CN110661240A - 混合式高压直流断路器的分闸控制方法及相关装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供的一种混合式高压直流断路器的分闸控制方法、装置、可读存储介质及控制器，属于电力***的柔性直流输电领域，方法包括在启动线路行波保护后，执行预分闸，即将主支路电流转移到转移支路；在线路行波保护动作后，执行分闸，将转移支路电流转移到耗能支路。通过在线路行波保护动作之前执行预分闸，缩短了故障发生到混合式高压直流断路器的分闸完成之间的时间，及时隔离了故障。

Description

混合式高压直流断路器的分闸控制方法及相关装置
技术领域
本发明涉及电力***的柔性直流输电领域，更具体地说，涉及混合式高压直流断路器的分闸控制方法、装置、可读存储介质及控制器。
背景技术
柔性直流输电技术具有有功功率和无功功率快速独立控制、不依赖交流***提供换相电流、可以向无源网络供电以及无须安装滤波器等特点，是直流输电重要的发展方向。柔性直流输电***组网的关键设备是高压直流断路器，当直流线路发生故障，通过高压直流断路器快速隔离故障，避免换流阀闭锁，从而保证其他线路可以继续传输功率。当直流线路发生故障，故障电流上升迅速，为了防止换流阀闭锁，实现直流线路故障穿越，必须在毫秒级的时间内切除故障，这就需要高压直流断路器与线路保护密切配合。
混合式高压直流断路器如图1所示，包括主支路，转移支路和耗能支路。主支路包括机械开关和电力电子开关；转移支路包括电力电子开关。混合式高压直流断路器合闸状态时，主支路通流。混合式高压直流断路器的分闸过程为，控制转移支路的电力电子开关导通，并控制主支路的电力电子开关断开，当主支路电流全部转移到转移支路后，控制主支路的机械开关断开；然后控制转移支路的电力电子开关断开，使电流从转移支路转移到耗能支路，完成分闸。现有技术中，从故障发生到混合式高压直流断路器的分闸完成所需的时间较长。
发明内容
有鉴于此，本发明提出混合式高压直流断路器的分闸控制方法、装置、可读存储介质及控制器，欲缩短故障发生到混合式高压直流断路器的分闸完成之间的时间，及时隔离故障的目的。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
第一方面，本发明的实施例提供一种混合式高压直流断路器的分闸控制方法，包括：
判断是否开启线路行波保护，若是，则开始计时；
判断计时时间是否大于预设的保护延时时间，若是，则控制转移支路的电力电子开关导通，并控制主支路的电力电子开关断开；
判断是否进行线路行波保护动作，若是，则控制所述主支路的机械开关断开，并控制所述转移支路的电力电子开关断开。
可选的，若在预设时间内，所述判断是否进行线路行波保护动作的结果均是否，则控制所述转移支路的电力电子开关断开，并控制所述主支路的电力电子开关导通。
可选的，所述判断是否开启线路行波保护的过程，具体包括：
根据第一参考值公式，计算得到第一参考值，所述第一参考值公式为
Pdif＝0.5×Zdif×(IDL1-IDL2)-0.5×(UDL1-UDL2)
其中，Pdif为第一参考值，IDL1为正极线路的电流，IDL2为负极线路的电流，UDL1为正极线路的电压，UDL2为负极线路的电压，Zdif为预设的第一常数值；
判断所述第一参考值是否大于预设的第一阈值，若是，则确定开启线路行波保护。
可选的，在所述确定开启线路行波保护前，还包括：
对所述第一参考值求导得到第一参数变化率；
判断所述第一参数变化率是否大于预设的第二阈值，若是，则确定开启线路行波保护。
可选的，所述判断是否进行线路行波保护动作的过程，具体包括：
根据第二参考值公式，计算得到第二参考值，所述第二参考值公式为
Qcom＝0.5×Zcom×(IDL1+IDL2)-0.5×(UDL1+UDL2)
其中，Qcom为第二参考值，IDL1为正极线路的电流，IDL2为负极线路的电流，UDL1为正极线路的电压，UDL2为负极线路的电压，Zcom为预设的第二常数值；
判断所述第二参考值是否大于预设的第三阈值，若是，则确定进行线路行波保护动作。
可选的，在所述确定进行线路行波保护动作前，还包括：
对所述第二参考值求导得到第二参数变化率；
判断所述第二参数变化率是否大于预设的第四阈值，若是，则确定进行线路行波保护动作。
第二方面，本发明的实施例提供一种混合式高压直流断路器的分闸控制装置，包括：
第一判断单元，用于判断是否开启线路行波保护，若是，则开始计时；
第二判断单元，用于判断计时时间是否大于预设的保护延时时间，若是，则控制转移支路的电力电子开关导通，并控制主支路的电力电子开关断开；
第三判断单元，用于判断是否进行线路行波保护动作，若是，则控制所述主支路的机械开关断开，并控制所述转移支路的电力电子开关断开。
可选的，所述第三判断单元，还用于若在预设时间内，所述判断是否进行线路行波保护动作的结果均是否，则控制所述转移支路的电力电子开关断开，并控制所述主支路的电力电子开关导通。
第三方面，本发明的实施例提供一种可读存储介质，其上存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现如第一方面提供的任意一种分闸控制方法的各个步骤。
第四方面，本发明的实施例提供一种控制器，包括存储器和处理器，所述存储器，用于存储程序；所述处理器，用于执行所述程序，实现如第一方面提供的任意一种分闸控制方法的各个步骤。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
上述技术方案提供的一种混合式高压直流断路器的分闸控制方法，在启动线路行波保护后，执行预分闸，即将主支路电流转移到转移支路；在线路行波保护动作后，执行分闸，将转移支路电流转移到耗能支路。通过在线路行波保护动作之前执行预分闸，缩短了故障发生到混合式高压直流断路器的分闸完成之间的时间，及时隔离了故障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为混合式高压直流断路器的电路示意图；
图2为现有技术中混合式高压直流断路器的分闸过程示意图；
图3为本发明提供的混合式高压直流断路器的分闸过程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种混合式高压直流断路器的分闸控制方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的一种混合式高压直流断路器的分闸控制装置的逻辑结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种控制器的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中混合式高压直流断路器的分闸过程，是在线路行波保护动作后开始执行的，如图2所示。图中第一次换流指的是将主支路电流转移到转移支路，第二次换流指的是将转移支路电流转移到耗能支路。整个过程耗费时间较长。本发明的核心思路是在启动线路行波保护后，执行预分闸，即将主支路电流转移到转移支路，如图3所示。通过在线路行波保护动作之前执行预分闸，缩短了故障发生到混合式高压直流断路器的分闸完成之间的时间，及时隔离了故障。
参见图4，为本发明的实施例提供一种混合式高压直流断路器的分闸控制方法的流程图。该分闸控制方法可以包括步骤：
S41：判断是否开启线路行波保护，若是，则开始计时；
S42：判断计时时间是否大于预设的保护延时时间，若是，则控制转移支路的电力电子开关导通，并控制主支路的电力电子开关断开。
控制转移支路的电力电子开关导通，并控制主支路的电力电子开关断开，将主支路电流转移到转移支路，实现了预分闸。
S43：判断是否进行线路行波保护动作，若是，则控制主支路的机械开关断开，并控制转移支路的电力电子开关断开。
控制主支路的机械开关断开，并控制转移支路的电力电子开关断开，将转移支路电流转移到耗能支路，完成了分闸。
在一个具体实施例中，完成预分闸后，实时判断是否进行线路行波保护动作，若在一段时间内出现判断结果为是的情况，则控制主支路的机械开关断开，并控制转移支路的电力电子开关断开，将转移支路电流转移到耗能支路；若在一段时间内出现判断结果均为否，则控制转移支路的电力电子开关断开，并控制主支路的电力电子开关导通，即控制混合式高压直流断路器恢复到合闸状态。
发明人在实现本发明过程中发现，当直流线路发生故障时，会从故障点产生以接近光速传播的暂态电流行波和电压行波信号，包含丰富的故障信息，可利用行波故障分量，构成超高速行波保护。下面介绍，依据行波故障分量，判断是否开启线路行波保护的过程。
A11：根据第一参考值公式，计算得到第一参考值Pdif。
第一参考值公式为Pdif＝0.5×Zdif×(IDL1-IDL2)-0.5×(UDL1-UDL2)，其中，Pdif为第一参考值，IDL1为正极线路的电流，IDL2为负极线路的电流，UDL1为正极线路的电压，UDL2为负极线路的电压，Zdif为预设的第一常数值。Zdif为与直流线路的单位长度的电阻、电感、电容以及电导有关的常数值。
A12：判断第一参考值Pdif是否大于预设的第一阈值Δ1，若是，则确定开启线路行波保护。
为了提高行波保护的可靠性，还可以在确定开启线路行波保护前，第一参考值Pdif求导得到第一参数变化率dPdif/dt，并判断第一参数变化率dPdif/dt是否大于预设的第二阈值Δ2，若是，则确定开启线路行波保护。即在Pdif＞Δ1且dPdif/dt＞Δ2时，才确定开启线路行波保护。
依据行波故障分量，判断是否进行线路行波保护动作的过程，具体包括：
A21：根据第二参考值公式，计算得到第二参考值Qcom。
第二参考值公式为Qcom＝0.5×Zcom×(IDL1+IDL2)-0.5×(UDL1+UDL2)，其中，Qcom为第二参考值，IDL1为正极线路的电流，IDL2为负极线路的电流，UDL1为正极线路的电压，UDL2为负极线路的电压，Zcom为预设的第二常数值。Zcom也是与直流线路的单位长度的电阻、电感、电容以及电导有关的常数值。
A22：判断第二参考值Qcom是否大于预设的第三阈值Δ3，若是，则确定进行线路行波保护动作。
为了提高行波保护的可靠性，还可以在确定进行线路行波保护动作前，对第二参考值Qcom求导得到第二参数变化率dQcom/dt，并判断第二参数变化率dQcom/dt是否大于预设的第四阈值Δ4，若是，则确定进行线路行波保护动作。即在Qcom＞Δ3且dQcom/dt＞Δ4，才确定进行线路行波保护动作。
对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。
下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。
参见图5，为本发明的实施例提供一种混合式高压直流断路器的分闸控制装置的逻辑结构示意图。该分闸控制装置包括：第一判断单元51、第二判断单元52和第三判断单元53。
第一判断单元51，用于判断是否开启线路行波保护，若是，则开始计时；
第二判断单元52，用于判断计时时间是否大于预设的保护延时时间，若是，则控制转移支路的电力电子开关导通，并控制主支路的电力电子开关断开；
第三判断单元53，用于判断是否进行线路行波保护动作，若是，则控制所述主支路的机械开关断开，并控制所述转移支路的电力电子开关断开。
可选的，第三判断单元，还用于若在预设时间内，所述判断是否进行线路行波保护动作的结果均是否，则控制所述转移支路的电力电子开关断开，并控制所述主支路的电力电子开关导通。
本发明实施例提供的分闸控制方法可应用于控制器。参见图6，为本发明控制器的较佳实施例的示意图。控制器的硬件结构可以包括：至少一个处理器61，至少一个通信接口62，至少一个存储器63和至少一个通信总线64；且处理器61、通信接口62、存储器63通过通信总线64完成相互间的通信。
处理器61在一些实施例中可以是一个CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，或者是ASIC(Application Specific Integrated Circuit，特定集成电路)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路等。
通信接口62可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。通常用于在控制器与其他电子设备或***之间建立通信连接。
存储器63包括至少一种类型的可读存储介质。可读存储介质可以为如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器等NVM(non-volatile memory，非易失性存储器)。可读存储介质还可以是高速RAM(random access memory，随机存取存储器)存储器
其中，存储器63存储有计算机程序，处理器61可调用存储器63存储的计算机程序，所述计算机程序用于：
判断是否开启线路行波保护，若是，则开始计时；
判断计时时间是否大于预设的保护延时时间，若是，则控制转移支路的电力电子开关导通，并控制主支路的电力电子开关断开；
判断是否进行线路行波保护动作，若是，则控制所述主支路的机械开关断开，并控制所述转移支路的电力电子开关断开。
所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
图6仅示出了具有组件61～64的控制器，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。
本发明实施例还提供一种可读存储介质，该可读存储介质可存储有适于处理器执行的程序，所述程序用于：
判断是否开启线路行波保护，若是，则开始计时；
判断计时时间是否大于预设的保护延时时间，若是，则控制转移支路的电力电子开关导通，并控制主支路的电力电子开关断开；
判断是否进行线路行波保护动作，若是，则控制所述主支路的机械开关断开，并控制所述转移支路的电力电子开关断开。
所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种混合式高压直流断路器的分闸控制方法，其特征在于，包括：
判断是否开启线路行波保护，若是，则开始计时；
判断计时时间是否大于预设的保护延时时间，若是，则控制转移支路的电力电子开关导通，并控制主支路的电力电子开关断开；
判断是否进行线路行波保护动作，若是，则控制所述主支路的机械开关断开，并控制所述转移支路的电力电子开关断开。
2.根据权利要求1所述的分闸控制方法，其特征在于，若在预设时间内，所述判断是否进行线路行波保护动作的结果均是否，则控制所述转移支路的电力电子开关断开，并控制所述主支路的电力电子开关导通。
3.根据权利要求1所述的分闸控制方法，其特征在于，所述判断是否开启线路行波保护的过程，具体包括：
根据第一参考值公式，计算得到第一参考值，所述第一参考值公式为
Pdif＝0.5×Zdif×(IDL1-IDL2)-0.5×(UDL1-UDL2)
其中，Pdif为第一参考值，IDL1为正极线路的电流，IDL2为负极线路的电流，UDL1为正极线路的电压，UDL2为负极线路的电压，Zdif为预设的第一常数值；
判断所述第一参考值是否大于预设的第一阈值，若是，则确定开启线路行波保护。
4.根据权利要求3所述的分闸控制方法，其特征在于，在所述确定开启线路行波保护前，还包括：
对所述第一参考值求导得到第一参数变化率；
判断所述第一参数变化率是否大于预设的第二阈值，若是，则确定开启线路行波保护。
5.根据权利要求1所述的分闸控制方法，其特征在于，所述判断是否进行线路行波保护动作的过程，具体包括：
根据第二参考值公式，计算得到第二参考值，所述第二参考值公式为
Qcom＝0.5×Zcom×(IDL1+IDL2)-0.5×(UDL1+UDL2)
其中，Qcom为第二参考值，IDL1为正极线路的电流，IDL2为负极线路的电流，UDL1为正极线路的电压，UDL2为负极线路的电压，Zcom为预设的第二常数值；
判断所述第二参考值是否大于预设的第三阈值，若是，则确定进行线路行波保护动作。
6.根据权利要求5所述的分闸控制方法，其特征在于，在所述确定进行线路行波保护动作前，还包括：
对所述第二参考值求导得到第二参数变化率；
判断所述第二参数变化率是否大于预设的第四阈值，若是，则确定进行线路行波保护动作。
7.一种混合式高压直流断路器的分闸控制装置，其特征在于，包括：
第一判断单元，用于判断是否开启线路行波保护，若是，则开始计时；
第二判断单元，用于判断计时时间是否大于预设的保护延时时间，若是，则控制转移支路的电力电子开关导通，并控制主支路的电力电子开关断开；
第三判断单元，用于判断是否进行线路行波保护动作，若是，则控制所述主支路的机械开关断开，并控制所述转移支路的电力电子开关断开。
8.根据权利要求7所述的分闸控制装置，其特征在于，所述第三判断单元，还用于若在预设时间内，所述判断是否进行线路行波保护动作的结果均是否，则控制所述转移支路的电力电子开关断开，并控制所述主支路的电力电子开关导通。
9.一种可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现如权利要求1～6中任一项所述的分闸控制方法的各个步骤。
10.一种控制器，包括存储器和处理器，所述存储器，用于存储程序；其特征在于，所述处理器，用于执行所述程序，实现如权利要求1～6中任一项所述的分闸控制方法的各个步骤。
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