一种可控消能装置控制保护系统及控制方法与流程
1.本发明属于直流输电领域，特别涉及一种可控消能装置控制保护系统及控制方法。
背景技术：
2.基于电网换相换流器的常规直流输电系统(lcc-hvdc)，具有损耗小，成本低、运行技术成熟等优点，但是存在容易发生换相失败、对交流系统依赖性强、吸收大量无功等不足。基于电压源型换流器的柔性直流输电系统(vsc-hvdc)，具有不存在换相失败、有功无功解耦控制、可以无源运行、结构紧凑等优点。混合直流输电系统结合了lcc-hvdc、vsc-hvdc的优点，近年来得到了越来越多的研究和应用。
3.图1中的混合级联直流系统，整流侧均为lcc换流器，逆变侧为lcc换流器、vsc换流器串联，当逆变侧vsc所连接的交流电网发生故障时，直流系统的有功功率输出受限，而处于整流状态的lcc仍然按照既定的功率参考值向直流系统输送功率，此时vsc电压将会由于能量不断的积累而快速增加，将危害直流设备安全。为了限制vsc的过电压，在vsc端间并联了可控消能装置，由固定元件、受控元件串联，控制开关与受控元件并联。当vsc过电压时，控制开关合闸，将可控消能装置的受控元件旁路，由固定元件、控制开关提供泄能回路、限制vsc电压。当系统故障清除，vsc端间电压恢复正常后，再将控制开关分闸，恢复正常运行状态。
4.直流系统中一般由极控单元根据系统需求向各设备下发控制指令，实现系统层的整体控制，由各组部件的控制保护实现设备层的控制保护，但缺点是通讯延时较大。采用可控消能装置限压的混合级联直流系统，要求vsc过压时，可控消能装置应迅速、可靠动作，对控制保护系统间的通讯延时、可靠性提出了更高的要求。
技术实现要素：
5.本发明的目的是提供一种可控消能装置控制保护系统及控制方法，减小可控消能装置控制开关合闸的整体延时、提高控制保护系统的可靠性。
6.为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
7.一种可控消能装置控制保护系统，该系统包括控制单元、保护单元、极控单元、阀控制保护单元，所述控制单元、保护单元、极控单元、阀控制保护单元均至少一套；每套所述控制单元分别与各保护单元、各极控单元、各阀控制保护单元连接通讯；每套所述保护单元分别与各控制单元、各极控单元连接通讯；每套所述极控单元分别与各控制单元、各保护单元、各阀控制保护单元连接通讯；每套所述阀控制保护单元分别与各控制单元、各极控单元连接通讯。
8.进一步地：所述可控消能装置与换流阀并联，所述可控消能装置包括固定元件、受控元件、控制开关，固定元件和受控元件串联，控制开关与受控元件并联。
9.进一步地：所述控制单元、保护单元实现可控消能装置的控制保护、阀控制保护单
元实现换流阀的控制保护、极控单元实现直流极的控制保护。
10.进一步地：所述控制单元为双套，完全冗余；所述保护单元为三套，完全冗余；所述阀控制保护单元为双套，互为主备；所述极控单元为双套，互为主备。
11.进一步地：所述控制单元与阀控制保护单元之间采用5m/50k调制信号、光纤点对点通讯。
12.进一步地：所述控制单元与极控单元之间采用千兆以太网、光纤点对点通讯。
13.进一步地：所述控制单元与保护单元之间采用iec60044-8协议、光纤点对点通讯。
14.进一步地：所述极控单元与阀控制保护单元之间采用百兆以太网通讯。
15.进一步地：所述极控单元与保护单元之间采用iec60044-8协议、光纤点对点通讯。
16.一种可控消能装置控制保护系统控制方法，该方法具体步骤如下：
17.当电网系统发生故障时：
18.(1)阀控制保护单元监测换流阀电压，当换流阀电压在设定时间内持续大于预设值时，阀控制保护单元发送可控消能装置开关合闸命令至控制单元、极控单元；
19.(2)极控单元将阀控制保护单元的可控消能装置开关合闸命令转发给控制单元；
20.(3)控制单元接收到阀控制保护单元或极控单元的可控消能装置开关合闸命令后，将控制可控消能装置开关合闸；
21.当电网系统故障清除后：
22.(1)阀控制保护单元监测换流阀电压，当换流阀电压在设定时间内持续小于等于预设值时，阀控制保护单元发送可控消能装置开关分闸命令至极控单元；
23.(2)极控单元将阀控制保护单元的可控消能装置开关分闸命令转发给控制单元；
24.(3)控制单元接收到极控单元的可控消能装置开关分闸命令后，将控制可控消能装置开关分闸。
25.采用上述方案后，本发明具有以下有益效果：
26.(1)阀控制保护单元与可控消能装置的控制单元直接通讯，采用5m/50k光调制波信号，减小可控消能装置控制开关合闸的整体延时，降低换流阀过电压应力；
27.(2)可控消能装置控制单元、阀控制保护单元、极控单元均为双套冗余配置，相互交叉连接通讯，可控消能装置控制开关合闸命令具有冗余通道，提高了可靠性。
附图说明
28.图1是一种混合级联直流系统示意图；
29.图2是一种可控消能装置示意图，其中1是固定元件、2是受控元件、3是控制开关；
30.图3是一种本技术实施例中的控制保护系统示意图。
具体实施方式
31.以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
32.图1为一种混合级联直流系统，整流侧高低端均为lcc换流器(极1为lcc11和lcc12串联，极2为lcc13和lcc14串联)，逆变侧则采用了lcc换流器与vsc换流器串联的混合级联结构(极1为lcc21与3个并联的vsc换流器vsc11、vsc12、vsc13串联，极2为lcc22与3个并联的vsc换流器vsc21、vsc22、vsc23串联)。当vsc侧交直流系统发生故障，直流系统功率输出
受限，vsc端间电压将快速上升，严重时会危害设备安全，因此在vsc端间并联了可控消能装置。图2为一种可控消能装置结构示意图，包括固定元件1、受控元件2、控制开关3，固定元件1和受控元件2串联，控制开关3与受控元件2并联。
33.图3为本发明一种可控消能装置控制保护系统的实施例，逆变侧单极的可控消能装置控制保护系统包括双套控制单元、三套保护单元、双套极控单元、与每个vsc配套的双套阀控制保护单元。其中，双套极控单元互为主备，实现直流极的整体控制；与每个vsc配套的双套阀控制保护单元互为主备，实现vsc换流器的控制保护；双套控制单元完全冗余、三套保护单元完全冗余，实现可控消能装置的控制保护。
34.每套控制单元与每个vsc的双套阀控制保护单元连接通讯，光纤点对点通讯，采用5m/50k光调制波信号，能更快的将阀控制保护单元的可控消能装置控制开关合闸命令发送给控制单元，减少了中间传输环节，降低了合闸命令延时，能更好的限制vsc端间过电压。
35.每套阀控制保护单元与双套极控单元连接通讯，采用百兆以太网。每套极控单元与双套控制单元连接通讯，采用千兆以太网，光纤点对点通讯。阀控制保护单元将可控消能装置控制开关分合闸命令发送给极控单元，由极控单元转发给控制单元，形成可控消能装置控制开关合闸命令的冗余通道，保证了可控消能装置控制开关合闸的可靠性。
36.每套保护单元与双套控制单元、双套极控单元连接通讯，光纤点对点通讯，采用iec60044-8协议。
37.本发明还公开了一种可控消能装置控制保护系统控制方法，步骤如下：
38.当vsc侧交直流系统发生故障时：
39.(1)阀控制保护单元监测对应的vsc换流器子模块的电压平均值，当子模块电压平均值大于预设值，且持续时间大于预设值时，阀控制保护单元发送可控消能装置开关合闸命令至控制单元、极控单元；
40.(2)极控单元将阀控制保护单元的可控消能装置开关合闸命令转发给控制单元；
41.(3)控制单元接收到任一套阀控制保护单元或极控单元的可控消能装置开关合闸命令后，将控制开关合闸。
42.当vsc侧交直流系统故障清除后：
43.(1)阀控制保护单元监测对应的vsc换流阀子模块平均电压值，当子模块电压平均值小于预设值，且持续时间大于预设值时，阀控制保护单元发送可控消能装置开关分闸命令至极控单元；
44.(2)极控单元收到所有vsc的阀控制保护单元的可控消能装置开关分闸命令后，向控制单元发送可控消能装置开关分闸命令；
45.(3)控制单元接收到任一套极控单元的可控消能装置开关分闸命令后，将控制开关分闸。
46.最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的专利要求保护范围之内。
技术特征：
1.一种可控消能装置控制保护系统，其特征在于，该系统包括控制单元、保护单元、极控单元、阀控制保护单元，所述控制单元、保护单元、极控单元、阀控制保护单元均至少一套；每套所述控制单元分别与各保护单元、各极控单元、各阀控制保护单元连接通讯；每套所述保护单元分别与各控制单元、各极控单元连接通讯；每套所述极控单元分别与各控制单元、各保护单元、各阀控制保护单元连接通讯；每套所述阀控制保护单元分别与各控制单元、各极控单元连接通讯。2.如权利要求1所述的一种可控消能装置控制保护系统，其特征在于：所述可控消能装置与换流阀并联，所述可控消能装置包括固定元件、受控元件、控制开关，固定元件和受控元件串联，控制开关与受控元件并联。3.如权利要求1或2所述的一种可控消能装置控制保护系统，其特征在于：所述控制单元、保护单元实现可控消能装置的控制保护，阀控制保护单元实现换流阀的控制保护，极控单元实现直流极的控制保护。4.如权利要求1所述的一种可控消能装置控制保护系统，其特征在于：所述控制单元为双套，完全冗余；所述保护单元为三套，完全冗余；所述阀控制保护单元为双套，互为主备；所述极控单元为双套，互为主备。5.如权利要求1所述的一种可控消能装置控制保护系统，其特征在于：所述控制单元与阀控制保护单元之间采用5m/50k调制信号、光纤点对点通讯。6.如权利要求1所述的一种可控消能装置控制保护系统，其特征在于：所述控制单元与极控单元之间采用千兆以太网、光纤点对点通讯。7.如权利要求1所述的一种可控消能装置控制保护系统，其特征在于：所述控制单元与保护单元之间采用iec60044-8协议、光纤点对点通讯。8.如权利要求1所述的一种可控消能装置控制保护系统，其特征在于：所述极控单元与阀控制保护单元之间采用百兆以太网通讯。9.如权利要求1所述的一种可控消能装置控制保护系统，其特征在于：所述极控单元与保护单元之间采用iec60044-8协议、光纤点对点通讯。10.基于权利要求1至9中任一所述可控消能装置控制保护系统的控制方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：当电网系统发生故障时：(1)阀控制保护单元监测换流阀电压，当换流阀电压在设定时间内持续大于预设值时，阀控制保护单元发送可控消能装置开关合闸命令至控制单元、极控单元；(2)极控单元将阀控制保护单元的可控消能装置开关合闸命令转发给控制单元；(3)控制单元接收到阀控制保护单元或极控单元的可控消能装置开关合闸命令后，将可控消能装置的控制开关合闸；当电网系统故障清除后：(1)阀控制保护单元监测换流阀电压，当换流阀电压在设定时间内持续小于等于预设值时，阀控制保护单元发送可控消能装置开关分闸命令至极控单元；(2)极控单元将阀控制保护单元的可控消能装置开关分闸命令转发给控制单元；(3)控制单元接收到极控单元的可控消能装置开关分闸命令后，将可控消能装置的控制开关分闸。
技术总结
本发明公开一种控制保护系统，包括控制单元、保护单元、极控单元、阀控制保护单元，控制单元、保护单元、极控单元、阀控制保护单元均冗余配置，相互交叉连接通讯，本发明还公开一种控制保护系统的控制方法，当换流阀过压，阀控制保护单元向控制单元、极控单元发送可控消能装置控制开关合闸命令，极控单元将该命令转发给控制单元，控制单元将可控消能装置的控制开关合闸；当换流阀过压消失后，阀控制保护单元向极控单元发送可控消能装置开关分闸命令，极控单元将该命令转发给控制单元，控制单元将可控消能装置的控制开关分闸。本发明中可控消能装置控制开关合闸命令具有冗余通道，提高了可靠性。靠性。靠性。
