一种负压耦合式高压直流断路器的控保系统

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种负压耦合式高压直流断路器的控保系统。

背景技术

柔性直流电网可以实现大范围内的潮流分配和控制，相比于端对端柔性直流输电，柔性直流电网具有更高的可靠性和灵活性。直流断路器是迅速有效切除柔性直流电网中的直流线路故障，以防止故障范围蔓延的关键设备，因此对高压直流断路器的控制和保护功能至关重要。

与交流断路器不同，高压直流断路器尤其是负压耦合式高压直流断路器是一个复杂的系统，技术难度大，涉及快速机械开关、价格昂贵的可控关断的IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)器件、吸收能量的MOV(Metal Oxide Varistor，金属氧化物压敏电阻)组件、产生震荡电流的负压耦合装置等，因此，高压直流断路器的控保系统设计难度较大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种负压耦合式高压直流断路器的控保系统，以实现对负压耦合式高压直流断路器的控制和保护功能。

一种负压耦合式高压直流断路器的控保系统，包括：控制主机、控制子机、主支路控制模块、转移支路控制模块、负压耦合装置控制模块、保护动作出口逻辑装置，以及多重化冗余设置的本体保护合并单元一体化装置；

所述本体保护合并单元一体化装置用于接收高压直流断路器的状态信息，当高压直流断路器出现异常时输出保护动作信号，上送给所述保护动作出口逻辑装置；所述保护动作出口逻辑装置仅在上送保护动作信号的本体保护合并单元一体化装置的个数超过阈值时，才将保护动作信号上送给所述控制主机；

所述控制主机用于接收柔性直流电网的控保系统下达的指令和/或所述保护动作出口逻辑装置上送的保护动作信号，进行逻辑处理后生成分合闸指令，然后下发给所述主支路控制模块、转移支路控制模块和负压耦合装置控制模块中的相应控制模块，从而实现直流断路器的分合闸；

所述控制主机还用于上送柔性直流电网的控保系统需要的信息。

可选的，所述保护动作出口逻辑装置为三取二装置，对应的，所述负压耦合式高压直流断路器的控保系统采用冗余设置的三套本体保护合并单元一体化装置，正常情况下这三套本体保护合并单元一体化装置均处于运行状态。

可选的，所述负压耦合式高压直流断路器的控保系统还设置有第四套本体保护合并单元一体化装置，正常情况下所述第四套本体保护合并单元一体化装置处于备用状态。

可选的，所述负压耦合式高压直流断路器的控保系统采用冗余设置的两套所述三取二装置，并且这两套三取二装置均处于运行状态。

可选的，所述负压耦合式高压直流断路器的控保系统采用冗余设置的两套所述控制主机，并且这两套控制主机实时通信、均处于运行状态。

可选的，所述负压耦合式高压直流断路器的控保系统共设置两个控制子机，分别是控制子机1和控制子机2，控制子机1负责与转移支路控制模块进行通讯，控制子机2负责与主支路控制模块和负压耦合装置控制模块进行通讯。

可选的，所述本体保护合并单元一体化装置具体用于实现本体过流保护功能和本体失灵/闭锁保护功能；

所述本体过流保护功能，包括：断路器本体后备过流保护功能、断路器本体后备过负荷保护功能、转移支路过流闭锁功能和重合闸过流保护功能；

所述本体失灵/闭锁保护功能包括：重合闸/合闸失败闭锁保护功能和断路器失灵保护功能。

可选的，所述本体保护合并单元一体化装置还用于气体传感器相互配合，各供能变气室内的气体实时压力及气体温度，并根据当前气室气体状态提供压力报警、温度报警的监测功能。

可选的，负压耦合式高压直流断路器的控保系统还包括：第一监视装置，用于接收耗能支路的避雷器动作信号。

可选的，负压耦合式高压直流断路器的控保系统还包括：第二监视装置，用于接收供能变压器的非电量信号。

从上述的技术方案可以看出，负压耦合式高压直流断路器的控保系统与柔性直流电网的控保系统进行实时通讯，保证了负压耦合式高压直流断路器能够实时响应柔性直流电网的应用需求，迅速有效切除柔性直流电网中的直流线路故障，防止故障范围蔓延。此外，本体保护合并单元一体化装置采用多重化冗余设置，并配置有保护动作出口逻辑装置，当本体保护合并单元一体化装置异常时，尽可能保障了上送到控制主机的保护动作信号的可靠性，同时确保了在极端故障情况下负压耦合式直流断路器的安全。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种负压耦合式高压直流断路器的控保系统结构示意图；

图2为现有技术公开的一种负压耦合式高压直流断路器的整体拓扑结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种三取二装置与本体保护合并单元一体化装置关系图；

图4为本发明实施例公开的又一种三取二装置与本体保护合并单元一体化装置关系图；

图5a为断路器本体后备过流保护逻辑示意图；

图5b为断路器本体后备过负荷保护逻辑示意图；

图5c为转移支路过流闭锁逻辑示意图；

图5d为重合过流保护逻辑示意图；

图6为本发明实施例公开的一种本体保护合并单元一体化装置通讯关系示意图；

图7为本发明实施例公开的又一种负压耦合式高压直流断路器的控保系统结构示意图。

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。

参见图1，本发明实施例公开了一种负压耦合式高压直流断路器的控保系统，包括：控制主机、控制子机、主支路控制模块、转移支路控制模块、负压耦合装置控制模块、保护动作出口逻辑装置，以及多重化冗余设置的本体保护合并单元一体化装置；

所述本体保护合并单元一体化装置用于接收高压直流断路器的状态信息，当高压直流断路器出现异常时输出保护动作信号，上送给所述保护动作出口逻辑装置；所述保护动作出口逻辑装置仅在上送保护动作信号的本体保护合并单元一体化装置的个数超过阈值时，才将保护动作信号上送给所述控制主机；

所述控制主机用于接收柔性直流电网的控保系统下达的指令和/或所述保护动作出口逻辑装置上送的保护动作信号，进行逻辑处理后生成分合闸指令，然后下发给所述主支路控制模块、转移支路控制模块和负压耦合装置控制模块中的相应控制模块，从而实现直流断路器的分合闸；

所述控制主机还用于上送柔性直流电网的控保系统需要的信息，例如将负压耦合式高压直流断路器的状态信息上送给柔性直流电网的控保系统。

图2示出了负压耦合式高压直流断路器的整体拓扑结构，包括并联连接的主支路、转移支路和耗能支路；所述主支路上设置有快速机械开关，所述转移支路上设置有主固态开关支路(图2仅以具有5个主固态开关支路作为示例)和耦合负压装置，所述耗能支路上设置有避雷器。干路、主支路、转移支路上均配备有电子式互感器，用于采集干路、支路中的电流，通过远端模块送往给本体保护合并单元一体化装置。前述主支路控制模块、转移支路控制模块、负压耦合装置控制模块分别是指用于控制负压耦合式高压直流断路器中的主支路、转移支路、负压耦合装置的模块。

由以上对本发明实施例的描述可知，负压耦合式高压直流断路器的控保系统与柔性直流电网的控保系统进行实时通讯，保证了负压耦合式高压直流断路器能够实时响应柔性直流电网的应用需求，迅速有效切除柔性直流电网中的直流线路故障，防止故障范围蔓延。此外，本体保护合并单元一体化装置采用多重化冗余设置，并配置有保护动作出口逻辑装置，当本体保护合并单元一体化装置异常时，尽可能保障了上送到控制主机的保护动作信号的可靠性，同时确保了在极端故障情况下负压耦合式直流断路器的安全。

其中，所述保护动作出口逻辑装置例如可以是三取二装置、二取一装置或二取二装置等，并不局限。以三取二装置为例，如图3所示，当所述保护动作出口逻辑装置采用三取二装置时，本体保护合并单元一体化装置采用三重化冗余设置(即共有三套本体保护合并单元一体化装置，分别是本体保护合并单元一体化装置1、2、3)，这三套本体保护合并单元一体化装置在物理上和电气上完全独立，正常情况下这三套本体保护合并单元一体化装置均处于运行状态，当任意一套本体保护合并单元一体化装置由于故障、检修或其他原因而退出工作时，不会对另外两套本体保护合并单元一体化装置造成影响；所述三取二装置在收到至少两套本体保护合并单元一体化装置输出的保护动作信号时，才出口该保护动作信号，其目的在于当本体保护合并单元一体化装置异常时，尽可能保障上送到控制主机的保护动作信号是可靠的。

可选的，参见图4，本体保护合并单元一体化装置共设置四套，本体保护合并单元一体化装置1-3为运行状态，本体保护合并单元一体化装置4为备用状态，仅在本体保护合并单元一体化装置1-3中的一套因故障退出运行状态时，本体保护合并单元一体化装置4才进入运行状态。

可选的，仍参见图3或图4，本发明实施例采用冗余设置的两套三取二装置，分别是三取二装置1和三取二装置2，两套三取二装置均处于运行状态，提高了负压耦合式高压直流断路器的控保系统的稳定性和可靠性。

负压耦合式高压直流断路器的控保系统十分关键，其一旦出现问题，将导致对高压直流断路器的控制和保护功能失效。对此，可选的，在上述公开的任一实施例中，仍参见图1，本发明实施例采用冗余设置的两套控制主机，两套控制主机实时通信、均处于运行状态，提高了负压耦合式高压直流断路器的控保系统的稳定性和可靠性。控制子机接收两套控制主机下发的指令，通过判断控制主机1和控制主机2的值班状态，选择值班状态主机的指令执行。两套控制主机之间具体可以通过双通道光纤进行实时通信，完成值班机和备用机之间的状态切换，但通信媒介并不局限于双通道光纤。

可选的，在上述公开的任一实施例中，控制子机的个数为至少一个，也即是说，控制子机的功能可以集中在一个控制子机上实现也可以分摊到多个控制子机上实现。例如，仍参见图1，可以共设置2个控制子机，控制子机1、控制子机2内部分为对等的两套A/B系统，控制子机1负责与转移支路控制模块进行通讯，控制子机2负责与主支路控制模块和负压耦合装置控制模块进行通讯。控制子机1-2会接收主支路控制装置、转移支路控制装置、负压耦合装置控制装置反馈的信息，并上送给控制主机。

可选的，在上述公开的任一实施例中，本体保护合并单元一体化装置用于实现的本体保护功能分为本体过流保护功能和本体失灵/闭锁保护功能。

其中，所述本体过流保护功能，包括：断路器本体后备过流保护功能、断路器本体后备过负荷保护功能、转移支路过流闭锁功能和重合闸过流保护功能。下面对各项本体过流保护功能进行详述：

1)断路器本体后备过流保护功能

断路器本体后备过流保护功能主要是防止短路电流超过断路器的分断能力，造成断路器损坏。具体操作为：如图5a所示，当负压耦合式高压直流断路器处于合闸位置，且无保护跳闸命令时，如果主支路电流超过预测超限设定的电流阈值，则输出本体后备过流保护动作信号。

2)断路器本体后备过负荷保护功能

断路器本体后备过负荷保护功能主要是防止负荷电流长期超过断路器额定一次电流，造成断路器损坏。具体操作为：如图5b所示，当负压耦合式高压直流断路器处于合闸位置，且无保护跳闸命令时，主支路电流超过预测超限设定的电流阈值且其持续时间超过负荷超限阈值时间，则输出后备过负荷保护动作信号。

3)转移支路过流闭锁功能

如图5c所示，当直流断路器在分闸过程中，转移支路电流超过预测超限设定的电流阈值，为防止转移支路损坏，输出立即关断电子开关，闭锁转移支路，并操作机械开关重新合闸的动作信号，让电流重新从主支路流过。

4)重合过流保护功能

如图5d所示，当断路器进行了合闸操作，此时如果主支路电路超过预测超限设定的电流阈值，为防止电流过大后无法分断，输出重合过流保护动作信号，进行分闸。

另外，所述本体失灵/闭锁保护功能，就是：根据全面的断路器本体信息，对断路器本体异常的情况进行判断，进行断路器本体不同异常情况的处理和控制操作的闭锁，以保证断路器的可靠运行，并确保断路器设备本体尤其是电力电子开关的安全。本体失灵/闭锁保护功能具体包括：重合闸/合闸失败闭锁保护功能和断路器失灵保护功能，具体描述如下：

1)重合闸/合闸失败闭锁保护

重合闸动作后，为防止断路器相关元器件过热，断路器本体需要闭锁一段时间的分闸操作。如果断路器重合闸过程中出现重合闸过流保护动作，则断路器分闸后闭锁一段时间的合闸操作。

2)断路器失灵保护

断路器失灵主要是在断路器分闸和合闸过程中检测到断路器分闸异常、合闸异常或断路器闭锁信号时，则产生断路器失灵的信号，通知控制主机和监控后台。

可选的，在上述公开的任一实施例中，本体保护合并单元一体化装置除了与断路器的干路、主支路、转移支路上的电子式互感器相互配合，还与气体传感器相互配合，监测各供能变气室内的气体实时压力及气体温度，并根据当前气室气体状态提供压力报警、温度报警等监测功能，如图6所示。

可选的，在上述公开的任一实施例中，参见图7，负压耦合式高压直流断路器的控保系统还包括：监视装置1，用于与耗能支路控制模块通讯，接收耗能支路的避雷器动作信号。

可选的，在上述公开的任一实施例中，仍参见图7，负压耦合式高压直流断路器的控保系统还包括：监视装置2，用于接收供能变压器的非电量信号。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的不同对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。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、商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、商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，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

对于系统实施例而言，由于其基本相应于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。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。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

对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实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例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。