超高壓電網可控移相器控制保護方法
【專利摘要】一種超高壓電網可控移相器控制保護方法，涉及交流干線或交流配電網絡的運行控制和保護電路裝置及其控制方法，尤其涉及一種用于超高壓輸電網優化調控的可控移相器的控制保護方法，包括以下步驟：實時監測可控移相器裝置的斷路器和隔離開關運行狀態；按照預先設定的順控/遙控操作控制可控移相器切換運行狀態，在控制過程中依照聯鎖邏輯對操作過程執行閉鎖保護；通過數字鎖相環對并聯變壓器一次側電壓進行鎖相；通過檢測二次側電壓突變及閥組電流值判斷閥組過零自然關斷，保證調檔過程無繞組短路現象；模擬量采樣控制單元實時監測線路功率和目標功率，實現穩態有功自動控制；監測保護子系統判斷故障類型，為可控移相器提供輔助保護和本體保護。
【專利說明】超高壓電網可控移相器控制保護方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及交流干線或交流配電網絡的運行控制和保護電路裝置及其控制方法， 尤其涉及一種用于超高壓輸電網優化調控的可控移相器的控制保護方法。
【背景技術】
[0002] 隨著社會經濟的持續發展，生活和生產對電能供應不斷增長的需求有力地刺激著 電力系統的迅速發展。能源中心與負荷中心的空間距離是大容量、長距離輸送電能的客觀 動因。為了滿足輸電需求，電力網絡的規模日益擴大。由于電力系統在運行中受到設備熱 穩極限的約束、輸電線路的電壓降約束、N-1靜態安全約束、系統小干擾穩定性約束、電壓 穩定性約束、暫態穩定性約束以及可靠性備用約束而使得系統的輸電能力很難得到完全充 分利用。通過新型控制元件挖掘已有系統的潛力是最近數十年電力科學研究、電網技術升 級的一個基本思路。電網一旦建成，輸電線路的電氣參數即成現實，系統潮流由歐姆定律、 Kirchoff定律約束，電力網絡唯一可以快速控制的是通過線路開關改變拓撲結構。這種缺 乏控制的自由潮流經常由于受到系統運行的某種約束而不得不降低系統設備的利用率或 者使系統運行在一個技術經濟指標不是很好的狀態。隨著電力電子器件的發展，可控移相 器（主要指晶閘管控制移相器，Thyristor Controlled Phase Shifting Transformer，在 以下說明中也簡稱為移相器或TCPST)得到了廣泛的研究。可控移相器的控制系統是系統 運行的關鍵，對于提高設備的運行管理水平具有重要作用。控制系統的控制對象是系統結 構中的斷路器、刀閘以及并聯變二次側調壓回路中的晶閘管。中國發明專利申請"一種用于 超/特高壓線路的可控移相器及其操作方法"（發明專利申請號：201310058053. 4申請公布 號：CN103187727A)公開了一種用于超/特高壓線路的可控移相器及其操作方法，每相超/ 特高壓線路上包括兩組開關，分別設置于電網受端側和電網送端側；每組開關包括串聯的 隔離開關I、斷路器I和隔離開關II ;在每相的兩組開關之間設置可控移相器；可控移相器 包括串聯變壓器、勵磁變壓器、晶閘管閥組和旁路開關；串聯變壓器串聯在每相超/特高壓 線路上，并與勵磁變壓器連接；旁路開關與串聯變壓器并聯；晶閘管閥組與勵磁變壓器并 聯。該發明通過控制可控移相器實現利用移相器對輸電線路潮流進行靈活可控調節且不改 變線路電壓幅值，并且滿足線路裝設可控移相器后的正常帶電、停電及故障等不同工況下 的操作方式、系統及移相器自身過電壓保護要求，為工程實際應用提供了解決方案。但是， 由于控制與保護系統承擔著保證一次主設備安全、穩定運行，提高系統運行性能的重任，控 制和保護還要進行必要的協調配合，在移相器運行過程中保護設備不受損壞、系統損失盡 可能的小的情況下，發揮移相器的功能，為系統提供支援。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供一種用于超高壓電網的智能可控移相器控制保護方法，可以 結合控制系統的硬件特性，通過軟件和硬件的結合綜合解決可控移相器的同步電壓鎖相、 脈沖輸出、調檔過程控制、多套系統協調控制等技術問題，實現一臺裝置在完成可控移相器 控制功能的同時，完成所有的主保護、后備保護功能。
[0004] 本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：
[0005] -種超高壓電網可控移相器控制保護方法，用于超高壓電網可控移相器控制保護 系統，所述的可控移相器控制保護系統，包括管理支持子系統，模擬量采樣控制單元和開關 切換控制單元組成的移相器控制子系統，以及監測保護子系統；其特征在于所述的可控移 相器控制保護方法包括以下步驟：
[0006] S100:所述的開關切換控制單元實時監測可控移相器裝置的各斷路器和隔離開關 的運行狀態；
[0007] S200 :按照預先設定的順控/遙控操作控制可控移相器切換運行狀態，在控制過 程中依照預設的聯鎖邏輯，對順控/遙控操作過程執行閉鎖保護；
[0008] S300:所述的模擬量采樣控制單元，通過晶閘管觸發模塊實現觸發脈沖控制，通過 數字鎖相環對可控移相器的并聯變壓器一次側電壓進行鎖相；通過檢測二次側電壓突變及 閥組電流值判斷閥組過零自然關斷，在導通閥組關斷后再發出觸發脈沖，保證調檔過程無 繞組短路現象，從而減小對電網系統的沖擊；
[0009] S400 :所述的模擬量采樣控制單元實時監測線路功率和目標功率，當誤差超出范 圍時自動進行移相調節，通過控制可控移相器的檔位實現穩態有功自動控制；
[0010] S500:所述的監測保護子系統判斷故障類型，對閥組故障和斷路器故障提供輔助 保護，對移相器本體變壓器繞組及其引線故障提供本體保護；所述的輔助保護包括閥組諧 波保護，閥拒觸發保護，閥裕度不足保護，斷路器失靈保護，斷路器三相不一致保護和斷路 器位置異常告警；所述的本體保護包括縱差穩態比率差動保護，差動速斷保護，工頻變化 量比率差動保護和繞組比率差動保護，以及復合電壓閉鎖方向過流保護和零序方向過流保 護。
[0011] 本發明的超高壓電網可控移相器控制保護方法的一種較佳的技術方案，其特征在 于所述的步驟S400包括以下穩態有功自動控制的動作 ：
[0012] S420:通過目標有功、當前線路有功和線路電壓參數計算移相角，調節至對應的電 壓檔位，控制晶閘管組導通；
[0013] S440:監測第一階段移相調節后的線路功率，若當前功率小于目標功率，且誤差大 于誤差設定值，則自動向上調節一個檔位；若當前功率大于目標功率，且誤差大于誤差設定 值，則自動向下調節一個檔位；若當前功率與目標功率的誤差小于誤差設定值，則維持檔位 不變；其中，所述的誤差設定值約等于可控移相器單級可調節功率的1/2。
[0014] 本發明的超高壓電網可控移相器控制保護方法的另一種較佳的技術方案，其特征 在于還包括以下手動調節模式的控制步驟 ：
[0015] S460 :所述的模擬量采樣控制單元以移相角為控制目標，根據目標移相角，調節可 控移相器至相應的電壓檔位；在手動調節模式下，可控移相器的電壓檔位只隨目標移相角 變化，不受線路功率變化的影響。
[0016] 本發明的超高壓電網可控移相器控制保護方法的一種更好的技術方案，其特征在 于還包括以下暫態自動控制模式的控制步驟：
[0017] S600:若發生區內和區外故障，線路的傳輸功率發生變化，可控移相器控制保護系 統根據預設延遲時間延時啟動自動調節功能；其中，所述的預設延遲時間大于線路保護跳 閘命令傳送延時與線路保護動作時間之和；
[0018] S620 :若在預設延遲時間內收到線路保護跳閘命令，則判定為區外故障，轉步驟 S640 ;否則，判定為區內故障，轉步驟S680 ;
[0019] S640 :可控移相器控制保護系統閉鎖自動調節功能，保持當前移相角度不變，同時 將可控移相器從線路中旁路；
[0020] S660:待區外故障恢復、線路重合成功后，可控移相器控制保護系統將可控移相器 重新投入；
[0021] S680 :可控移相器控制保護系統啟動自動調節功能。
[0022] 本發明的超高壓電網可控移相器控制保護方法的一種改進的技術方案，其特征在 于還包括以下步驟：
[0023] S700 :以配置可控移相器線路的傳輸有功功率做為反饋信號，依照移相器移相角 與線路有功功率的關系進行移相角的調節，提供暫態穩定控制或者阻尼功率振蕩的功能；
[0024] 所述的暫態穩定控制包括以下動作：
[0025] S720 :當受到擾動的發電機轉子在振蕩加速時，通過傳輸線路中點可控的并聯型 無功補償來提高或維持傳輸線電壓，從而增強系統的瞬態穩定性；
[0026] S740 :當系統暫態過程中某些線路的暫態功率發生顯著變化時，以配置可控移相 器線路的傳輸有功功率做為反饋信號，依照移相器移相角與線路有功功率的關系進行移相 角的調節，通過可控移相器實現系統暫態過程的自動調控；
[0027] 所述的阻尼功率振蕩包括以下動作：
[0028] S760 :通過對傳輸角的控制，改變線路中的有功潮流，使之抵消受擾動電機的加速 和減速振蕩，從而有效阻尼功率振蕩。
[0029] 本發明的超高壓電網可控移相器控制保護方法的另一種改進的技術方案，其特征 在于所述的步驟S700執行以下控制策略：
[0030] ①根據發電機功角變化率的符號改變移相器的相角；
[0031] ②當出現大的擾動時，對相角實施在最小與最大值之間變化的"乒乓"控制；
[0032] ③對于較小的功率振蕩,使用連續相角變化的控制。
[0033] 本發明的超高壓電網可控移相器控制保護方法的一種進一步改進的技術方案，其 特征在于在同一電網系統的輸電線路上配置至少兩套可控移相器，所述的超高壓電網可控 移相器控制保護方法還包括以下多套可控移相器協調控制步驟 ：
[0034] S800 :根據每一套可控移相器各自的運行狀態，以及各套可控移相器控制系統之 間的通訊狀態，執行以下協調控制策略：
[0035] S820 :若多套可控移相器之中任一套退出，保持繼續運行的一套則自動切換為主 控狀態，無論其先前狀態是否為主控狀態；
[0036] S840 :若多套可控移相器均處于運行狀態，但各套可控移相器控制系統之間的通 訊連接異常，各套可控移相器的控制系統都切換為主控模式，分別獨立控制；
[0037] S860 :若多套可控移相器均處于運行狀態，并且各套可控移相器控制系統之間的 通訊連接正常，則可選擇進入多主控模式或者主從模式；
[0038] S862:若選擇多主控模式，各套可控移相器控制系統均為主控，分別獨立控制各自 的移相器；
[0039] S864 :若選擇主從模式，在多套可控移相器控制系統之中選定任一套作為主控，其 他各套作為從機；主控同時向所有各套可控移相器輸出控制命令，控制多套可控移相器為 相同檔位；從機只接受主控的調檔指令，不再接受當地監控后臺或調度的指令。
[0040] 本發明的有益效果是：
[0041] 1.本發明的超高壓電網可控移相器控制保護方法，控制保護系統模塊化設計，通 過軟件與硬件特性結合，在軟件中解決移相器的同步電壓鎖相、脈沖輸出、調檔過程控制、 多套系統協調控制等技術問題。
[0042] 2.本發明的超高壓電網可控移相器控制保護方法，在統一的平臺下進行軟硬件設 計，配置穩定可靠，實現在同一系統平臺下完成可控移相器的控制和所有的主保護、后備保 護功能，對每臺變壓器采用獨立的兩套裝置實現雙主、雙后備保護的配置原則。
[0043] 3.本發明的超高壓電網可控移相器控制保護方法，通過可控移相器的綜合控制保 護和協調配合，可以在保證可控移相器在運行過程中設備不受損壞、系統損失盡可能的小 的情況下，充分發揮可控移相器的功能，為電網系統提供支援。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0044] 圖1是連接到超高壓電網的雙芯對稱型可控移相器裝置的電路結構圖；
[0045] 圖2是本發明超高壓電網可控移相器控制保護系統的CT、PT配置圖；
[0046] 圖3是本發明的超高壓電網可控移相器控制保護系統的結構示意圖；
[0047] 圖4是本發明的超高壓電網可控移相器控制保護系統雙機互備配置結構示意圖；
[0048] 圖5是本發明的超高壓電網可控移相器控制保護方法的控制過程主流程圖；
[0049] 圖6是本發明的超高壓電網可控移相器控制保護方法的穩態有功自動調節流程 圖；
[0050] 圖7是本發明的超高壓電網可控移相器控制保護方法的暫態自動控制流程圖；
[0051] 圖8是本發明的超高壓電網可控移相器控制保護方法的雙套協調控制流程圖。
[0052] 以上圖中的各部件的標號：100為管理支持子系統，200為模擬量采樣控制單元， 300為開關切換控制單元，400為監測保護子系統，500為協調控制子系統，210為電壓穩態 自動調檔控制模塊，220為手動調檔控制模塊，230為可控移相器檔位調節模塊，240為數 字鎖相環，250為晶閘管觸發模塊，310為聯鎖邏輯模塊，320為順控/遙控模塊，330為斷 路器/隔離開關動作控制模塊，410為閥過壓保護邏輯模塊，420為斷路器失靈保護邏輯模 塊，430為斷路器三相不一致保護邏輯模塊，440為閥拒觸發保護邏輯模塊，450為閥電流諧 波保護邏輯模塊，460為保護動作模塊，510為相鄰移相器聯絡模塊，520為主控切換控制模 塊，TCPST為可控移相器，HVB-SE為旁路斷路器，BS1為第一旁路隔離開關，BS2為第二旁路 隔離開關，BES1為第一旁路接地開關，BES2為第二旁路接地開關，BRK-SE1為第一斷路器， BRK-SE2為第二斷路器，DS1為第一斷路器隔離開關，DS2為第二斷路器隔離開關，DES1為 第一斷路器接地開關，DES2為第二斷路器接地開關，CT為電流互感器，其中，CT1至CT10對 應于電流互感器1至電流互感器l〇，PT為電壓互感器，其中，PT1至PT4對應于電壓互感器 1至電壓互感器4。
【具體實施方式】
[0053] 為了能更好地理解本發明的上述技術方案，下面結合附圖和實施例進行進一步地 詳細描述。
[0054] 本發明的超高壓電網可控移相器控制保護方法，用于超高壓電網系統的可控移相 器裝置運行控制和保護，圖1是連接到超高壓電網的雙芯對稱型可控移相器裝置TCPST的 電路結構圖。可控移相器的結構和控制方式雖然有很大差別，但其調節線路潮流的原理是 一致的。可控移相器的補償電壓改變線路電壓的幅值或相角，從而調節線路潮流，因可控移 相器本體結構的不同，其補償方式也不同，主要有縱向補償、橫向補償、斜向補償。縱向補 償只改變電壓幅值，主要影響線路無功功率；橫向補償主要改變電壓相角，調節有功功率； 斜向補償是兩者的結合，方式相對靈活，但其本體結構、接線方式也相對復雜。圖1所示的 實施例采用雙芯對稱型可控移相器，通過與可控移相器配合的斷路器/隔離開關隔離開關 (簡稱隔離開關、隔離刀閘或刀閘），連接到三相對稱超高壓電網，為簡化說明，圖中僅表示 出三相對稱電網系統中的A相，在以下描述中忽略了電網或元器件的三相標記A、B、C或a、 b、c ;除非特別指明，所有的說明內容適用于三相電網中的任何一相。在電網系統中，可控 移相器TCPST是串聯在線路中運行的，其運行狀態的切換，或者發生故障時從系統中快速 切除等操作都應以不影響輸電線路的正常運行為前提條件。本實施例中的可控移相器為雙 芯對稱型可控移相器，這種結構的移相器只調節線路電壓的相角、不改變幅值。可控移相器 TCPST本體由串聯變壓器B、并聯變壓器E和晶閘管調壓電路T組成組成，其基本結構參見 圖1。在該實施例中，并聯變壓器E的二次側采用匝數比為1:3:9的3倍繞組結構，可得到 27個電壓級差。調壓電路采用晶閘管控制，相比傳統機械式移相器相應速度快，除可調節穩 態潮流外，還可參與系統暫態調節。圖中，串聯變壓器B-次側的繞組B1、B2串聯連接在三 相電網線路的兩個母線節點S和L之間，繞組Bl、B2的串聯連接點連接到Y形連接的聯變 壓器E的一次側繞組E1 ;晶閘管組T連接到串聯變壓器B二次側的繞組B3和并聯變壓器E 二次側的三個繞組E2、E3、E4。圖中的晶閘管調壓電路T為示意圖，其中每個獨立的晶閘管 在實際系統中都由多個晶閘管串并聯組成。如圖1所示，在可控移相器TCPST的進線側，配 置了第一斷路器BRK-SE1，第一斷路器隔離開關DS1和第一斷路器接地開關DES1 ;在可控移 相器TCPST的出線側，配置了第二斷路器BRK-SE2,第二斷路器隔離開關DS2和第二斷路器 接地開關DES2;在與可控移相器TCPST并聯的支路上，配置了旁路斷路器HVB-SE，及其兩側 的第一旁路隔離開關BS1、第一旁路接地開關BES1和第二旁路隔離開關BS2、第二旁路接地 開關BES2。本發明的超高壓電網可控移相器控制保護系統根據系統運行需求，通過控制這 些設備的分合狀態，實現可控移相器的投入、退出、熱備用等不同運行狀態之間的轉換。圖1 中用虛線標示出故障分區，其中，區內故障是指包括移相器本體、以及移相器兩側斷路器范 圍發生的故障；區外故障是指移相器兩側斷路器之外的區域發生的故障，包括線路、兩側母 線、鄰近線路發生故障的情況。可控移相器控制保護系統所需要的電流互感器（CT)和電壓 互感器（PT)配置的一個實施例如圖2所示，圖中省略了與移相器配合的斷路器、隔離刀閘 等。同樣，由于三相對稱性，圖2也省略了可控移相器的B相和C相。可控移相器保護系統 所需要的電流互感器（CT)和電壓互感器（PT)，包括：用于檢測檢測進線側母線電流IS的 CT1，用于檢測線路出線端電流IL的CT2,用于檢測串聯變繞組1電流ISE1的CT3,用于檢 測串聯變繞組2電流ISE2的CT4,用于檢測并聯變一次側電流ISH1的CT5,用于檢測晶閘 管閥組電流ISH2的CT6,用于檢測并聯變繞組2電流IE2的CT7,用于檢測并聯變繞組3電 流IE3的CT8,用于檢測并聯變繞組4電流IE4的CT9,用于檢測零線電流ISHO的CT10,用 于檢測進線側母線電壓US的PT1，用于檢測線路出線端電壓UL的PT2,用于檢測并聯變一 次側電壓USH1的PT3,用于檢測二次側晶閘管電壓USH2的PT4, CT和PT的配置涵蓋了可 控移相器本體保護、輔助保護和線路保護的需求。
[0055] 圖3是本發明的超高壓電網可控移相器控制保護系統的一個實施例的結構示意 圖，包括管理支持子系統100,模擬量采樣控制單元200和開關切換控制單元300組成的移 相器控制子系統，以及監測保護子系統400,所述的管理支持子系統100連接到變電站操作 員工作站（0WS)，為可控移相器裝置的正確運行提供系統級支撐，通過0WS實現可控移相器 控制保護系統的人機交互，并且為可控移相器控制保護系統提供電源供應，以及顯示、打印 接口、故障錄波、網絡通訊管理和網絡對時等基礎功能；
[0056] 所述的模擬量采樣控制單元200包括電壓穩態自動調檔控制模塊210,手動調檔 控制模塊220,可控移相器檔位調節模塊230,數字鎖相環240和晶閘管觸發模塊250 ;模擬 量采樣控制單元200基于DSP+FPGA的硬件接口，通過電壓穩態自動調檔控制模塊210獲取 進線側母線電壓US、進線側母線電流IS和線路出線端電壓UL，完成對電壓電流模擬量的采 樣和計算，提供晶閘管觸發控制及閥組的保護功能；電壓穩態自動調檔控制模塊210和手 動調檔控制模塊220,經由可控移相器檔位調節模塊230連接到晶閘管觸發模塊250 ;向閥 控單元VCU發送晶閘管觸發命令；數字鎖相環240連接到晶閘管觸發模塊250,對可控移相 器檔位調節模塊230發出的調檔指令進行電壓鎖相；
[0057] 所述的開關切換控制單元300包括聯鎖邏輯模塊310,順控/遙控模塊320和斷路 器/隔離開關動作控制模塊330 ;反應斷路器/隔離開關分合閘狀態的外部開關量輸入信 號，通過光電隔離連接到聯鎖邏輯模塊310的輸入端；聯鎖邏輯模塊310的輸出端和順控/ 遙控模塊320,連接到斷路器/隔離開關動作控制模塊330 ;
[0058] 所述的監測保護子系統400包括連接到保護動作模塊460的一組保護邏輯模塊， 所述的保護邏輯模塊至少包括連接到閥控單元VCU的閥過壓保護邏輯模塊410,連接到閥 組電流信號端的閥拒觸發保護邏輯模塊440和閥電流諧波保護邏輯模塊450,以及連接到 斷路器位置接點信號端的斷路器失靈保護邏輯模塊420和斷路器三相不一致保護邏輯模 塊430,保護動作模塊460連接到斷路器/隔離開關動作控制模塊330,實現閥控單元VCU 狀態監視，閥組保護和斷路器故障保護功能。
[0059] 可控移相器的閥組中反并聯的兩個晶閘管，在電流的正負半波輪流導通，當可控 移相器的功率流向變化后，鎖相電壓與閥組電流之間的相位關系也隨之變化，由落后變為 超前。假設功率流向為正時，在鎖相電壓的正半波觸發導通正向晶閘管、負半波觸發導通反 向晶閘管，則當功率流向反向時，在鎖相電壓的正半波需要觸發導通的是反向晶閘管、負半 波需要觸發導通的是正向晶閘管。因此，若反向并聯的晶閘管單獨觸發，則在功率流向反 向后，反并聯的晶閘管的觸發順序需要隨之調整，否則會導致并聯變二次側開路，線路中串 入串聯變的激磁阻抗導致線路開斷。為了有效避免功率反向時的導通閥組順序變化，簡化 控制系統的控制難度，根據本發明的超高壓電網可控移相器控制保護系統的一個實施例， 在鎖相電壓的正半波和負半波，所述的晶閘管觸發模塊250通過閥控單元VCU，將觸發脈沖 同時發送給閥組中反向并聯的兩個晶閘管，利用閥組的開通特性（陽極和陰極間為正向電 壓）自動決定開通的晶閘管。
[0060] 在圖3所示的實例中，本發明的超高壓電網可控移相器控制保護系統還包括用于 雙套可控移相器運行控制的協調控制子系統500,所述的協調控制子系統500由相鄰移相 器聯絡模塊510和主控切換控制模塊520連接組成；相鄰移相器聯絡模塊510通過變電站 光纖局域網，在所述雙套可控移相器的兩套可控移相器控制保護系統之間建立通訊連接， 實時監測判斷相鄰可控移相器的運行狀態；主控切換控制模塊520連接到所述的可控移相 器檔位調節模塊230,控制本可控移相器的運行模式；若本可控移相器切換為主控移相器， 可控移相器檔位調節模塊230分別向本可控移相器和相鄰可控移相器發出相應的調檔指 令；若本可控移相器切換為從控移相器狀態，相鄰移相器聯絡模塊510接收來自主控移相 器的調檔指令，傳遞給可控移相器檔位調節模塊230,控制可控移相器執行調檔操作。
[0061] 圖4為本發明的超高壓電網可控移相器控制保護系統雙機互備配置的一個實施 例，在該實施例中，各可控移相器的閥控單元（VCU)，每一套可控移相器控制保護系統的移 相器控制子系統和監測保護子系統，以及子系統之間的通訊網絡，都采用主機A和熱備機B 組成的雙機互備結構；可控移相器控制保護系統通過本地0WS監控主機或調度主站實時監 測運行狀態；移相器控制子系統接收監測保護子系統、水冷系統、0WS監控主機和遠程調度 主站的控制指令，對可控移相器裝置中的一次設備進行控制操作，并通過VCU給晶閘管閥 組發送觸發脈沖。
[0062] 根據本發明的超高壓電網可控移相器控制保護系統的一個優選的實施例，所述的 管理支持子系統通過獨立的人機接口 CPU負責完成保護采樣值、事件報文的顯示與人機對 話功能；所述的移相器控制子系統和監測保護子系統采用32位微處理器+雙DSP的硬件結 構，32位微處理器和兩個DSP并行工作；32位微處理器提供出口邏輯、報文事件記錄和后臺 通訊功能，移相器控制子系統和監測保護子系統分別采用一個DSP負責控制采樣和保護運 算，保證在每一個采樣間隔對所有繼電器進行實時監控本發明的超高壓電網可控移相器控 制系統，通過硬件配置和軟件支持，杜絕保護裝置硬件故障引起誤動的可能，提高系統軟硬 件的可靠性與安全性。
[0063] 本發明的超高壓電網可控移相器控制保護方法的一個實施例如圖5所示，包括以 下步驟：
[0064] S100 :所述的開關切換控制單元300通過聯鎖邏輯模塊310實時監測可控移相器 裝置的各斷路器和隔離開關的運行狀態；
[0065] S200 :順控/遙控模塊320按照預先設定的控制條件和操作步驟，通過斷路器/隔 離開關動作控制模塊330執行相應的斷路器、刀閘的操作指令，控制移相器在各種運行狀 態之間切換；在整個控制可控移相器切換運行狀態的過程中，聯鎖邏輯模塊310依照預設 的聯鎖邏輯，對順控/遙控操作過程執行閉鎖保護，防止誤操作；
[0066] 本步驟中的順控（順序控制）是指控制系統按照預先設定的控制條件和操作步 驟，執行相應的斷路器、刀閘的操作指令，使移相器在各種運行狀態之間進行轉換。
[0067] 可控移相器進行順序控制時，應遵循如下原則：
[0068] (1)當可控移相器投入時，應先合隔離刀閘，后合斷路器；當可控移相器退出時， 應先分斷路器，后分隔離刀閘；接地刀閘僅在設備檢修時投入；
[0069] (2)串聯變壓器投入運行時二次側不能開路。串聯變壓器二次側開路時，其空載阻 抗將很大，串入線路后將使線路幾乎沒有電流流過，因此當可控移相器運行時應避免這種 狀態；
[0070] (3)順序控制中的每一步操作都應有一明確的狀態作為參考，達到條件再進行下 一步操作。且，每次順控都要有一定的時間限制，超出規定時間后自動結束不再繼續執行；
[0071] (4)在進行順控操作前，設備狀態需符合任一已定義的狀態才允許進行順控操作。
[0072] S300 :模擬量采樣控制單元200的可控移相器檔位調節模塊230,通過晶閘管觸發 模塊250實現觸發脈沖控制，晶閘管觸發模塊250通過數字鎖相環240,對可控移相器的并 聯變壓器一次側電壓進行鎖相；調檔過程中三相獨立控制，首先閉鎖觸發脈沖，通過檢測二 次側電壓突變及閥組電流值來判斷閥組是否已過零自然關斷，在導通閥組關斷后再發出觸 發脈沖，保證調檔過程無繞組短路現象，從而減小對電網系統的沖擊；
[0073] 在調檔過程中，晶閘管提前觸發會引起繞組短路、延時觸發雖避免了繞組短路，但 會在系統中引起諧波和直流偏置等問題。調節過程中閥組的最佳觸發時刻是電流過零點， 即可保持電流的完整性，不產生諧波，也不會存在檔位調節過程中繞組短路現象。但移相器 每個檔位下并聯變的一次側電壓和晶閘管電流的相位并不相同，因此電流過零點時的電壓 角度也不確定，且由于測量的精度、誤差、零漂等因素的存在，電流過零的精確檢測是比較 困難的。由于晶閘管電壓在晶閘管關斷與導通時是不一樣的，這也是導致延時觸發時晶閘 管電壓產生毛刺的原因。相對檢測電流，判斷因電流過零而導致的電壓突變更為可靠。同 時，繞組短路是在晶閘管組之間換流才會產生的，在晶閘管組之間換流完成后，電流換流只 在反并聯的兩個晶閘管內發生同固定檔位時相同，不再會導致繞組短路。檔位發生變化后， 只有每相的第一個脈沖需要監視電流過零后發出，完成晶閘管組的換流后，后續觸發脈沖 的觸發控制策略即可恢復至和固定檔位的觸發策略一致。
[0074] S400 :模擬量采樣控制單元200通過電壓穩態自動調檔控制模塊210,實時監測線 路功率和目標功率，當誤差超出范圍時自動通過可控移相器檔位調節模塊230進行移相調 節，通過控制可控移相器的檔位實現穩態有功自動控制；
[0075] S500 :監測保護子系統400判斷故障類型，對閥組故障和斷路器故障提供輔助保 護，對移相器本體變壓器繞組及其引線故障提供本體保護，所述的輔助保護包括閥組諧波 保護，閥拒觸發保護，閥裕度不足保護，斷路器失靈保護，斷路器三相不一致保護和斷路器 位置異常告警；
[0076] 閥組諧波保護通過實時檢測CT6(ISH2)電流中的諧波含量，當諧波含量大于定值 并持續一定的時間，保護動作后合旁路開關HVB-SE，跳開BRK-SE1和BRK-SE2,同時給出告 警息。
[0077] 閥拒觸發保護用于檢測閥觸發系統的故障導致的晶閘管不導通，該保護通過檢測 CT6(ISH2)的電流實現保護功能。當控制裝置發出閥觸發信號后，晶閘管閥在觸發命令發出 后一段時間內，CT6 (ISH2)的電流小于閥拒觸發保護電流定值且持續時間大于設定值，保護 動作后合旁路開關HVB-SE，跳開BRK-SE1和BRK-SE2,同時給出告警信息。
[0078] 閥裕度不足保護主要用于閥裕度不足時因承受過電壓而導致損壞提供保護。當 保護檢測到VCU的閥裕度不足信號時，保護瞬時動作，合旁路開關HVB-SE，跳開BRK-SE1和 BRK-SE2,同時給出告警信息。
[0079] 斷路器失靈保護分為合閘失靈和分閘失靈。斷路器HVB-SE和BRK-SE1、BRK-SE2 的保護對象不同，其合閘失靈和分閘失靈的影響不同。旁路斷路器HVB-SE在故障時，需要 合閘，合閘失敗則遠跳線路；分閘失敗則永久旁路。斷路器BRK-SE1、BRK-SE2在故障時，需 要分閘將移相器從系統中切除，分閘失敗則遠跳線路；合閘失敗則永久隔離，不投移相器。 該保護通過檢測保護動作后的斷路器接點位置來實現，在其他保護動作后的時間定值內， 斷路器狀態未達到設定狀態，斷路器失靈保護動作。
[0080] 斷路器三相不一致保護需要同時判斷斷路器的HWJ與TWJ。當三相不一致保護投 入，任意兩相開關位置明確且相間不一致，經整定延時后判為斷路器三相不一致，發三相旁 路命令，將旁路斷路器HVB-SE合閘。斷路器位置明確是指斷路器每相的HWJ與TWJ不均為 〇或不均為1。當斷路器任意一相的TWJ和HWJ同時為0或同時為1時，裝置發斷路器位置 異常告警信號，點亮告警燈。
[0081] 所述的本體保護包括縱差穩態比率差動保護，差動速斷保護，工頻變化量比率差 動保護和繞組比率差動保護，以及復合電壓閉鎖方向過流保護和零序方向過流保護，參見 表1。
[0082] 表1、本體保護配置
【權利要求】
1. 一種超高壓電網可控移相器控制保護方法，用于超高壓電網可控移相器控制保護系 統，所述的可控移相器控制保護系統，包括管理支持子系統，模擬量采樣控制單元和開關切 換控制單元組成的移相器控制子系統，以及監測保護子系統；其特征在于所述的可控移相 器控制保護方法包括以下步驟： S100:所述的開關切換控制單元實時監測可控移相器裝置的各斷路器和隔離開關的運 行狀態； S200 :按照預先設定的順控/遙控操作控制可控移相器切換運行狀態，在控制過程中 依照預設的聯鎖邏輯，對順控/遙控操作過程執行閉鎖保護； S300 :所述的模擬量采樣控制單元，通過晶閘管觸發模塊實現觸發脈沖控制，通過數字 鎖相環對可控移相器的并聯變壓器一次側電壓進行鎖相；通過檢測二次側電壓突變及閥組 電流值判斷閥組過零自然關斷，在導通閥組關斷后再發出觸發脈沖，保證調檔過程無繞組 短路現象，從而減小對電網系統的沖擊； S400 :所述的模擬量采樣控制單元實時監測線路功率和目標功率，當誤差超出范圍時 自動進行移相調節，通過控制可控移相器的檔位實現穩態有功自動控制； S500:所述的監測保護子系統判斷故障類型，對閥組故障和斷路器故障提供輔助保護， 對移相器本體變壓器繞組及其引線故障提供本體保護；所述的輔助保護包括閥組諧波保 護，閥拒觸發保護，閥裕度不足保護，斷路器失靈保護，斷路器三相不一致保護和斷路器位 置異常告警；所述的本體保護包括縱差穩態比率差動保護，差動速斷保護，工頻變化量比率 差動保護和繞組比率差動保護，以及復合電壓閉鎖方向過流保護和零序方向過流保護。
2. 根據權利要求1所述的超高壓電網可控移相器控制保護方法，其特征在于所述的步 驟S400包括以下穩態有功自動控制的動作： S420 :通過目標有功、當前線路有功和線路電壓參數計算移相角，調節至對應的電壓檔 位，控制晶閘管組導通； S440 :監測第一階段移相調節后的線路功率，若當前功率小于目標功率，且誤差大于誤 差設定值，則自動向上調節一個檔位；若當前功率大于目標功率，且誤差大于誤差設定值， 則自動向下調節一個檔位；若當前功率與目標功率的誤差小于誤差設定值，則維持檔位不 變；其中，所述的誤差設定值約等于可控移相器單級可調節功率的1/2。
3. 根據權利要求2所述的超高壓電網可控移相器控制保護方法，其特征在于還包括以 下手動調節模式的控制步驟： S460 :所述的模擬量采樣控制單元以移相角為控制目標，根據目標移相角，調節可控移 相器至相應的電壓檔位；在手動調節模式下，可控移相器的電壓檔位只隨目標移相角變化， 不受線路功率變化的影響。
4. 根據權利要求1所述的超高壓電網可控移相器控制保護方法，其特征在于還包括以 下暫態自動控制模式的控制步驟： S600:若發生區內和區外故障，線路的傳輸功率發生變化，可控移相器控制保護系統根 據預設延遲時間延時啟動自動調節功能；其中，所述的預設延遲時間大于線路保護跳閘命 令傳送延時與線路保護動作時間之和； S620 :若在預設延遲時間內收到線路保護跳閘命令，則判定為區外故障，轉步驟 S640 ;否則，判定為區內故障，轉步驟S680 ; S640 :可控移相器控制保護系統閉鎖自動調節功能，保持當前移相角度不變，同時將可 控移相器從線路中旁路； S660:待區外故障恢復、線路重合成功后，可控移相器控制保護系統將可控移相器重新 投入； S680 :可控移相器控制保護系統啟動自動調節功能。
5. 根據權利要求1所述的超高壓電網可控移相器控制保護方法，其特征在于還包括以 下步驟： S700 :以配置可控移相器線路的傳輸有功功率做為反饋信號，依照移相器移相角與線 路有功功率的關系進行移相角的調節，提供暫態穩定控制或者阻尼功率振蕩的功能； 所述的暫態穩定控制包括以下動作： S720:當受到擾動的發電機轉子在振蕩加速時，通過傳輸線路中點可控的并聯型無功 補償來提高或維持傳輸線電壓，從而增強系統的瞬態穩定性； S740 :當系統暫態過程中某些線路的暫態功率發生顯著變化時，以配置可控移相器線 路的傳輸有功功率做為反饋信號，依照移相器移相角與線路有功功率的關系進行移相角 的調節，通過可控移相器實現系統暫態過程的自動調控；所述的阻尼功率振蕩包括以下動 作： S760 :通過對傳輸角的控制，改變線路中的有功潮流，使之抵消受擾動電機的加速和減 速振蕩，從而有效阻尼功率振蕩。
6. 根據權利要求5所述的超高壓電網可控移相器控制保護方法，其特征在于所述的步 驟S700執行以下控制策略： ① 根據發電機功角變化率的符號改變移相器的相角； ② 當出現大的擾動時，對相角實施在最小與最大值之間變化的"乒乓"控制； ③ 對于較小的功率振蕩，使用連續相角變化的控制。
7. 根據權利要求1至6之任一權利要求所述的超高壓電網可控移相器控制保護方法， 其特征在于在同一電網系統的輸電線路上配置至少兩套可控移相器，所述的超高壓電網可 控移相器控制保護方法還包括以下多套可控移相器協調控制步驟： S800 :根據每一套可控移相器各自的運行狀態，以及各套可控移相器控制系統之間的 通訊狀態，執行以下協調控制策略： S820 :若多套可控移相器之中任一套退出，保持繼續運行的一套則自動切換為主控狀 態，無論其先前狀態是否為主控狀態； S840 :若多套可控移相器均處于運行狀態，但各套可控移相器控制系統之間的通訊連 接異常，各套可控移相器的控制系統都切換為主控模式，分別獨立控制； S860 :若多套可控移相器均處于運行狀態，并且各套可控移相器控制系統之間的通訊 連接正常，則可選擇進入多主控模式或者主從模式； S862 :若選擇多主控模式，各套可控移相器控制系統均為主控，分別獨立控制各自的移 相器； S864:若選擇主從模式，在多套可控移相器控制系統之中選定任一套作為主控，其他各 套作為從機；主控同時向所有各套可控移相器輸出控制命令，控制多套可控移相器為相同 檔位；從機只接受主控的調檔指令，不再接受當地監控后臺或調度的指令。
【文檔編號】H02H7/00GK104377691SQ201410640439
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】崔勇, 楊增輝, 張琪祁, 蘇運, 張建新 申請人:國網上海市電力公司, 華東電力試驗研究院有限公司