CN102136726B - 一种换流站运行方式的检测方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换流站运行方式的检测方法，其包含以下步骤：步骤1：检测装置采集电站、换流站、变电站的断路器的状态值S₁~S_n；步骤2：检测装置计算逻辑表达式的值：

；步骤3：检测装置将逻辑表达式值输出至换流站站控、换流站稳控装置，电站稳控装置。本发明还公开了一种换流站运行方式的检测装置。通过本发明公开的方法及装置，通过判别换流站及接入电源对外送联络线的断路器状态来判别换流站是出于孤岛还是联网运行方式，判别快速、准确性高，尤其适合对速度和可靠性要求很高的大容量高压直流换流站孤岛运行方式的判别。

Description

一种换流站运行方式的检测方法及检测装置

技术领域

本发明属于换流站领域，尤其涉及一种换流站运行方式的检测方法及检测装置。

背景技术

换流站的运行方式分为两种，一种是孤岛运行，一种是联网运行。换流站的孤岛运行方式，指的是接入送端换流站的电源经整流后直接通过直流线路送出，电源、换流站均不与交流***发生电气连接，换流站的联网运行意为换流站或接入换流站的电站与主网的变电站有电气连接。

现有技术中，一般大容量直流换流站采取孤岛方式运行，可以避免直流故障后大规模地向交流***转移，避免由于不受控潮流转移可能带来的电网稳定破坏事故，是一种较优电网结构。高压直流工程特别是大容量直流工程的送端换流站采用孤岛运行方式是目前的一种发展趋势。换流站采用孤岛运行方式后，孤岛***将呈现出一系列与联网运行时不同的特点，需要采取与联网运行时不同的控制策略：

（1）换流站孤岛运行，降低了孤岛***直流故障影响程度。联网运行时直流发生双极闭锁，除了需要切除接入换流站的机组外，可能还需要切除主网部分机组；换流站采取孤岛运行，直流发生双极闭锁，一般只需要切除接入换流站的机组；

（2）换流站孤岛运行，直流双极闭锁后的过电压水平一般远远超过常规变电站允许的水平1.3pu，可达到1.4~1.7 pu，一般要求换流变延时60~100ms后再切除，以利用换流变对工频过电压的抑制作用，这一点是与换流站联网运行时是不同的；

（3）孤岛***发生交流或直流线路故障，***频率、电压波动比联网方式更严重。因此换流站处于孤岛运行时，孤岛***发生机组故障，交流或直流线路故障，换流站孤岛***允许的暂态频率波动更大，一般达到±1Hz，孤岛或联网运行方式转换时需要切换直流控制***中的频率限制器（FLC）参数，以取得最佳的频率控制效果；

（4）孤岛***在直流发生单极闭锁时，允许换流站重启动不成功次数达到限定值后（通常为1~2次），直接闭锁故障单极。换流站流联网运行时，直流单极闭锁后允许重启动不成功的次数一般比孤岛运行时更多。

针对上述问题，换流站孤岛运行需要采取一系列与联网运行时不同的运行控制策略。但是，目前还没有一种检测装置或方法来检测换流站的运行方式，为换流站运行控制策略的切换提供依据。

换流站运行方式检测，与用于分布式能源（如风电、太阳能）的微网的孤岛运行检测状态具有很大的不同，后者通常通过主动或被动检测方法，如被动检测并网点的电压、电流、频率、相位的变化而对孤岛状态进行检测，或通过在分布式电源的输出中加入特定的谐波信号，通过对比电源近区的与主网中该谐波信号的有无、幅值大小、相位变化、阻抗大小变化等来判断换流站是否处于孤岛运行。

换流站的孤岛运行与微网的孤岛运行具有很大的不同：

（1）换流站的孤岛运行，孤岛***与可能具有与主网***具有相同的电压、电流、频率或相位，因此，通过上述量的变化而判断换流站是否处于孤岛运行是不可靠的。

（2）由于高压直流的输送功率比较大，常规可到3000MW~7200MW，接入电源处的装机规模比较大，采用在电源处加入调制谐波的方法来判断是否处于孤岛状态，如需要可靠检出，谐波电流或电压幅值需要达到一定值，现有技术无法实现，即使实现投资也较高，在电源处注入的谐波有可能恶化孤岛***的电能质量。另方一面，还需要与从主网检测到的谐波进行对比，因此，检测速度无法满足要求。

（3）由于孤岛、联网运行采取不同的控制策略，换流站的孤岛检测不仅需要检测出换流站是出于孤岛运行状态，还需要检测换流站是否处于联网运行状态；常规的微网孤岛检测方法检出孤岛状态后即与***解列结束程序运行，换流站的孤岛检测在检出孤岛状态后还需要继续检测***是否恢复至联网运行。因此，换流站孤岛状态检测要求更高。本方法不仅适用于非计划孤岛运行，还适用于计划孤岛运行。    

发明内容

考虑到换流站的运行方式检测的重要性，而现有技术中尚没有一种有效的换流站运行方式的检测装置或者方法，换流站运行方式的检测也无法应用在微网提出的各种孤岛检测方法，因此需要提出一种换流站运行方式的检测方法及检测装置。

 本发明公开了一种换流站运行方式的检测方法，其包含以下步骤：

步骤1：检测装置采集电站、换流站、变电站的断路器的状态值S₁~S_n；

步骤2：检测装置计算逻辑表达式的值：                                                

；

步骤3：检测装置将逻辑表达式值输出至换流站站控、换流站稳控装置，电站稳控装置。

优选地，采用两套检测装置和B-CII回线路进行检测，其逻辑表达式为：

上式中f_A,f_B分别表示两套孤岛检测装置的输出信号；

为B-CII回线路功率状态的逻辑变量；“

”为取反符号；“

”为逻辑与符号。

优选地，上述方法还包括：

步骤4：获取当前时间T1；并获取步骤1执行时的时间T0，判断T1-T0是否大于

，是则转至步骤1，否则重复执行步骤4；

其中

为根据装置的延时情况设置的时间。

优选地，上述步骤2的逻辑表达式为：

。

优选地，上述两套孤岛检测装置输出不一致将报警，通过下式来检测两装置输出是否一致：

本发明还公开了一种换流站运行方式的检测装置，包括电站、换流站、变电站及其断路器；上述检测装置还包括断路器信号采集装置、检测装置逻辑计算模块；

上述断路器信号采集装置与各断路器开关辅助接点连接，用于采集电站、换流站、变电站的断路器的状态值S₁~S_n；；

检测装置逻辑计算模块：用于计算逻辑表达式

的值；

上述检测装置逻辑计算模块与换流站站控装置、换流站稳控装置连接，用于发送检测值；

上述检测装置逻辑计算模块与电站稳控装置通过光纤连接。

优选地，上述换流站运行方式的检测装置还包括：

时间检测装置和判断模块，用于检测时间并存储和比较判断。

优选地，上述换流站运行方式的检测装置为两套，每套装置独立采集电站、换流站、变电站的相关断路器状态信息。

优选地，上述换流站运行方式的检测装置还包括报警装置，上述报警装置在两孤岛检测装置输出不一致时启动。

本发明的有益效果为：通过本发明公开的方法及装置，通过判别换流站及接入电源对外送联络线的断路器状态来判别换流站是出于孤岛还是联网运行方式，不需要采集、检测换流站的电压、频率、相位、阻抗等信息，也不需要向电网注入扰动信号，对电网无干扰，判别快速、准确性高，尤其适合对速度和可靠性要求很高的大容量高压直流换流站孤岛运行方式的判别。

附图说明

图1为换流站联网运行接线示意图。

图2为 换流站孤岛运行接线A示意图。

图3为 换流站孤岛运行接线B示意图。

图4为电站A电气主接线示意图。

图5为换流站B电气主接线示意图。

图6为变电站C电气主接线示意图。

图7为孤岛状态判别装置软件流程图。

图8为换流站孤岛运行状态检测装置结构图。

图9为孤岛检测装置输入、输出接口示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图以及一个±800kV/6400MW换流站的具体例子对本发明的实施方式作具体说明。

如图1所示的联网运行时的换流站接线示意图。电站A装机9×700MW，共出4回500kV线路接入***，其中３回直接接入换流站Ｂ，另外１回接至变电站C，换流站B通过2回500kV线路与变电站C相联。电站A的功率主要通过1回额定功率为±800kV/6400MW的高压直流送出。

由于直流输送功率大，直流故障对***安全稳定影响甚大，从简化安稳设置出发，换流站B可实现以下两种孤岛运行方式接线：

（1）如图2所示的孤岛运行方式，电站A 的6台机组通过4回500kV线路接入换流站B，换流站B中至电站A、至换流站B这一回线路所在串的两个边断路器断开运行，换流B至变电站C另一回500kV线路退出运行，实现了电站A、换流站B的与主网的电气隔离。

（2）如图3所示的孤岛运行方式，电站A 4机3线接入换流站B，电站A至变电站B所在这一个4/3串中的两个边断路器断开，电站剩下的7台机组通过3回500kV线路接入换流站B，换流站B至变电站C的两回500kV线路均退出运行。孤岛运行方式B的接线示意图如图3所示。

各站的电气主接线，如图4至图6所示。如图4所示，电站A为3/2、4/3混合接线。如图5、图6所示，换流站B、变电站C均为3/2接线。各站的电气主接线设设计可实现满足换流站B灵活进行孤岛与联网运行方式的灵活转换的要求，其中电站A至变电站C的这一回线路与变电站C至换流站B的其中一回线路在变电站C配在同一串上。

本发明公开的一种换流站运行方式的检测方法，如图7所示，其包含以下步骤：

步骤1：采集电站A、换流站B、变电站C的断路器的状态值S₁~S_n，（对应本例子为S₁~S₁₄）；

步骤2：计算逻辑表达式 

的值；求取的表达式可设定，对本例子则为：

。

步骤3：将逻辑表达式值输出至换流站站控、稳控装置，电站稳控装置；

优选地，上述换流站运行方式的检测方法还进一步包括：

步骤4：获取当前时间T₁；并获取步骤1执行时的当前时间T₀，并判断T₁-T₀是否大于

，是则转至步骤1，否则重复执行步骤4。

其中

为根据装置的延时情况设置的时间。

优选地，孤岛检测装置通过检测电站A、换流站B、变电站C的断路器开、合状态来实现换流站B的孤岛、联网状态的检测。孤岛检测装置只给出孤岛、联网的逻辑检测，通过计算电站A、换流站B、变电站C断路器S₁至S₁₄（如图4-图6）的状态逻辑变量表达式实现，各断路器S₁至S₁₄均用“1“表示“打开”，“0”表示“闭合”，逻辑表达式值为“1”表示换流站处于孤岛运行方式，为“0”表示处于联网运行方式。基于上述假定，孤岛检测中存在以下逻辑表达式：

（1） B－C I回换流站Ｂ侧连接状态为S₁·（S₂+S₃）；即S₁打开（逻辑变量为“1”），S₂与S₃其中之一必须打开，S₁·（S₂+S₃）的逻辑表达式值为1；

（2） B－C I回变电站C侧连接状态为S₇·····（S₈+S₉）；

（3） B－C II回换流站Ｂ侧连接状态为S₄·（S₅+S₆）；

（4） B－C II回变电站C侧连接状态为S₁₀·S₁₁；

（5）A－C线的变电站C侧连接状态为

；其中表示与S₈取反符号；

（6）B－C I回连接状态为S₁·（S₂+S₃）+S₇······S₈；

（7）B－C II回连接状态为S₄·（S₅+S₆）+S₁₀·S₁₁；

（8）电站A与主网电气隔离状态为S₁₃·S₁₄；

孤岛运行方式A的逻辑判断关系式为

孤岛运行方式B的逻辑判断关系式为  

将孤岛运行方式A、B 逻辑关系式取“或”逻辑可得总的步骤2的孤岛检测逻辑关系式为：

此表达式值结果为1 则检测为孤岛，为0则检测为联网。

通过上述流程，可实现对孤岛状态的循环检测，根据装置的延时情况

可设置为5~10ms，即孤岛状态检测的时间分辨率可达到5~10ms。

为提高孤岛检测装置的可靠性，可在换流站装设两套孤岛检测装置，每套装置均独立采集电站A、换流站B、变电站C的相关断路器状态信息。换流站B、变电站C的相关断路器状态信息、换流站与主网联络线路的潮流信息均传至换流站B后，由设在换流站B的孤岛检测装置进行逻辑判断，判断的结果分别表示为

。为避免漏判，两套孤岛检测装置只要有1套输出为“1”，即有1套装置检测换流站处于孤岛运行状态，即认为换流站处于孤岛运行状态。

优选地，为了避免因开关变位、接线或站间通信原因导致两套装置孤岛检测结果不同，除通过上述逻辑关系式构成主判据外，还采用B-CII回线路（可根据实际情况选取需要监视的线路）功率构成防误判据，避免该会线路较高时误判为相应孤岛接线。两套孤岛检测装置的防误判、防漏判的逻辑表达式为：

上式中f_A,f_B分别表示两套孤岛检测装置的输出信号；

为B-CII回线路功率状态的逻辑变量，有功率时为“1”，无功率时为“0”，“

”为取反符号。

两套孤岛检测装置如输出不一致将发出语音与图像报警信号，该功能主要通过下式来检测两套装置输出是否一致：

其中f_A,f_B分别表示两孤岛检测装置的输出信号，

为异或运行，f_A,f_B均相同输出为1，相反时输出为0，“

”为取反符号。K为逻辑表达结果，即f_A,f_B不同时，K输出为1，启动语音与图像报警装置，通过蜂鸣音、在光字牌上闪烁显示“孤检测冲突”文字来提醒值班人员作出检查。

孤岛检测装置还接受人工命令，当值班人员按下“孤岛”按钮时，孤岛检测装置即输出孤岛状态信号通知换流站站控与稳控进入孤岛运行状态。此功能适用于计划孤岛运行情况，此时运行人员通过稳控***跳开相应的断路器，进入相应的孤岛运行接线方式，由于换流站是处于孤岛还是联网方式，换流站所采取的控制策略与方式是不同的，但是只要是处于孤岛方式，控制策略与参数则是完全一致的，人工进入孤岛时检测装置无需判别是进入哪一种孤岛运行状态。

孤岛检测装置一般装设在换流站，需要读取换流站、电站以及有电气联系的主网变电站的断路器状态信号。换流站的对侧站（接入的电站或相连的主网变电站）主要是采集断路器状态信号，不需进行逻辑判断功能，相关信号传到换流站的孤岛检测装置后再进行逻辑判断。来自本换流站的断路器状态信号可从相应的断路器开关辅助接点读取，而来自远方电站、变电站的断路器状态信号则该站的测控装置读取后，通过专业光纤或复用通道传输至换流站。孤岛判别装置的输入接口图9所示。

为提高可靠性与传输速度，孤岛检测装置的结果通过硬连接（如导线或控制电缆）发至换流站B的稳控装置和站控***；而电站A只需获取孤岛状态信号，无需进行控制策略的切换，因此孤岛装置的输出结果通过光纤连接送至电站A。

本发明还公开了一种换流站运行方式的检测装置，如图8所示其特征在于包括电站、换流站、变电站及其断路器，上述换流站运行方式的检测装置与各断路器连接，用于检测与电站、换流站、变电站相关的断路器的状态信号；

断路器信号采集装置，用于采集电站A、换流站B、变电站C的断路器的状态值S₁~S_n，（对应本例子为S₁~S₁₄）；

检测装置逻辑计算模块：用于计算逻辑表达式

的值；

上述换流站运行方式的检测装置与换流站站控装置、换流站稳控装置连接，用于发送检测值；

上述换流站运行方式的检测装置与电站稳控装置通过光纤连接。

优选地，上述换流站运行方式的检测装置还包括时间检测装置和判断模块，用于检测当前时间并存储和比较判断。

优选地，上述换流站运行方式的检测装置为两套，两套装置均独立采集电站A、换流站B、变电站C的相关断路器状态信息，孤岛检测装置只要有1套输出为“1”，即有1套装置检测换流站处于孤岛运行状态。

优选地，上述换流站运行方式的检测装置还包括报警装置，上述报警装置在两套换流站运行方式的检测装置输出不一致的情况下启动。提醒提升值班人员作出检查。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种换流站运行方式的检测方法，其包含以下步骤：

步骤1：检测装置采集电站、换流站、变电站的断路器的状态值S₁~S_n；

步骤2：检测装置计算逻辑表达式的值： ；

步骤3：检测装置将逻辑表达式值输出至换流站站控、换流站稳控装置，电站稳控装置；

所述步骤2的逻辑表达式为：

；

所述逻辑表达式值为“1”表示换流站处于孤岛运行方式，为“0”表示处于联网运行方式；

所述检测装置通过检测电站A、换流站B和变电站C的断路器S₁至S₁₄的开、合状态来实现换流站Ｂ的孤岛、联网状态的检测；各断路器S₁至S₁₄均用“1“表示“打开”，“0”表示“闭合”；

所述电站A母线I连接断路器S₁₄，所述电站A母线II连接断路器S₁₃；所述断路器S₁₄和断路器S₁₃连接，所述断路器S₁₄和断路器S₁₃通过两组断路器连接形成4/3接线中的一个串，所述断路器S₁₄和断路器S₁₃所在串回路有1回出线、2回进线，其中1回出线连接至变电站C，另外2回进线分别连接至电站A的两台机组；

所述断路器S₁、S₂和S₃依次连接，断路器S₁和断路器S₃的另外两端分别连接换流站B母线II和换流站Ｂ母线Ｉ；所述断路器S_４、S_５和S_６依次连接，断路器S_４和断路器S_６的另外两端分别连接换流站B母线II和换流站Ｂ母线Ｉ；所述断路器S₁和S₂之间的连接点连接变电站ＣＩ回，断路器S₂和S₃之间的连接点连接换流站ACF1；所述断路器S₄和S₅之间的连接点连接变电站ＣII回，断路器S₅和S₆之间的连接点连接换流站ACF2；

所述断路器S₇、S₈和S₉依次连接，断路器S₇和断路器S₉的另外两端分别连接变电站Ｃ母线II和变电站Ｃ母线I；所述断路器S₁₀、S₁₁和S₁₂依次连接，断路器S₁₀和断路器S₁₂的另外两端分别连接变电站Ｃ母线II和变电站Ｃ母线I；所述断路器S_７和S_８之间的连接点连接换流站ＢＩ回，断路器S₈和S₉之间的连接点连接电站A；所述断路器S₁₀和S₁₁之间的连接点连接换流站ＢII回，断路器S₁₁和S₁₂之间的连接点连接主网其他线路。

2.如权利要求1所述的换流站运行方式的检测方法，其特征在于采用两套检测装置和B-CII回线路进行检测，其逻辑表达式为：

其中，f_A,f_B分别表示两套孤岛检测装置的输出信号；

为B-CII回线路功率状态的逻辑变量；“

”为取反符号；“

”为逻辑与符号；

所述两套检测装置分别独立采集电站、换流站、变电站的相关断路器状态信息，并将两套检测装置的检测结果进行运算，然后将运算结果与B-CII回路的逻辑变量进行运算。

3.如权利要求1所述的换流站运行方式的检测方法，其特征在于所述方法包括：

步骤4：获取当前时间T₁；并获取步骤1执行时的时间T₀，判断T₁-T₀是否大于

，是则转至步骤1，否则重复执行步骤4；

其中

为根据装置的延时情况设置的时间。

4.如权利要求2所述的换流站运行方式的检测方法，其特征在于所述两孤岛检测装置输出不一致将报警，通过下式来检测两装置输出是否一致：

。

5.一种换流站运行方式的检测装置，其特征在于包括电站、换流站、变电站及其断路器；所述检测装置还包括断路器信号采集装置、检测装置逻辑计算模块；

所述断路器信号采集装置与各断路器连接，用于采集电站、换流站、变电站的断路器的状态值S₁~S_n；

检测装置逻辑计算模块：用于计算逻辑表达式

的值；

所述逻辑表达式为：

；

所述逻辑表达式值为“1”表示换流站处于孤岛运行方式，为“0”表示处于联网运行方式；

所述检测装置通过检测电站A、换流站B和变电站C的断路器S₁至S₁₄的开、合状态来实现换流站Ｂ的孤岛、联网状态的检测；各断路器S₁至S₁₄均用“1“表示“打开”，“0”表示“闭合”；

所述电站A母线I连接断路器S₁₄，所述电站A母线II连接断路器S₁₃；所述断路器S₁₄和断路器S₁₃连接，所述断路器S₁₄和断路器S₁₃之间的连接点连接变电站；

所述断路器S₁、S₂和S₃依次连接，断路器S₁和断路器S₃的另外两端分别连接换流站B母线II和换流站Ｂ母线Ｉ；所述断路器S_４、S_５和S_６依次连接，断路器S_４和断路器S_６的另外两端分别连接换流站B母线II和换流站Ｂ母线Ｉ；所述断路器S₁和S₂之间的连接点连接变电站ＣＩ回，断路器S₂和S₃之间的连接点连接换流站ACF1；所述断路器S₄和S₅之间的连接点连接变电站ＣII回，断路器S₅和S₆之间的连接点连接换流站ACF2；

所述断路器S₇、S₈和S₉依次连接，断路器S₇和断路器S₉的另外两端分别连接变电站Ｃ母线II和变电站Ｃ母线I；所述断路器S₁₀、S₁₁和S₁₂依次连接，断路器S₁₀和断路器S₁₂的另外两端分别连接变电站Ｃ母线II和变电站Ｃ母线I；所述断路器S_７和S_８之间的连接点连接换流站ＢＩ回，断路器S₈和S₉之间的连接点连接电站A；所述断路器S₁₀和S₁₁之间的连接点连接换流站ＢII回，断路器S₁₁和S₁₂之间的连接点连接主网其他线路。

6.如权利要求5所述的换流站运行方式的检测装置，其特征在于所述换流站运行方式的检测装置还包括：

时间检测装置和判断模块，用于检测时间并存储和比较判断。

7.如权利要求6所述的换流站运行方式的检测装置，其特征在于所述换流站运行方式的检测装置还包括报警装置，所述报警装置在两孤岛检测装置输出不一致时启动。

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