，退回初始状态；

若是，将当前已运行的两站进行强制移相，当系统的直流电压降低到预设的电压阈值时，将所述高速开关进行合上；

当在预设的第二时间内接收到所述高速开关的合位信号时，停止强制移相，当前已运行的两站进行重启，所述第三站在预设的第三时间后进行解锁；

当在预设的第二时间内没有接收到所述高速开关的合位信号时，执行第三站退出逻辑。

当所述第三站解锁失败，执行第三站退出逻辑。

当第三站单极投入时，仅对三站对应的单极执行上述逻辑。

优选地，所述方法还包括：

当接收到第三站在线退出命令时，将当前在运的三站切换成单极电流模式；

将需要退出的换流站的功率降至预设的最小功率后，送端换流站开始进行移相；

当流经所述第三站对应的高速开关的电流满足分闸条件，控制所述高速开关分开；

当在预设的第四时间内接收到所述高速开关的分位信号，则控制所述高速开关两侧隔离刀闸分开，所述第三站闭锁，在运的送端换流站重启；

当所述送端换流站进行移相后，在预设的第四时间内没有接收到所述高速开关的分位信号，则将三站闭锁。

当第三站单极退出时，仅对三站对应的单极执行上述逻辑。

优选地，在一个送端两个受端的模式下，当投入的第三站为第三换流站，第一换流站作为整流站，第二换流站作为逆变站时，当在预设的第二时间内接收到所述高速开关的合位信号后，还包括：

所述第三换流站采用控电压模式延时预设的第三时间后解锁；

所述第二换流站接收所述第三站的脉冲使能信号，调整自身的电压裕度和电流裕度，以使所述第二换流站由控电压模式切换为控电流模式。

优选地，在一个送端两个受端的模式下，当所述第三站为第三换流站，第一换流站作为整流站，第二换流站作为逆变站时，在接收到第三站在线退出命令后，还包括：

调整所述第三换流站的电压裕度和电流裕度，将控电压模式切换为控电流模式；

调整所述第二换流站的电压裕度和电流裕度，将控电流模式切换为控电压模式。

与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种直流输电系统的第三站在线投退控制系统及其方法，可以实现三端常规直流输电系统第三站的快速投退，确保第三站投退过程中不影响其他两个站的正常运行，避免对输电系统造成大的扰动。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种直流输电系统的第三站在线投退控制系统的示意图；

图2是本发明一实施例提供的一种直流输电系统的第三站在线投退控制方法的第三站在线投入的流程示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种直流输电系统的第三站在线投退控制方法的第三站在线投入的简化流程示意图；

图4是本发明一实施例提供的一种直流输电系统的第三站在线投退控制方法的第三站在线退出的流程示意图；

图5是本发明一实施例提供的一种直流输电系统的第三站在线投退控制方法的第三站在线退出的简化流程示意图。

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。

参见图1，是本发明一实施例提供的一种直流输电系统的第三站在线投退控制系统的示意图，所述系统包括第一换流站、第二换流站、第三换流站、两个第一高速开关、两个第二高速开关和两个第三高速开关；其中，所述第一高速开关的第一端与所述第一换流站的一极连接，所述第一高速开关的第二端分别与所述第二高速开关的第一端和所述第三高速开关的第一端连接；所述第二高速开关的第二端与所述第二换流站的一极连接；所述第三高速开关的第二端与所述第三换流站的一极连接。

具体地，控制系统包括第一换流站、第二换流站、第三换流站、两个第一高速开关、两个第二高速开关和两个第三高速开关。为了方便表述，下文将第一换流站简称为A站，将第二换流站简称为B站，将第三换流站简称为C站示，将第一高速开关简称为HSS1，将第二高速开关简称为HSS2，将第三高速开关简称为HSS3。由图1可知，该控制系统主要是在现有的三端常规直流输电系统的基础上增加了六个高速开关，其中，第一高速开关HSS1的第一端与第一换流站的一极连接，第一高速开关HSS1的第二端分别与第二高速开关HSS2的第一端和第三高速开关HSS3的第一端连接；第二高速开关HSS2的第二端与第二换流站的一极连接；第三高速开关HSS3的第二端与第三换流站的一极连接，也就是说，极1和极2的两个HSS1分别用于控制A站极1和极2的投退；极1和极2的两个HSS2分别用于控制B站极1和极2的投退；极1和极2的两个HSS3分别用于控制C站极1和极2的投退。优选地，将HSS1和HSS3放在B站内。该系统可以在A站(二送一模式)或C站(一送二模式)退出时，将线路1和线路2同时切除隔离，避免线路带电悬空。

本发明该实施例提供的一种直流输电系统的第三站在线投退控制系统，可以实现三端常规直流输电系统第三站的快速投退，确保第三站投退过程中不影响其他两个站的正常运行，避免对输电系统造成大的扰动。

参见图2，是本发明一实施例提供的一种直流输电系统的第三站在线投退控制方法的第三站在线投入的流程示意图，所述方法包括步骤S1至S7：

S1、当接收到第三站在线投入命令时，判断所述第三站对应的高速开关及其两侧隔离刀闸是否处于分位状态；其中，每一个高速开关两侧带有隔离刀闸，所述第三站为第一换流站、第二换流站或第三换流站，所述高速开关对应为第一高速开关、第二高速开关或第三高速开关；

S2、若是，则通过顺控合上所述高速开关两侧隔离刀闸；

S3、观察在预设的第一时间内是否接收到两侧隔离刀闸的合位信号，若否，则控制所述高速开关两侧隔离刀闸分开，退回初始状态；

S4、若是，将当前已运行的两站进行强制移相，当系统的直流电压降低到预设的电压阈值时，将所述高速开关进行合上；

S5、当在预设的第二时间内接收到所述高速开关的合位信号时，当前已运行的两站进行重启，所述第三站在预设的第三时间后进行解锁；

S6、当在预设的第二时间内没有接收到所述高速开关的合位信号时，执行第三站退出逻辑；

S7、当所述第三站解锁失败，执行第三站退出逻辑。

特别的，当第三站单极投入时，仅对三站对应的单极执行上述逻辑。

为了更清楚地了解本发明该实施例的控制过程，参见图3，是本发明该实施例提供的一种直流输电系统的第三站在线投退控制方法的第三站在线投入的简化流程示意图。具体地，当接收到第三站在线投入命令时，判断第三站对应的高速开关及其两侧隔离刀闸是否处于分位状态，这是为了确保投入站的HSS开关及其两侧隔离刀闸处于分位状态，这是后续步骤的前提条件。其中，每一个高速开关两侧带有隔离刀闸，第三站为第一换流站、第二换流站或第三换流站，高速开关对应为第一高速开关、第二高速开关或第三高速开关，也就是说，第三站在线投入可以是二送一模式下的送端换流站在线投入和一送二模式下受端换流站在线投入，二送一模式指的是两个送端一个受端，一送二模式指的是一个送端两个受端。

若是，则通过顺控合上高速开关两侧隔离刀闸。一般地，走极顺控合HSS两侧隔离刀闸。

观察在预设的第一时间ΔT1内是否接收到两侧隔离刀闸的合位信号，若否，即在预设的第一时间ΔT1内没有接收到两侧隔离刀闸的合位信号，则顺控故障，第三站在线投入失败，极控发出分开HSS两侧隔离刀闸命令，控制高速开关两侧隔离刀闸分开，退回初始状态。

若是，即在预设的第一时间ΔT1内接收到两侧隔离刀闸的合位信号，将当前已运行的两站进行移相，当系统的直流电压降低到预设的电压阈值Ut时，将高速开关HSS进行合上。电压阈值Ut一般是根据设备耐压能力进行整定。在移相过程中，若收到HSS开关的合位信号或者移相时间达到预设时间，移相停止。

当在预设的第二时间ΔT2内接收到高速开关的合位信号时，停止强制移相，当前已运行的两站进行重启，第三站在预设的第三时间ΔT3后进行解锁，第三站延时一定时间进行解锁，是为了消除通信延迟及开关合闸时间等因素的影响，确保投入站后解锁。ΔT2一般从运行站移相开始计时。第三站在脉冲使能后如果电压电流正常，则解锁成功；脉冲使能后如果电流达不到设定的电流阈值，整流器故障监视功能闭锁(整流器不切系统)，则第三站解锁失败，执行第三站退出逻辑。

当在预设的第二时间ΔT2内没有接收到高速开关HSS的合位信号时，投入站脉冲不使能，执行第三站退出逻辑，分开高速开关HSS及其两侧隔离刀闸。

当第三站解锁失败，执行第三站退出逻辑。在执行第三站退出逻辑时，若在预设的时间内没有接收到第三站的高速开关HSS的分位信号，则表示第三站退出失败，则将三站闭锁。

当第三站单极投入时，仅对三站对应的单极执行上述逻辑。也就是说，当第三站单极投入时，将三个站的单极替换为上述中的单站来进行执行。

为了更清楚地了解本发明该实施例的流程，下面以二送一模式下的送端换流站在线投入工况为例进行说明。

二送一模式下，C站作为逆变站控制电压，A站和B站都作为整流站且都控电流，A、B站的在线投入逻辑完全一致。假定工况为B站和C站运行，A站双极在线投入。首先要将A站顺控运行到闭锁状态，同时确保HSS1开关及其两侧的隔刀处于分状态。当运行人员下达A站的双极在线投入命令后，先将两极HSS1开关两侧的隔刀合上，随后B站双极移相，C站双极配合移相，等到直流电压降低到某一定值Ut后，合上HSS1开关，待收到HSS1开关的合位信号后，B站和C站重启，A站延时ΔT3时长后解锁。

作为上述方案的改进，在一个送端两个受端的模式下，当投入的第三站为第三换流站，第一换流站作为整流站，第二换流站作为逆变站时。当在预设的第二时间内接收到所述高速开关的合位信号后，还包括：

所述第三换流站采用控电压模式延时预设的第三时间后解锁；

所述第二换流站接收所述第三站的脉冲使能信号，调整自身的电压裕度和电流裕度，以使所述第二换流站由控电压模式切换为控电流模式。

具体地，在一个送端两个受端的模式下，即一送二模式下，当第三站为第三换流站，第一换流站作为整流站，第二换流站作为逆变站时，即该实施例就是对A站和B站在线运行、C站在线投入这种工况进行补充说明。当在预设的第二时间内接收到C站的高速开关的合位信号后，还包括：

C站采用控电压模式延时ΔT3时长后解锁；

换流站B站接收C站的脉冲使能信号，调整B站的电压裕度和电流裕度，以使B站由控电压模式切换为控电流模式。

更详细地，假定工况为A站和B站在线运行，A为整流站控电流，B为逆变站控电压，C站双极在线投入，C站在脉冲使能前投入过程，与B站的投入过程一致。在HSS3开关合位后，A站与B站移相重启，C站以控电压模式延时ΔT3时长解锁，当B站收到C站的脉冲使能信号后，将调整电压电流裕度，从控电压模式切换为控电流模式，最终形成三站在线投运的状态，A站作为整流站控电流，B站、C站作为逆变站，其中，B站控电流，C站控电压。

所以在一送二模式下，B站和C站的投入过程基本一致，区别在于C站投入时，B站会从控电压切换成控电流。

参见图4，是本发明另一实施例提供的一种直流输电系统的第三站在线投退控制方法的第三站在线退出的流程示意图，所述方法还包括步骤T1至T5：

T1、当接收到第三站在线退出命令时，将当前投入的三站切换成单极电流模式；

T2、将需要退出的换流站的功率降至预设的最小功率后，送端换流站开始进行移相；

T3、当流经所述第三站对应的高速开关的电流满足分闸条件，控制所述高速开关分开；

T4、当在预设的第四时间内接收到所述高速开关的分位信号，则控制所述高速开关两侧隔离刀闸分开，所述第三站闭锁，在运的送端换流站重启；

T5、当所述送端换流站进行移相后，在预设的第四时间内没有接收到所述高速开关的分位信号，则将三站闭锁。

特别的，当第三站单极退出时，仅对三站对应的单极执行上述逻辑。

为了更清楚地了解本发明该实施例的控制过程，参见图5，是本发明该实施例提供的一种直流输电系统的第三站在线投退控制方法的第三站在线退出的简化流程示意图。具体地，当接收到第三站在线退出命令时，将当前投入的三站切换成单极电流模式。

将需要退出的换流站的功率降至预设的最小功率后，送端换流站开始进行移相，以降低流经HSS开关的电流。在移相过程中，若收到HSS开关的合位信号，移相停止。

当流经第三站对应的高速开关的电流满足分闸条件，第三站下达分开HSS开关的命令，控制该站的高速开关分开。

当在预设的第四时间ΔT4内接收到高速开关HSS的分位信号，第三站的极控给站控发出分开HSS两侧隔离刀闸的命令，控制高速开关HSS两侧隔离刀闸分开，第三站闭锁，在运的送端换流站进行重启。ΔT4一般从运行站移相开始计时。如果高速开关HSS两侧隔离刀闸分开失败，可以进行人工操作，不会影响在运的两站。

当送端换流站进行移相后，在预设的第四时间ΔT4内没有接收到高速开关HSS的分位信号，则将三站闭锁，即将三站的对应极进行闭锁。

当第三站单极退出时，仅对三站对应的单极执行上述逻辑。也就是说，当第三站单极退出时，将三个站的单极替换为上述中的单站来进行执行。

为了更清楚地了解本发明该实施例的流程，下面以二送一模式下的送端换流站在线退出工况为例进行说明。

二送一模式下，A站和B站都为整流站且都控电流，两站的在线退出逻辑完全一致。以A站为例进行说明，首先，若A站处于双极功率控制模式，则需要切换成单极电流模式，并将A站的功率降至最小功率。当A站的功率降至最小功率后，送端站A站和B站进行移相，等A站HSS1开关的电流满足分闸条件后，即A站的电流小于预设的定值后，自动将HSS1开关及两侧隔离刀闸分开，第三站闭锁，在运的送端B站重启，第三站在线退出成功。如退出过程中，HSS1开关分位信号在ΔT4时间内未收到，则三站闭锁。

作为上述方案的改进，在一个送端两个受端的模式下，当所述第三站为第三换流站，第一换流站作为整流站，第二换流站作为逆变站时，在接收到第三站在线退出命令后，还包括：

调整所述第三换流站的电压裕度和电流裕度，将控电压模式切换为控电流模式；

调整所述第二换流站的电压裕度和电流裕度，将控电流模式切换为控电压模式。

具体地，在一个送端两个受端的模式下，当第三站为第三换流站，第一换流站作为整流站，第二换流站作为逆变站时，即该实施例就是对A站和B站在线运行、C站在线退出这种工况进行补充说明。在接收到C站在线退出命令后，还包括：

调整第三换流站C站的电压裕度和电流裕度，将控电压模式切换为控电流模式；调整第二换流站B站的电压裕度和电流裕度，将控电流模式切换为控电压模式。

更详细地，假定工况为A站、B站和C站在线运行，A为整流站控电流，B为逆变站控电流，C站为逆变站控电压，B站双极在线退出。首先，若B站处于双极功率控制模式，则需要切换成单极电流模式，并将B站的功率降至最小功率。送端站A站移相，等HSS2开关的电流满足分闸条件后，自动将HSS2开关及两侧隔刀分开，B站闭锁，在运的送端A站重启，B站在线退出成功。假定工况为A站、B站和C站在线运行，A为整流站控电流，B为逆变站控电流，C站为逆变站控电压，C站双极在线退出。在下达C站在线退出命令后，调整C站的电压电流裕度，将控制方式由控电压切换成控电流，同时调整B站的电压电流裕度，将控制方式由控电流切换成控电压。若C站处于双极功率控制模式，则需要切换成单极电流模式，并将C站的功率降至最小功率。送端站A站移相，等HSS3开关的电流满足分闸条件后，自动将HSS3开关及两侧隔刀分开，C站闭锁，在运的送端A站重启，C站在线退出成功。

所以在一送二模式下，B站和C站都为逆变站，B站和C站退出过程存在差异。

综上，本发明实施例所提供的一种直流输电系统的第三站在线投退控制系统及其方法，可以实现三端常规直流输电系统第三站的快速投退，确保第三站投退过程中不影响其他两个站的正常运行，避免对输电系统造成大的扰动；在第三站投退过程中，合开关前与分开关前先强制移相，可以减小第三站投退过程对设备的冲击；在第三站投入时，在运受端先强制移相，一旦收到HSS开关分位信号立即停止移相，这样可以加快第三站投入过程；在第三站退出时，在运受端先强制移相，一旦收到HSS开关合位信号立即停止移相，这样可以加快第三站退出过程，减少对直流输电系统的冲击；在第三站投退过程中，确保只存在一个控电压站，防止产生整流器故障闭锁；在第三站在线退出时，可同时将与其配合的线路退出，而不影响在运站的运行；在第三站在线投入时，采用了原在运的两站先重启，投入站延时解锁的方式，可避免产生第三站投入后，三站配合时序不明确的问题。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种直流输电系统的第三站在线投退控制系统，其特征在于，包括第一换流站、第二换流站、第三换流站、两个第一高速开关、两个第二高速开关和两个第三高速开关；其中，所述第一高速开关的第一端与所述第一换流站的一极连接，所述第一高速开关的第二端分别与所述第二高速开关的第一端和所述第三高速开关的第一端连接；所述第二高速开关的第二端与所述第二换流站的一极连接；所述第三高速开关的第二端与所述第三换流站的一极连接。

2.一种如权利要求1所述的直流输电系统的第三站在线投退控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

当接收到第三站在线投入命令时，判断所述第三站对应的高速开关及其两侧隔离刀闸是否处于分位状态；其中，每一个高速开关两侧带有隔离刀闸，所述第三站为第一换流站、第二换流站或第三换流站，所述高速开关对应为第一高速开关、第二高速开关或第三高速开关；

若是，则通过顺控合上所述高速开关两侧隔离刀闸；

观察在预设的第一时间内是否接收到两侧隔离刀闸的合位信号，若否，则控制所述高速开关两侧隔离刀闸分开，退回初始状态；

若是，将当前已运行的两站进行强制移相，当系统的直流电压降低到预设的电压阈值时，将所述高速开关进行合上；

当在预设的第二时间内接收到所述高速开关的合位信号时，停止强制移相，当前已运行的两站进行重启，所述第三站在预设的第三时间后进行解锁；

当在预设的第二时间内没有接收到所述高速开关的合位信号时，执行第三站退出逻辑。

当所述第三站解锁失败，执行第三站退出逻辑。

当第三站单极投入时，仅对三站对应的单极执行上述逻辑。

3.如权利要求2所述的直流输电系统的第三站在线投退控制系统的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

当接收到第三站在线退出命令时，将当前在运的三站切换成单极电流模式；将需要退出的换流站的功率降至预设的最小功率后，送端换流站开始进行移相；

当流经所述第三站对应的高速开关的电流满足分闸条件，控制所述高速开关分开；

当在预设的第四时间内接收到所述高速开关的分位信号，则控制所述高速开关两侧隔离刀闸分开，所述第三站闭锁，在运的送端换流站重启；

当所述送端换流站进行移相后，在预设的第四时间内没有接收到所述高速开关的分位信号，则将三站闭锁。

当第三站单极退出时，仅对三站对应的单极执行上述逻辑。

4.如权利要求2所述的直流输电系统的第三站在线投退控制系统的控制方法，其特征在于，在一个送端两个受端的模式下，当投入的第三站为第三换流站，第一换流站作为整流站，第二换流站作为逆变站时，当在预设的第二时间内接收到所述高速开关的合位信号后，还包括：

所述第三换流站采用控电压模式延时预设的第三时间后解锁；

所述第二换流站接收所述第三站的脉冲使能信号，调整自身的电压裕度和电流裕度，以使所述第二换流站由控电压模式切换为控电流模式。

5.如权利要求3所述的直流输电系统的第三站在线投退控制系统的控制方法，其特征在于，在一个送端两个受端的模式下，当所述第三站为第三换流站，第一换流站作为整流站，第二换流站作为逆变站时，在接收到第三站在线退出命令后，还包括：

调整所述第三换流站的电压裕度和电流裕度，将控电压模式切换为控电流模式；

调整所述第二换流站的电压裕度和电流裕度，将控电流模式切换为控电压模式。

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