CN110556794B - 一种多端混合直流***的汇流母线保护配置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多端混合直流***的汇流母线保护配置方法，包括：汇流母线保护与两条直流线路的线路保护共同组屏，集成于一套保护装置中，共用一个合并单元；线路及汇流母线保护采用三重化配置，设置两套独立的三取二装置，三套线路及汇流母线保护将动作信号分别送至两套三取二装置及两套控制***；当合并单元送来的IDL1、IDL2、IDL3数据校验均有效且延时t1、无故障导致保护功能闭锁、线路及汇流母线保护软压板投入、线路及汇流母线保护硬压板投入同时满足时，该套线路及汇流母线保护功能才延时t2投入。本发明既能减少电流测点所需远端模块的数量、避免测点远端模块不足引起电流测量装置的增加，又能减少屏柜数量、大大增加保护的可靠性。

Description

一种多端混合直流***的汇流母线保护配置方法
技术领域
本发明涉及一种多端混合直流***的汇流母线保护配置方法。
背景技术
近年来，基于电网换相换流器高压直流输电(LCC-HVDC)技术逐渐成熟、成本低廉、损耗小，但由于其对受端电网的依赖性，存在换相失败的问题，且会增大受端电网***的短路容量，在多直流馈入的情况下存在较大的电网风险。基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)***的出现，凭借其模块化、低谐波含量、低损耗等优点，在大规模风电场并网、电网互联、多端直流输电等方面已广泛应用，模块化多电平换流器(MMC)已成为混合直流输电技术的主要发展趋势。目前国内外已有多项柔性直流工程投运，如国内的鲁西背靠背直流、南澳三端柔性直流示范工程、美国的Trans Bay Cable工程等，已投入运行的基于MMC方案的柔性直流工程均采用基于半桥子模块的模块化多电平换流器方案(halfbridge submodule based modular multilevel converter，HBMMC)，但是对直流侧故障无法实现自清除。基于全桥子模块换流器(full bridge submodule based modularmultilevel converter，FBMMC)的高压直流输电***在发生直流线路故障后能够迅速闭锁或输出负压切断直流故障电流，而不需要跳开交流侧断路器，故障切除后***能够迅速恢复运行，因此FBMMC更加适用于基于远距离架空线路的混合直流输电***。尤其是最近几年，柔性直流输电技术得到迅猛发展，已迈入特高压大容量柔性直流输电发展阶段。
为了使得换流器具有直流故障清除能力，并降低功率器件运行损耗，桥臂采用基于半桥和全桥子模块的混合型换流器，同时混合型换流器由于其经济性和优越的控制性能，还可用于构建多端直流输电***，大大提高了直流输电***的灵活性，具有广阔的应用前景。多端混合直流输电***中，以三端直流输电***为例，一般在线路中间站点设置了汇流母线，用于直流输电功率的汇集、分配，汇流母线区由于电压及电流测点众多、运行方式变化多样，对汇流母线保护的配置提出了很高的要求。
因此，有必要对多端混合直流汇流母线保护的配置方法进行深入研究，为实际工程设计提供参考。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种适用于多端混合直流***的汇流母线保护配置方法，通过将汇流母线保护与线路保护共同组屏，采取三重化配置，汇流母线保护与线路保护共用三取二装置，既能减少电流测点所需远端模块的数量、避免测点远端模块不足引起电流测量装置的增加，又能减少屏柜数量、大大增加保护的可靠性。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种多端混合直流***的汇流母线保护配置方法，包括以下步骤：
(1)多端混合直流***包括送端换流站、受端换流站一、受端换流站二、汇流母线、直流输电线路一、汇流连接线和直流输电线路二；
送端换流站通过直流输电线路一与汇流母线相连，汇流母线通过汇流连接线与受端换流站一相连，汇流母线还通过直流输电线路二与受端换流站二相连；
直流输电线路一上设置有隔刀Q1，汇流连接线上设置有隔刀Q2，直流输电线路二上设置有隔刀Q3；
汇流母线保护采集IDL1、IDL2、IDL3三个电流量和母线电压UDLBUS；
汇流母线保护的判据为：|IDL1-IDL2-IDL3|>k1*|MAX(IDL1,IDL2,IDL3)|&|UDL_BUS|<k2*UN；
其中，UN为汇流母线额定电压，k1、k2为比例系数；
IDL1为直流输电线路一电流，当隔刀Q1分开时，程序自动将其值强制等于0；
IDL2为汇流连接线电流，当隔刀Q2分开时，程序自动将其值强制等于0；
IDL3为直流输电线路二电流，当隔刀Q3分开时，程序自动将其值强制等于0；
(2)汇流母线保护与两条直流输电线路的线路保护共同组屏，集成于一套保护装置中，共用测量合并单元，现场的测量装置上送的IDL1、IDL2、IDL3、UDLBUS分别经光纤送至合并单元，再经合并单元送至线路及汇流母线保护装置中，用于线路保护逻辑、汇流母线保护逻辑运算；
(3)线路及汇流母线保护采用三重化配置，设置两套独立的三取二装置，三套线路及汇流母线保护将动作信号分别送至两套三取二装置，在三取二主机内进行逻辑判断，每套三取二主机出口均能跳交流断路器的两个跳闸线圈；同时，三套线路及汇流母线保护还分别将动作信号送至两套控制***，每套控制主机均设置独立的三取二逻辑，三取二逻辑满足时，由值班的控制***出口闭锁换流器、跳交流断路器；
(4)线路及汇流母线保护投入逻辑为：当合并单元送来的IDL1、IDL2、IDL3数据校验均有效且延时t1、无故障导致保护功能闭锁、线路及汇流母线保护软压板投入、线路及汇流母线保护硬压板投入同时满足时，线路及汇流母线保护功能才延时t2投入。
进一步地，步骤(2)中，保护装置包括双重化的电源板、保护板、管理板以及通讯板，装置内各板卡之间间隔两块板卡的空位，便于装置散热，提高保护装置的稳定性。
进一步地，步骤(2)中，每重保护均采用不同测量器件、通道、电源、出口的配置原则，并且任意一套保护退出运行而不影响直流***功率输送，当保护监测到某个测点故障时，仅退出该测点相关的保护功能，保护装置继续运行；当某套保护监测到装置本身故障时，闭锁全部保护功能，保护逻辑变为二取一；当两套保护装置故障退出时，保护逻辑变为一取一；当三套保护***全部因故退出运行后，直流极闭锁停运。
进一步地，步骤(4)中，每套线路及汇流母线保护只配置一块保护功能硬压板，关联装置内的两条线路保护及汇流母线保护功能，退出功能硬压板时，该套保护功能退出，线路保护及汇流母线保护降为二取一逻辑。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、汇流母线保护与两条直流输电线路的线路保护共同组屏，集成于一套保护装置中，可减少电流、电压测点数量、保护屏柜数量，经济性好。
2、采用两套完全独立的三取二逻辑，一方面设置两套独立的三取二装置，每套三取二主机出口均能跳交流断路器的两个跳闸线圈；另一方面，三套线路及汇流母线保护还分别将动作信号送至两套控制***，每套控制主机均设置独立的三取二逻辑，由值班的控制***出口闭锁换流器、跳交流断路器，这样即使两套三取二主机都故障，也还能正常闭锁换流器和跳交流断路器，可靠性高。
3、每套保护装置采用一块保护功能硬压板，关联两条线路保护及汇流母线保护，故障处理时隔离方便，减小作业过程中造成保护误动作的风险，同时不影响保护的可靠性。
附图说明
图1是本发明的多端混合直流输电***接线图；
图2是本发明的线路及汇流母线保护装置合并单元配置图；
图3是本发明的线路及汇流母线保护的三取二逻辑图；
图4是本发明的线路及汇流母线保护投入逻辑图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种多端混合直流***的汇流母线保护配置方法，包括以下步骤：
(1)图1示出了多端混合直流***的接线方式及测点，送端换流站为电网换相换流器(LCC)，即电流源型换流器，受端换流站一和受端换流站二均为模块化多电平换流器(MMC)，即电压源型换流器，换流站2为中间站点，汇流母线、汇流连接线与受端换流站一共同设在一个站内，送端换流站通过直流输电线路一与汇流母线相连，汇流母线分别通过汇流连接线、直流输电线路二连接至受端换流站一、受端换流站二。汇流母线保护采集IDL1、IDL2、IDL3三个电流量和母线电压UDLBUS，其保护范围为IDL1、IDL2、IDL3三个电流测量装置之间的母线及汇流连接线，IDL1、IDL2、IDL3三个电流测量装置的极性均如图1中标注的方向所示，定义从送端流向受端为正方向。
汇流母线保护的判据为：|IDL1-IDL2-IDL3|>k1*|MAX(IDL1,IDL2,IDL3)|&|UDL_BUS|<k2*UN。
其中，UN为汇流母线额定电压，k1、k2为比例系数。
IDL1：直流输电线路一电流，当隔刀Q1分开时，程序自动将其值强制等于0。
IDL2：汇流连接线电流，当隔刀Q2分开时，程序自动将其值强制等于0。
IDL3：直流输电线路二电流，当隔刀Q3分开时，程序自动将其值强制等于0。
汇流母线保护判据中关联了刀闸位置，自动判断运行方式，可保证某站退出运行后对相关模拟量测点进行注流试验时保护不会误动。这样，汇流母线保护逻辑随运行方式的变化而变化，既保证了运行方式的灵活性，又保证了电流测量量的准确性及保护的可靠性。
(2)汇流母线保护与两条直流输电线路的线路保护共同组屏，集成于一套保护装置中，共用测量合并单元。如图2所示，将现场的电流测量装置上送的IDL1、IDL2、IDL3、UDLBUS，其分别经光纤送至同一个合并单元，再经合并单元送至线路及汇流母线保护装置中，用于线路保护逻辑、汇流母线保护逻辑运算。
保护装置包括双重化的电源板、保护板、管理板以及通讯板，装置内各板卡之间间隔两块板卡的空位，便于装置散热，提高保护装置的稳定性。采用共同组屏的方案，在保护三重化配置的情况下，相比于汇流母线保护单独组屏的方案，可减少IDL1、IDL2、IDL3、UDLBUS四个测点所需远端模块的数量各3个，同时减少保护屏柜3面，在不影响保护可靠性、运维便利性的基础上减少了投资。
(3)如图3所示，线路及汇流母线保护采用三重化配置，设置两套独立的三取二装置，每套线路及汇流母线保护动作信号分别送至两套三取二主机，在三取二主机内进行逻辑判断，每套三取二主机出口均能跳交流断路器的两个跳闸线圈；同时，三套线路及汇流母线保护还分别将动作信号送至两套控制***，每套控制主机均设置独立的三取二逻辑，三取二逻辑满足时，由值班的控制***出口闭锁换流器、跳交流断路器。
每重保护均采用不同测量器件、通道、电源、出口的配置原则，并且任意一套保护退出运行而不影响直流***功率输送。当保护监测到某个测点故障时，仅退出该测点相关的保护功能，保护装置继续运行；当某套保护监测到装置本身故障时，闭锁全部保护功能，保护逻辑变为二取一；当两套保护装置故障退出时，保护逻辑变为一取一；当三套保护***全部因故退出运行后，直流极闭锁停运。
(4)线路及汇流母线保护投入逻辑如图4所示，当合并单元送来的IDL1、IDL2、IDL3数据校验均有效且延时t1、无故障导致保护功能闭锁、线路及汇流母线保护软压板投入、线路及汇流母线保护硬压板投入同时满足时，该套线路及汇流母线保护功能才延时t2投入。每套线路及汇流母线保护只配置一块保护功能硬压板，关联装置内的两条线路保护及汇流母线保护功能，退出功能硬压板时，该套保护功能退出，线路保护及汇流母线保护降为二取一逻辑。这样，在某个测点异常或者某个通道故障、某个板卡故障需要检查处理时，退出该功能硬压板，将整套保护功能退出，便于检修处理时将装置完全隔离，减小作业过程中造成保护误动作的风险，大大提高了在线检修的安全性，同时故障处理时短时退出单套保护，并不影响整个线路及汇流母线保护的可靠性。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种多端混合直流***的汇流母线保护配置方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)多端混合直流***包括送端换流站、受端换流站一、受端换流站二、汇流母线、直流输电线路一、汇流连接线和直流输电线路二；
送端换流站通过直流输电线路一与汇流母线相连，汇流母线通过汇流连接线与受端换流站一相连，汇流母线还通过直流输电线路二与受端换流站二相连；
直流输电线路一上设置有隔刀Q1，汇流连接线上设置有隔刀Q2，直流输电线路二上设置有隔刀Q3；
汇流母线保护采集IDL1、IDL2、IDL3三个电流量和母线电压UDLBUS；
汇流母线保护的判据为：|IDL1-IDL2-IDL3|>k1*|MAX(IDL1,IDL2,IDL3)|&|UDLBUS|<k2*UN；
其中，UN为汇流母线额定电压，k1、k2为比例系数；
IDL1为直流输电线路一电流，当隔刀Q1分开时，程序自动将其值强制等于0；
IDL2为汇流连接线电流，当隔刀Q2分开时，程序自动将其值强制等于0；
IDL3为直流输电线路二电流，当隔刀Q3分开时，程序自动将其值强制等于0；
(2)汇流母线保护与两条直流输电线路的线路保护共同组屏，集成于一套保护装置中，共用测量合并单元，现场的测量装置上送的IDL1、IDL2、IDL3、UDLBUS分别经光纤送至合并单元，再经合并单元送至线路及汇流母线保护装置中，用于线路保护逻辑、汇流母线保护逻辑运算；
(3)线路及汇流母线保护采用三重化配置，设置两套独立的三取二装置，三套线路及汇流母线保护将动作信号分别送至两套三取二装置，在三取二主机内进行逻辑判断，每套三取二主机出口均能跳交流断路器的两个跳闸线圈；同时，三套线路及汇流母线保护还分别将动作信号送至两套控制***，每套控制主机均设置独立的三取二逻辑，三取二逻辑满足时，由值班的控制***出口闭锁换流器、跳交流断路器；
(4)线路及汇流母线保护投入逻辑为：当合并单元送来的IDL1、IDL2、IDL3数据校验均有效且延时t1、无故障导致保护功能闭锁、线路及汇流母线保护软压板投入、线路及汇流母线保护硬压板投入同时满足时，线路及汇流母线保护功能才延时t2投入。
2.根据权利要求1所述的一种多端混合直流***的汇流母线保护配置方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，保护装置包括双重化的电源板、保护板、管理板以及通讯板，装置内各板卡之间间隔两块板卡的空位，便于装置散热，提高保护装置的稳定性。
3.根据权利要求1所述的一种多端混合直流***的汇流母线保护配置方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，每重保护均采用不同测量器件、通道、电源、出口的配置原则，并且任意一套保护退出运行而不影响直流***功率输送，当保护监测到某个测点故障时，仅退出该测点相关的保护功能，保护装置继续运行；当某套保护监测到装置本身故障时，闭锁全部保护功能，保护逻辑变为二取一；当两套保护装置故障退出时，保护逻辑变为一取一；当三套保护***全部因故退出运行后，直流极闭锁停运。
4.根据权利要求1所述的一种多端混合直流***的汇流母线保护配置方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，每套线路及汇流母线保护只配置一块保护功能硬压板，关联装置内的两条线路保护及汇流母线保护功能，退出保护功能硬压板时，该套线路及汇流母线保护功能退出，线路保护及汇流母线保护降为二取一逻辑。
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