CN207977731U - 一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构，包括三个阀控保护装置和两个阀控装置；所述的三个阀控保护装置分别为第一阀控保护A套、第二阀控保护B套、第三阀控保护C套；所述的两个阀控装置分别为第一阀控A套和第二阀控B套。采用了三取二的保护方法，用三套阀控保护装置对两套互为冗余的阀控装置进行保护，如果要有保护动作输出，则需要三套阀控保护装置A、B、C中至少同时有两套发出了保护请求，此保护结构用三取二的高可靠性模型代替了原来的二取一的保护结构，大大提高了换流阀保护的计算、管理的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及柔性直流输电系统的换流阀保护结构技术领域，特别涉及一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构。
背景技术
柔性直流系统属于复杂的控制保护系统，考虑到系统的灵活、可靠、实时性，站内控制保护系统实行分层模式，目前柔直换流站可划分为：系统/换流站级控制保护、换流器级控制保护、换流器阀级控制保护和子模块级控制保护这四个层级。
系统/换流站级负责直流系统的注入功率、运行模式、启停等控制保护；换流器级负责接收站级的有功无功参考值后，根据自身控制算法、保护逻辑转换成调制比及移相角下发给换流器阀级控制；换流器阀级控制保护系统主要负责接收到换流器指令，根据换流阀状态进行子模块的触发、监控及保护，是换流站的核心，其性能的优劣直接决定换流阀及整体系统的安全可靠性。
目前换流器阀级(以下简称换流阀)保护一般采取的是直接在换流器中加入负责保护的硬件及算法，没有单独的保护设备，因为换流阀工作在高速运行状态，每个控制周期可做到几十微秒级别，所以可以实现对阀的快速有效保护。这样根据工程配置，在有阀控冗余设备(A、B套主从冗余)时，有互为备份的两套换流阀保护系统，因无阀控冗余应用情况很少，所以也很少出现一套保护系统无备份的情况，可以满足基本的保护需求。
随着换流阀规模的不断提升及柔直系统容量的加大，阀控保护系统可靠性的要求在不断提升，对于有两套阀控保护的阀控系统，其可靠性已经不能满足阀控保护的高可靠性要求。如两套阀控保护都故障退出时，换流阀虽然工作正常但只能因无保护运行而推出，造成换流站停机损失；因阀控保护和阀控装置共用电源及机箱，如果因阀控故障，设备内的保护也相应退出，更严重的是当阀控故障无法进行跳闸输出或功率单元闭锁，则换流阀会工作在无保护的状态，情况将更加危险。
发明内容
为了解决背景技术中所述问题，本实用新型提供一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构，采用了三取二的保护方法，用三套阀控保护装置对两套互为冗余的阀控装置进行保护，如果要有保护动作输出，则需要三套阀控保护装置A、B、C中至少同时有两套发出了保护请求，此保护结构用三取二的高可靠性模型代替了原来的二取一的保护结构，大大提高了换流阀保护的计算、管理的可靠性。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：
一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构，是由MMC柔性直流输电系统中的阀控保护装置和阀控装置组成的拓扑结构。
所述的三取二保护拓扑结构包括三个阀控保护装置和两个阀控装置；所述的三个阀控保护装置分别为第一阀控保护A套、第二阀控保护B套、第三阀控保护C套；所述的两个阀控装置分别为第一阀控A套和第二阀控B套。
所述的第一阀控保护A套通过第一双向高速通讯光纤AA与第一阀控A套相连接，通过第二双向高速通讯光纤AB与第二阀控B套相连接；第二阀控保护B套通过第三双向高速通讯光纤BA与第一阀控A套相连接，通过第四双向高速通讯光纤BB与第二阀控B套相连接；第三阀控保护C套通过第五双向高速通讯光纤CA与第一阀控A套相连接，通过第六双向高速通讯光纤CB与第二阀控B套相连接。
所述的第一阀控保护A套、第二阀控保护B套、第三阀控保护C套还共同连接了一个显示操作终端。
所述的第一阀控A套和第二阀控B套互为热冗余。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型的一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构，采用了三取二的保护方法，用三套阀控保护装置对两套互为冗余的阀控装置进行保护，如果要有保护动作输出，则需要保护设备A、B、C三套设备中至少同时有两套发出了保护请求，另执行保护输出的是保护时刻值班信号为主控的阀控设备，值班信号为备用的阀控设备只能通过主控设备发出阀控保护输出。此保护方法用三取二的高可靠性模型代替了原来的二取一的保护方法，大大提高了阀保护的计算、管理的可靠性。
附图说明
图1为本实用新型的一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构图；
图2为本实用新型实施例提供的阀控保护装置结构图；
图3为本实用新型实施例提供的阀控保护装置中的保护计算组件电路结构图；
图4为本实用新型实施例提供的阀控保护装置中的保护管理组件电路结构图；
图5为采用本实用新型的三取二保护拓扑结构的三取二阀控保护方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构，是由MMC柔性直流输电系统中的阀控保护装置和阀控装置组成的拓扑结构。
所述的三取二保护拓扑结构包括三个阀控保护装置和两个阀控装置；所述的三个阀控保护装置分别为第一阀控保护A套、第二阀控保护B套、第三阀控保护C套；所述的两个阀控装置分别为第一阀控A套和第二阀控B套。
所述的第一阀控保护A套通过第一双向高速通讯光纤AA与第一阀控A套相连接，通过第二双向高速通讯光纤AB与第二阀控B套相连接；第二阀控保护B套通过第三双向高速通讯光纤BA与第一阀控A套相连接，通过第四双向高速通讯光纤BB与第二阀控B套相连接；第三阀控保护C套通过第五双向高速通讯光纤CA与第一阀控A套相连接，通过第六双向高速通讯光纤CB与第二阀控B套相连接。
所述的第一阀控保护A套、第二阀控保护B套、第三阀控保护C套还共同连接了一个显示操作终端。
所述的第一阀控A套和第二阀控B套互为热冗余。
所述的阀控装置的第一阀控A套和第二阀控B套为现有技术中的MMC柔性直流输电系统中使用的阀控装置。MMC柔性直流输电系统中使用的阀控装置硬件结构已经公开，这里不做过多叙述。
所述的阀控保护装置的第一阀控保护A套、第二阀控保护B套、第三阀控保护C套在很多MMC柔性直流输电系统中也已应用。所述的阀控保护装置第一阀控保护A套、第二阀控保护B套、第三阀控保护C套还可以采用如图2-4所示的装置电路结构，图2中的阀控保护装置采用了MMC柔性直流输电系统常用的多个控制板卡通过背板总线插入一个机箱内的设计结构，设计了两个互为冗余的电源板卡1和电源板卡2，还有用于主要保护控制和计算的保护管理组件板卡和保护计算组件板卡。图3为保护计算组件板卡的电路设计图，图4为保护管理组件板卡的电路设计图。
如图3所示，保护计算组件采用DSP+FPGA的主控芯片硬件配置。如图2所示，DSP外围配有高速存储DDR、flash和其它非易失存储器，用来提供DSP的运行内存和数据存储等；看门狗可提高DSP程序运行的可靠性；实时时钟提供当前时间；USB、CAN、LAN等对外通讯接口分别提供给外设和背板通讯；DSP和FPGA之间的通讯是通过总线及通用IO来实现的。FPGA主要负责对背板的高速通讯及面板接口的高速通讯，对背板有LAN、CAN、LVDS等不同协议及点评的总线接口，对面板即板卡对外输出有高速光口、普通光纤接口及网口等高速通讯接口。
如图4所示，保护管理组件采用ARM+FPGA的主控芯片硬件配置。如图3所示，ARM芯片外围配有必要的存储器、内存模块，并可外接固态硬盘等外设；ARM对背板的通讯接口有网口、串口及CAN等；ARM对面板有多路的网口；ARM和FPGA间采用高速总线连接通讯。FPGA负责背板高速通讯、背板串行总线通讯及面板接口指示灯等。保护接收组件在保护管理组件的基础上，面板接口增加高速及普通的光口通讯，减少了以太网通讯接口。
如图5所示，为采用本实用新型的一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构的保护动作判断流程图，如果要有保护动作输出，则需要保护设备A、B、C三套设备中至少同时有两套发出了保护请求，另执行保护输出的是保护时刻值班信号为主控的阀控设备，值班信号为备用的阀控设备只能通过主控设备发出阀控保护输出。此保护方法用三取二的高可靠性模型代替了原来的二取一的保护方法，大大提高了阀保护的计算、管理的可靠性。
对于保护输出，传统的MMC系统的换流阀保护输出都是由保护插件直接发送给阀控，然后由阀控完成保护动作的输出。保护动作输出有两种模式和，一是通过DO动作给到换流阀断路器，切断换流阀的输入；二是通过高速光纤传输给脉冲分配柜等和功率单元直接通讯的设备，以闭锁功率单元。
以上实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
Claims (2)
1.一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构，是由MMC柔性直流输电系统中的阀控保护装置和阀控装置组成的拓扑结构；
其特征在于，所述的三取二保护拓扑结构包括三个阀控保护装置和两个阀控装置；所述的三个阀控保护装置分别为第一阀控保护A套、第二阀控保护B套、第三阀控保护C套；所述的两个阀控装置分别为第一阀控A套和第二阀控B套；
所述的第一阀控保护A套通过第一双向高速通讯光纤AA与第一阀控A套相连接，通过第二双向高速通讯光纤AB与第二阀控B套相连接；第二阀控保护B套通过第三双向高速通讯光纤BA与第一阀控A套相连接，通过第四双向高速通讯光纤BB与第二阀控B套相连接；第三阀控保护C套通过第五双向高速通讯光纤CA与第一阀控A套相连接，通过第六双向高速通讯光纤CB与第二阀控B套相连接；
所述的第一阀控A套和第二阀控B套互为热冗余。
2.根据权利要求1所述的一种柔性直流系统换流阀的三取二保护拓扑结构，其特征在于，所述的第一阀控保护A套、第二阀控保护B套、第三阀控保护C套还共同连接了一个显示操作终端。
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| CN110854826A (zh) * | 2019-10-18 | 2020-02-28 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 | 一种柔直换流阀三取二保护系统故障诊断和处理方法 |
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| CN110854826B (zh) * | 2019-10-18 | 2021-07-20 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 | 一种柔直换流阀三取二保护系统故障诊断和处理方法 |
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