本發(fā)明涉及一種高壓直流斷路器控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著電力電子器件和控制技術(shù)的進(jìn)步，多端柔性直流輸電技術(shù)及直流電網(wǎng)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。由于直流系統(tǒng)的阻尼相對(duì)較低，一旦直流側(cè)發(fā)生故障，直流側(cè)電流會(huì)快速上升，并且由于igbt中反并聯(lián)二極管的存在，通常無(wú)法采取閉鎖換流器的方法限制短路電流。高壓直流斷路器可快速限制并切斷故障電流，隔離故障，成為直流電網(wǎng)安全運(yùn)行的有效保障。

在直流電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，需要高壓直流斷路器在很短的時(shí)間內(nèi)切斷故障電流，保證直流電網(wǎng)安全運(yùn)行，因此，高壓直流斷路器的控制系統(tǒng)需要簡(jiǎn)單可靠，可準(zhǔn)確快速的對(duì)高壓直流斷路器進(jìn)行可靠的控制和保護(hù)。本發(fā)明即是基于此種需求而產(chǎn)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高壓直流斷路器控制系統(tǒng)及方法，在直流電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，高壓直流斷路器可以在很短的時(shí)間內(nèi)切斷故障電流，保證直流電網(wǎng)安全運(yùn)行。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種高壓直流斷路器控制系統(tǒng)，包括與換流站相連的斷路器控制器，還包括分別與斷路器控制器相連的斷路器io單元、檢測(cè)單元、機(jī)械開(kāi)關(guān)觸發(fā)單元、通態(tài)閥子模塊控制單元和限流閥子模塊控制單元，所述斷路器io單元與檢測(cè)單元相連且斷路器io單元還與mov返回單元相連，其中：

所述檢測(cè)單元用于采集高壓直流斷路器的模擬量并發(fā)送給斷路器io單元；

所述mov返回單元用于采集高壓直流斷路器的開(kāi)關(guān)量并發(fā)送給斷路器io單元；

所述斷路器io單元接收檢測(cè)單元、mov返回單元采集到的模擬量和開(kāi)關(guān)量，上送給斷路器控制器；

所述斷路器控制器接收換流站控制命令或根據(jù)檢測(cè)單元上送的信息控制高壓直流斷路器；

所述機(jī)械開(kāi)關(guān)觸發(fā)單元根據(jù)斷路器控制器的命令控制高壓直流斷路器機(jī)械開(kāi)關(guān)開(kāi)通或斷開(kāi)；

所述通態(tài)閥子模塊控制單元根據(jù)斷路器控制器的命令控制高壓直流斷路器通態(tài)閥開(kāi)通或斷開(kāi)；

所述限流閥子模塊控制單元根據(jù)斷路器控制器的命令控制高壓直流斷路器限流閥開(kāi)通或斷開(kāi)。

優(yōu)選，所述斷路器控制器包括互為冗余的斷路器控制器a和斷路器控制器b，機(jī)械開(kāi)關(guān)觸發(fā)單元、通態(tài)閥子模塊控制單元和限流閥子模塊控制單元分別與斷路器控制器a和斷路器控制器b相連。

優(yōu)選，所述檢測(cè)單元包括互為冗余的檢測(cè)單元a和檢測(cè)單元b，所述斷路器io單元包括互為冗余的斷路器io單元a和斷路器io單元b，所述mov返回單元分別與斷路器io單元a和斷路器io單元b相連。

優(yōu)選，斷路器io單元a分別與斷路器控制器a和檢測(cè)單元a相連，檢測(cè)單元a與斷路器控制器a相連，斷路器io單元b分別與斷路器控制器b和檢測(cè)單元b相連，檢測(cè)單元b與斷路器控制器b相連。

一種高壓直流斷路器控制方法，包括如下步驟：

步驟1、斷路器控制器接收換流站控制命令或根據(jù)檢測(cè)單元上送的信息控制高壓直流斷路器，包括控制高壓直流斷路器分閘、控制高壓直流斷路器合閘及控制高壓直流斷路器進(jìn)行故障保護(hù)；

步驟2、當(dāng)控制高壓直流斷路器分閘時(shí)，具體包括如下步驟：

01、斷路器控制器控制導(dǎo)通限流閥；

02、斷路器控制器控制斷開(kāi)通態(tài)閥；

03、斷路器控制器控制斷開(kāi)機(jī)械開(kāi)關(guān)；

04、斷路器控制器控制斷開(kāi)限流閥；

當(dāng)控制高壓直流斷路器合閘時(shí)，具體包括如下步驟：

01、斷路器控制器控制導(dǎo)通限流閥；

02、斷路器控制器控制導(dǎo)通機(jī)械開(kāi)關(guān)和通態(tài)閥；

03、斷路器控制器控制斷開(kāi)限流閥。

優(yōu)選，當(dāng)控制高壓直流斷路器進(jìn)行故障保護(hù)時(shí)，具體包括如下步驟：

1）斷路器控制器對(duì)機(jī)械開(kāi)關(guān)觸發(fā)單元、通態(tài)閥子模塊控制單元和限流閥子模塊控制單元進(jìn)行監(jiān)控；

2）將監(jiān)測(cè)到的故障信息轉(zhuǎn)換為觸發(fā)命令后下發(fā)給機(jī)械開(kāi)關(guān)觸發(fā)單元、通態(tài)閥子模塊控制單元和限流閥子模塊控制單元，完成對(duì)機(jī)械開(kāi)關(guān)觸發(fā)單元、通態(tài)閥子模塊控制單元和限流閥子模塊控制單元的控制。

本發(fā)明的有益效果是：

第一、本發(fā)明中斷路器控制器直接控制機(jī)械開(kāi)關(guān)觸發(fā)單元、限流閥子模塊控制單元和通態(tài)閥子模塊控制單元。有效減小控制系統(tǒng)延時(shí)，可快速響應(yīng)及處理系統(tǒng)故障和換流站下發(fā)的命令。

第二、本發(fā)明中高壓直流斷路器的控制系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量少，控制流程清晰，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種高壓直流斷路器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明高壓直流斷路器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

如圖1所示，一種高壓直流斷路器控制系統(tǒng)，包括與外界換流站相連的斷路器控制器，還包括分別與斷路器控制器相連的斷路器io單元、檢測(cè)單元、機(jī)械開(kāi)關(guān)觸發(fā)單元、通態(tài)閥子模塊控制單元和限流閥子模塊控制單元，所述斷路器io單元與檢測(cè)單元相連且斷路器io單元還與mov返回單元相連。

高壓直流斷路器是直流電網(wǎng)的重要組成部分，直流電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)高壓直流斷路器可快速準(zhǔn)確的切斷故障流，保證直流電網(wǎng)安全運(yùn)行。本發(fā)明可有效減小控制延時(shí)，最大程度保證高壓直流斷路器正常運(yùn)行。如圖2所示，高壓直流斷路器包括機(jī)械開(kāi)關(guān)s1（可選用快速機(jī)械開(kāi)關(guān)）、通態(tài)閥q1、通態(tài)閥避雷器mov1、限流閥q2、限流閥避雷器mov2、二極管閥組d1~d4。

通態(tài)閥q1和通態(tài)閥避雷器mov1并聯(lián)后和機(jī)械開(kāi)關(guān)s1串聯(lián)；二極管閥組d1的正極和二極管閥組d3的負(fù)極連接，二極管閥組d2的正極和二極管閥組d4的負(fù)極連接；二極管閥組d1的負(fù)極、二極管閥組d2的負(fù)極、限流閥q2的一端以及限流閥避雷器mov2的一端連接在一起；二極管閥組d3的正極、二極管閥組d4的正極、限流閥q2的另一端以及限流閥避雷器mov2的另一端連接在一起；以二極管閥組d1的正極、二極管閥組d2的正極為兩個(gè)端口，和機(jī)械開(kāi)關(guān)s1、通態(tài)閥q1、通態(tài)閥避雷器mov1并聯(lián)。

一種高壓直流斷路器控制系統(tǒng)，其中：

所述檢測(cè)單元用于采集高壓直流斷路器的模擬量并發(fā)送給斷路器io單元；

所述mov返回單元用于采集高壓直流斷路器的開(kāi)關(guān)量并發(fā)送給斷路器io單元；

所述斷路器io單元接收檢測(cè)單元、mov返回單元采集到的模擬量和開(kāi)關(guān)量，上送給斷路器控制器；

所述斷路器控制器是系統(tǒng)中核心部件，完成對(duì)高壓直流斷路器的控制算法：接收換流站控制命令或根據(jù)檢測(cè)單元上送的信息控制高壓直流斷路器；

所述機(jī)械開(kāi)關(guān)觸發(fā)單元根據(jù)斷路器控制器的命令控制高壓直流斷路器機(jī)械開(kāi)關(guān)開(kāi)通或斷開(kāi)；

所述通態(tài)閥子模塊控制單元根據(jù)斷路器控制器的命令控制高壓直流斷路器通態(tài)閥開(kāi)通或斷開(kāi)；

所述限流閥子模塊控制單元根據(jù)斷路器控制器的命令控制高壓直流斷路器限流閥開(kāi)通或斷開(kāi)。

為了提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，優(yōu)選，所述斷路器控制器包括互為冗余的斷路器控制器a和斷路器控制器b，機(jī)械開(kāi)關(guān)觸發(fā)單元、通態(tài)閥子模塊控制單元和限流閥子模塊控制單元分別與斷路器控制器a和斷路器控制器b相連。

斷路器控制器包括核心板、接口板、總線板及電源板，其中：

核心板是斷路器控制器的控制部分，完成控制算法計(jì)算；

接口板將核心板上計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為具體的控制命令，傳送給機(jī)械開(kāi)關(guān)觸發(fā)單元、通態(tài)閥子模塊控制單元和限流閥子模塊控制單元，完成對(duì)高壓機(jī)械開(kāi)關(guān)的控制，并接收上述三個(gè)單元返回的執(zhí)行結(jié)果，傳送給核心板；

總線板連接核心板、接口板和電源板，完成電源及信號(hào)傳輸；

電源板為斷路器控制器提供電源。

如圖1所述，換流站一般為柔性直流換流站，也包括柔性直流換流站a和柔性直流換流站b，且斷路器控制器a分別與柔性直流換流站a和柔性直流換流站b相連，斷路器控制器b分別與柔性直流換流站a和柔性直流換流站b相連。

檢測(cè)單元包括互為冗余的檢測(cè)單元a和檢測(cè)單元b，所述斷路器io單元包括互為冗余的斷路器io單元a和斷路器io單元b，所述mov返回單元分別與斷路器io單元a和斷路器io單元b相連。

斷路器io單元a分別與斷路器控制器a和檢測(cè)單元a相連，檢測(cè)單元a與斷路器控制器a相連，斷路器io單元b分別與斷路器控制器b和檢測(cè)單元b相連，檢測(cè)單元b與斷路器控制器b相連。

相應(yīng)的，一種高壓直流斷路器控制方法，包括如下步驟：

步驟1、斷路器控制器接收換流站控制命令或根據(jù)檢測(cè)單元上送的信息（直流母線電壓、電流信息）控制高壓直流斷路器，包括控制高壓直流斷路器分閘、控制高壓直流斷路器合閘及控制高壓直流斷路器進(jìn)行故障保護(hù)；

步驟2、當(dāng)控制高壓直流斷路器分閘時(shí)，具體包括如下步驟：

01、斷路器控制器控制導(dǎo)通限流閥；

02、斷路器控制器控制斷開(kāi)通態(tài)閥；

03、斷路器控制器控制斷開(kāi)機(jī)械開(kāi)關(guān)；

04、斷路器控制器控制斷開(kāi)限流閥；

當(dāng)控制高壓直流斷路器合閘時(shí)，具體包括如下步驟：

01、斷路器控制器控制導(dǎo)通限流閥；

02、斷路器控制器控制導(dǎo)通機(jī)械開(kāi)關(guān)和通態(tài)閥；

03、斷路器控制器控制斷開(kāi)限流閥。

當(dāng)控制高壓直流斷路器進(jìn)行故障保護(hù)時(shí)，具體包括如下步驟：

1）斷路器控制器對(duì)機(jī)械開(kāi)關(guān)觸發(fā)單元、通態(tài)閥子模塊控制單元和限流閥子模塊控制單元進(jìn)行監(jiān)控；

2）將監(jiān)測(cè)到的故障信息轉(zhuǎn)換為觸發(fā)命令后下發(fā)給機(jī)械開(kāi)關(guān)觸發(fā)單元、通態(tài)閥子模塊控制單元和限流閥子模塊控制單元，完成對(duì)機(jī)械開(kāi)關(guān)觸發(fā)單元、通態(tài)閥子模塊控制單元和限流閥子模塊控制單元的控制。

在控制過(guò)程中，斷路器控制器可進(jìn)行平滑切換，即當(dāng)換流站對(duì)斷路器控制器進(jìn)行主動(dòng)切換、斷路器控制器和換流站之間通信故障、斷路器控制器自檢異常、斷路器控制器和斷路器io單元之間通信故障或斷路器控制器和檢測(cè)單元之間通信異常時(shí)，只要出現(xiàn)上述任意一種狀況，則由出現(xiàn)故障的斷路器控制器切換到冗余的斷路器控制器，同時(shí)由出現(xiàn)故障的斷路器io單元切換到冗余的斷路器io單元。

斷路器控制器能夠?qū)Q流站下發(fā)的或根據(jù)直流線路故障電壓/電流判斷出的高壓直流斷路器動(dòng)作行為轉(zhuǎn)換為觸發(fā)命令下發(fā)給機(jī)械開(kāi)關(guān)觸發(fā)單元、通態(tài)閥子模塊控制單元和限流閥子模塊控制單元，并能根據(jù)機(jī)械開(kāi)關(guān)觸發(fā)單元、通態(tài)閥子模塊控制單元和限流閥子模塊控制單元上送的狀態(tài)信息對(duì)高壓直流斷路器狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)及保護(hù)。同時(shí)斷路器控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)自身運(yùn)行情況，如插件故障、通信故障等，一旦發(fā)現(xiàn)異常，將采取報(bào)警、切換、停運(yùn)等合理措施，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

本發(fā)明的有益效果是：

第一、本發(fā)明中斷路器控制器直接控制機(jī)械開(kāi)關(guān)觸發(fā)單元、限流閥子模塊控制單元和通態(tài)閥子模塊控制單元。有效減小控制系統(tǒng)延時(shí)，可快速響應(yīng)及處理系統(tǒng)故障和換流站下發(fā)的命令。

第二、本發(fā)明中高壓直流斷路器的控制系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量少，控制流程清晰，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或者等效流程變換，或者直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。