CN114123284A - 一种海上风电柔性直流输电紧凑化控制保护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海上风电柔性直流输电紧凑化控制保护系统，将非参控信号单重化，而需要参控的核心信号接入采用双重化方式接入的极控制保护主机、站控主机、站用电主机，保证高可靠性。通过该划分，不仅保证柔性直流输电“大脑”控制保护系统的可靠性，同时大大减少了设备数量，为海上平台紧凑化提供有力保障。

Description

一种海上风电柔性直流输电紧凑化控制保护系统
技术领域
本发明属于电力系统柔性直流输电技术领域，特别涉及了一种海上风电柔性直流输电控制保护系统。
背景技术
当前，各国相继制定了碳达峰/碳中和的技术路线图，力图解决全球变暖和化石能源枯竭问题。风力发电作为一种重要的新能源，相对于海上风电相对于陆上风电，具有不占用土地资源、风资源更稳定、利用小时更高等优势。在海上风电资源中，远海风电资源更为广阔稳定。目前各国近海风电场还未开发资源有限，为获取更多的海上风能资源，海上风电场逐渐向深远海方向发展。交流传输因为容性无功电流、损耗、无功补偿和占用水域面积较宽等综合因素，使得柔性直流输电方式成为优选项。
柔性直流输电自产电压源特性特别适用于海上风电新能源传输。柔性直流输电控制保护系统是柔性直流输电的“大脑”。柔性直流输电换流站配置在海上平台上，整个海上平台一般包括主要设备空间和运行人员空间。现有的海上柔性直流输电控制保护系统通常采用陆上站柔性直流输电控制保护系统来进行配置。陆上站柔性直流输电控制保护系统通常按照运维最小分区来进行划分。例如，专利文献CN110021954A公布了一种柔性直流输电控制保护系统描述了控制保护包含的控制模块，主要偏向功能描述，对紧凑化未涉及。专利文献CN105823945A公布了海上风电柔性直流换流站紧凑化控制保护配置方法和系统，该方案将交流站控功能和站用电控制功能集成在交流站控系统中，将直流极保护区和联结变保护区集成在极控系统中，将联结变保护设备集成在直流极保护系统中。该方案将交流站控和站用电控制集成后将减少运维灵活性，同时未针对柔直大量非参控信号单重化处理机制，紧凑化程度不高。专利文献CN110021950A公布了一种柔直配网紧凑化控制保护主机，基于实时通信体系架构、采用开放式、模块化、紧凑化设计原则，实现了保护和控制装置结构和功能的紧凑化设计，但对柔性直流输电控制保护系统未涉及。
海上平台空间狭小局促，无人值守，因此以往陆上换流站按照运维最小分区进行控制保护系统布置不太适用海上风电柔直，迫切需要根据海上风电特性，在保障柔性直流输电高可靠性的前提下实现紧凑设计。
发明内容
为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种海上风电柔性直流输电紧凑化控制保护系统，减少二次控制保护设备数量，实现控制保护系统的紧凑化设计。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种海上风电柔性直流输电紧凑化控制保护系统，包括：
用于主机互联和监控后台互联的标准化接口；
以双重化配置接入参控信号和重要监视信号的站控主机、极控制保护主机、站用电主机以及各主机配套的IO装置；所述极控制保护主机包括极控制主机和极保护主机，所述极控制主机与极保护主机合并为同一主机，或者所述极控制主机与极保护主机分离，极控制主机采用双重化配置，极保护主机采用三重化配置；
以单极化配置接入非参控制信号的辅助控制主机及其IO装置；
以及，采用三重化配置的联接变保护主机及其IO装置。
进一步地，所述标准化接口包括光纤接口和网络接口。
进一步地，所述光纤接口为基于光纤的LC、ST标准接口；所述网络接口为基于网线的百兆和千兆LAN网接口。
进一步地，系统包括两台站控主机，与核心参控和重要监视信号IO机箱实现交流场开关、刀闸控制和模拟量检测。
进一步地，系统包括两台站用电主机，与核心参控和重要监视信号IO机箱实现站用电监视与控制。
进一步地，系统包括单套辅助控制主机，包括一台主机和多台IO机箱，其接入信号涵盖原有接入站控主机、极控保护主机和站用电主机的所有非参控信号和辅助控制设备节点。
进一步地，系统包括三套的联接变保护主机，执行对联接变压器的电量和非电量的保护。
进一步地，所述站控主机、极控制保护主机、站用电主机、联接变保护主机通过标准化接口互联组成极层控制LAN和站层控制LAN以实现主机间通信。
进一步地，所述站控主机、极控制保护主机、站用电主机、联接变保护主机、辅助控制主机通过标准化接口互联组成SCADA层控制LAN以实现后台监控。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明在保证海上风电柔直可靠传输前提下，将非参控信号单重化，而需要参控的核心信号接入采用双重化方式接入的极控制保护主机、站控主机、站用电主机，保证高可靠性。通过该划分，不仅保证柔性直流输电“大脑”控制保护系统的可靠性，同时大大减少了设备数量，为海上平台紧凑化提供前期保障。
附图说明
图1为传统的海上风电输出直流控制保护系统组成示意图；
图2为紧凑化的海上风电输出直流控制保护系统组成示意图；
图3为典型的柔性直流输电换流站的试验系统组成示意图。
具体实施方式
下面将参考附图更全面地描述实施例。然而，实施例能以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例。提供这些实施例是为使得本申请更全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。
本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，可能不是按比例的。附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。
如图1所示，现有的海上风电并网的柔性直流工程，采用分层设计原则开展柔直电网控制保护系统设计，分为三个层次：系统监视与控制层、控制保护层、现场I/O层。
（1）系统监视与控制层
系统监视与控制层是运行人员进行操作和系统监视的SCADA系统，主要包括：服务器、运行人员工作站、工程师工作站、站局域网设备、网络打印机等。其功能是为换流站运行人员提供运行监视和控制操作的界面。完成包括运行监视、控制操作、故障或异常工况处理、控制保护参数调整、与调度交互数据等监控任务。
（2）控制保护层
控制保护层设备实现交直流系统的控制和保护功能。包括双重化极控制主机PCP，三重化极保护主机PPR，双重化交流站控主机ACC，通常1串3/2接线采用一组双重化ACC主机组成，一般是4到8个3/2接线串，三重化联接变保护（换流变保护）主机CTP、双重化站用电主机SPC、双重化辅助控制主机ASC。控制保护层根据运行人员指令实现全站核心控制和保护功能。就地控制主机和谐波监视主机布置在两个屏柜。
（3）现场I/O层
现场IO层主要包括与极控主机配合的双重化阀控VBC IO设备，直流场和联接变双重化DFT IO设备。与交流站控ACC配合的双重化AFT IO设备，升压站每个3/2串对应的交流站控ACC对应的都多个AFT接口。与站用电配合的双重化SPT IO设备。与辅助控制系统ASC配合的ASI IO设备。IO设备作为控制保护层设备与交直流一次系统、换流站辅助系统、站用电设备、阀冷控制保护的接口，现场I/O层负责和一次阀单元设备通讯，以及通过现场I/O层设备完成对一次开关刀闸设备状态和系统运行信息的采集处理、顺序事件记录、信息上传、控制命令的输出以及就地连锁控制等功能。
针对现有海上风电柔性直流控制保护系统，本实施例提出如图2所示的紧凑化设计系统。考虑海上风电柔性直流特殊性，首要原则保证高可靠性基础上的紧凑化，即具有高度的可靠性、可用率和可维护性，要实现高可靠性核心参控设备必须具有足够的冗余度，即从I/O接口至系统主机整个环节具有完全双重化的A、B 两套系统互为备用，能够保证单个系统故障保障整个直流系统的正常和安全运行。
图2方案中的系统监视与控制层，与图1中原有方案相似。具体配置如下：
系统监视与控制层是运行人员进行操作和系统监视的SCADA系统，主要包括：服务器、运行人员工作站、工程师工作站、站局域网设备、网络打印机等。其功能是为换流站运行人员提供运行监视和控制操作的界面。完成包括运行监视、控制操作、故障或异常工况处理、控制保护参数调整、与调度交互数据等监控任务。
图2主要对控制保护层和现场IO层进行紧凑化设计。
极控制保护层具体配置如下：
将极控制主机PCP和极保护主机PPR集成在一台极控制保护PCP主机，减少屏柜数量。也可以考虑与以往工程兼容性，将极控制保护主机PCP和极保护主机PPR分开。
对于交流站控主机ACC，类似图1中1串3/2接线采用一组双重化ACC主机，实际工程通常多个3/2串，实际通常会配置多组双重化ACC主机，对应图1中ACC1A/1B到ACCNA/NB，以四串3/2接线举例，则采用由图1的A/B套共8台主机合。交流站控打破分间隔习惯，多个间隔或串共用主机，图2中将图1中示例的4串3/2接线所用4套双重化ACC主机合并为一套双重化主机ACCA/ACCB主机。ACC主机屏柜只选择模拟量IO和核心主机放在在ACC主机屏柜，从而在保证ACC主机可靠性的基础上实现ACC主机紧凑化。
图2中三重化联接变保护主机CTP与图1保持不变。
图2中双重化站用电主机SPC与图1不变，但站用电非参控信号均不在单独配置接口装置。
图2中辅助控制主机ASC因仅仅监视不参控，其由图1双重化改为单重化，对应IO也改为单重化。
就地控制主机和谐波监视主机布置在1个屏柜。
现场IO层配置如下：
图2中现场IO层主要包括与极控主机配合的双重化阀控VBC IO设备与图1保持不变，对于直流场和联接变双重化DFT IO设备进行优化，将参控和模拟量采集信号接入DFTIO屏柜。其它非参控仅监视信号以单重化形式接入与ASC主机配置的ASI IO。
相对于图1中每串3/2接线均配置对应的双重化AFT IO装置，图2中将对其进行优化，参控信号保留双重化接入与站控ACC配合的双重化AFT IO设备，非参控信号采用单重化接入到与ASC主机配置的ASI IO设备。
图2中将站用电配合的双重化SPT IO设备核心信号放入SPC主机屏柜自带IO装置，将非参控和重要信号单重化接入与ASC主机配置的ASI IO。
图2中将与ASC主机配置的ASI IO 采用单重化配置，一台ASC主机接入多台ASI IO主机。
通过图2中将重要参控和核心模拟量信号以双重化方式接入到极控制保护主机、站控主机、站用电主机，保证了系统可靠性；将非重要信号例如报警、隔刀地刀等辅助信号单套接入辅助控制系统ASC，实现了紧凑化功能。
本实施例以3/2串举例，实际不按照间隔划分，以满足紧凑化需求和可靠性需求同样适用于单母接线、双母接线等形式，不在此一一举例。
图3为典型的3/2接线示意图，由三个开关Q1、Q2、Q3及其两侧隔刀(Q11、Q12, Q13、Q14，Q15、Q16)、地刀(Q21、Q22, Q23、Q24，Q25、Q26)以及CT(CT1、CT2、CT3、CT4、CT5、CT6)和PT(PT1、PT2)测量装置组成。
显然，上述实施例仅是为清楚地说明本申请所作的举例，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申请的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种海上风电柔性直流输电紧凑化控制保护系统，其特征在于，包括：
用于主机互联和监控后台互联的标准化接口；
以双重化配置接入参控信号和重要监视信号的站控主机、极控制保护主机、站用电主机以及各主机配套的IO装置；所述极控制保护主机包括极控制主机和极保护主机，所述极控制主机与极保护主机合并为同一主机，或者所述极控制主机与极保护主机分离，极控制主机采用双重化配置，极保护主机采用三重化配置；
以单极化配置接入非参控制信号的辅助控制主机及其IO装置；
以及，采用三重化配置的联接变保护主机及其IO装置。
2.根据权利要求1所述海上风电柔性直流输电紧凑化控制保护系统，其特征在于，所述标准化接口包括光纤接口和网络接口。
3.根据权利要求2所述海上风电柔性直流输电紧凑化控制保护系统，其特征在于，所述光纤接口为基于光纤的LC、ST标准接口；所述网络接口为基于网线的百兆和千兆LAN网接口。
4.根据权利要求1所述海上风电柔性直流输电紧凑化控制保护系统，其特征在于，系统包括两台站控主机，与核心参控和重要监视信号IO机箱实现交流场开关、刀闸控制和模拟量检测。
5.根据权利要求1所述海上风电柔性直流输电紧凑化控制保护系统，其特征在于，系统包括两台站用电主机，与核心参控和重要监视信号IO机箱实现站用电监视与控制。
6.根据权利要求1所述海上风电柔性直流输电紧凑化控制保护系统，其特征在于，系统包括单套辅助控制主机，包括一台主机和多台IO机箱，其接入信号涵盖原有接入站控主机、极控保护主机和站用电主机的所有非参控信号和辅助控制设备节点。
7.根据权利要求1所述海上风电柔性直流输电紧凑化控制保护系统，其特征在于，系统包括三套的联接变保护主机，执行对联接变压器的电量和非电量的保护。
8.根据权利要求1所述海上风电柔性直流输电紧凑化控制保护系统，其特征在于，所述站控主机、极控制保护主机、站用电主机、联接变保护主机通过标准化接口互联组成极层控制LAN和站层控制LAN以实现主机间通信。
9.根据权利要求1所述海上风电柔性直流输电紧凑化控制保护系统，其特征在于，所述站控主机、极控制保护主机、站用电主机、联接变保护主机、辅助控制主机通过标准化接口互联组成SCADA层控制LAN以实现后台监控。
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