HVDC系統中的控制裝置及其操作方法與流程

本公開涉及一種高壓直流電(hvdc)系統中的控制裝置及其操作方法，且更具體而言，涉及一種hvdc系統中的控制裝置及其操作方法，其監控hvdc系統中的組件的可用性以測量所述hvdc系統的可用性，基于此來評估并控制hvdc系統。

背景技術：

高壓直流電(hvdc)系統是一種系統，其將接收的交流電(ac)電力轉換為直流電(dc)電力以傳輸與ac電力系統相關的轉換后的電力并且使接收側能將dc電力轉換回ac電力以傳輸轉換后的電力。

圖1示出了常規hvdc系統的配置。

如圖1所示，hvdc系統100可包括ac場(yard)、dc場、和dc傳輸場。

ac場包括：無功功率補償器122，其考慮相關的ac電力系統110；ac諧波濾波器124，其用于減少產生自ac電力系統110的系統諧波和產生自hvdc系統100的特征諧波；和變流變壓器126，其用于變換ac電壓。在這個情況下，圖1中靜止同步補償器(statcom)或分路電抗器而非靜止無功補償器(staticvarcompensator，svc)也可用作無功功率補償器122。

dc場包括用于電力轉換的晶閘管閥132和用于對dc電流分量的平滑的dc平滑電抗器134。

變流站可通過使用dc電纜或加工過的電線的dc傳輸線140進行連接。

如此，由于hvdc系統100是一種系統，其轉換電壓和電流以從發電端供應電力給與電力網絡相關的接收端，所以如果系統建設完成則需要對該系統的完整性或性能進行評估。可基于損耗和可用性對hvdc系統100進行大致地評估。但是，現在真實的情況是沒有收集關于hvdc系統100中組件的可用狀態和狀態的信息。并且，沒有測 量hvdc系統100的可用性的具體方法。

技術實現要素：

實施方式提供一種監測關于組件可用性的數據以測量hvdc系統的可用性，并基于此來評估和控制該hvdc系統的具體方法。

實施方式也提供一種通過監測來收集關于組件可能不操作的狀態的信息以將其應用于系統設計或系統的操作計劃以改進系統的方法。

實施方式中所完成的技術問題并不局限于如上所述的技術問題，并且所屬領域的技術人員將從接下來的與所建議的實施方式相關的描述來清楚理解未提及的其他技術問題。

在一個實施方式中，高壓直流電(hvdc)系統中的控制裝置包括：通信單元，其執行與hvdc系統中的組件的通信；和控制單元，其使通信單元能從組件接收關于組件的可用狀態的數據，并基于關于組件的可用狀態的數據，計算定義為hvdc系統的實際操作時間與hvdc系統的可操作時間的比率的hvdc系統的可用性，然后基于關于組件的可用狀態的數據和hvdc系統的可用性而執行hvdc系統的控制。

在另一實施方式中，hvdc系統包括至少一個與hvdc系統的操作相關的組件；和控制裝置，其執行與組件的通信以接收關于組件的可用狀態的數據，基于關于組件的可用狀態的數據，計算定義為hvdc系統的實際操作時間與hvdc系統的可操作時間的比率的hvdc系統的可用性，然后基于關于組件的可用狀態的數據和hvdc系統的可用性來執行hvdc系統的控制。

在再另一實施方式中，一種操作在hvdc系統中的控制裝置的方法包括：執行與hvdc系統中組件的通信以接收關于組件的可用狀態的數據；基于關于組件的可用狀態的數據，計算定義為hvdc系統的實際操作時間與hvdc系統的可操作時間的比率的hvdc系統的可用性；以及基于關于組件的可用狀態的數據和hvdc系統的可用性來執行hvdc系統的控制。

一個或多個實施方式的細節將在附圖和以下描述中進行陳述。其他特征將根據描述和附圖以及權利要求書中變得顯而易見。

附圖說明

圖1示出常規高壓直流電(hvdc)系統的配置。

圖2示出由實施方式測量的hvdc系統的可用性。

圖3示出根據實施方式的計算hvdc系統的可用性的過程。

圖4為根據實施方式的控制裝置的框圖。

圖5示出根據實施方式的hvdc系統的配置。

圖6示出根據實施方式的操作hvdc系統中的控制裝置的過程。

具體實施方式

下文中，將參考附圖對具體實施方式進行詳細描述。但是，本公開的技術構思不應局限于下文待描述的實施方式，且其可能通過添加、改變和刪除其他組件，便于提出包含在本公開的技術構思范圍內的回歸發明或其他實施方式。

此處所應用的術語是與相應技術相關的廣泛應用的通用術語，但如若可能在特殊情況下，在描述相應發明時對這些術語的意思進行詳細描述的情況下，申請人任意地選擇術語。因此，應注意到本公開應通過術語的意思而非術語的名稱來理解。在以下描述中，術語“包括”不是指排除與所列舉的組件或步驟不同的組件或步驟的存在。

圖2示出由實施方式測量的高壓直流電(hvdc)系統的可用性。

即使當系統處于操作狀態，并不意味著用戶可能一直在使用系統。換言之，系統可能需要維修或在經歷故障。因此，使用可用性以指示用戶能使用系統多少。可用性可為測量系統的可靠性的一種度量。

可用性可定義為系統正常操作的時間的比率。換言之，通過總的可用時間減去不可用時間所得的值去除總的可用時間來獲得可用性。在不可用時間內，可能因為某些原因沒有使用系統。

總的可用時間指系統可操作的時間。總的可用時間由可用時間和不可用時間的和來表示。

可用時間為系統開啟或提供服務的時間，且其定義為正常運行時間(uptime)。

不可用時間為系統關閉或未提供服務的時間，且其定義為停機時 間(downtime)。換言之，不可用時間是系統自身可進行操作但是由于一些不可用的理由，系統關閉或沒有正常操作的時間。不可用時間可包括用于系統維護的時間、用于處理失效或故障的時間、和用于系統更新的時間。

在這個情況下，可用性由以下等式表示：

圖2中的表格代表hvdc系統100的可用性和相應的年度停機時間。年度停機時間代表hvdc系統100一年(365天)內有多長時間可能不能操作且對應于停機時間。如果hvdc系統的可用性為99％，在365天中有三天15小時36分鐘難以使用hvdc系統。也就是，在系統的可用性為99.9999％的情況下，系統在365天中有32秒沒有正常操作。

圖3示出根據實施方式的計算hvdc系統的可用性的過程。

根據實施方式的hvdc系統100可根據來自消費者比如電力供應商的請求而建設。在這個情況下，hvdc系統100的管理者需要根據消費者請求時間而操作hvdc系統100。在hvdc系統100的操作時間沒有滿足消費者請求時間的情況下，其相當于系統事故。因此，hvdc系統100的管理者監控hvdc系統100的操作狀態。具體而言，可測量hvdc系統100的可用性，并基于可用性來分析和評估hvdc系統100的狀態從而采取措施用以改進hvdc系統100。

下文中，在實施方式中定義hvdc系統100的可用性。以下參考圖6描述基于所計算的可能性對hvdc系統100進行分析和評估的操作從而采取措施用于改進hvdc系統100。

hvdc系統100的可用性可以定義為hvdc系統100正常操作的時間的比率。換言之，可用性由實際操作時間除以總的可操作時間來獲得。

總的可操作時間指代系統可能操作的時間。

根據實施方式，總的可操作時間可根據消費者的請求而設置。換言之，hvdc系統100的管理者在構建hvdc系統100時，設置hvdc系統從而使hvdc系統100按照消費者所請求的時間來操作，且管理者根據設置來操作hvdc系統100。在超過消費者請求時間的時間內無需操作hvdc系統100。因此，即使hvdc系統100可以每年持續操作361天，如果消費者請求時間為350天，總的可操作時間可變為350天。在這個情況下，總的可操作時間變為消費者請求時間。

實際操作時間為hvdc系統100正常操作的時間。在這個情況下，實際操作時間為從總的可操作時間排除系統關閉或因某些不可操作的理由而沒有操作的時間而獲得的時間。不能操作的理由可以包括：用于hvdc系統100的維護的時間、用于處理失效或故障的時間、用于系統備份或升級的時間或類似的。

計劃停機時間不對應于不能操作的理由。計劃停機時間是建設hvdc系統100時已安排的停機以用于系統維護和組件檢查的時間。因此，其與用于在hvdc系統100操作期間意外出現的系統維護和組件檢查的時間有所區別。在確定消費者請求時間和不能操作的理由時，hvdc系統100的管理者不考慮計劃停機時間而進行確定，且因此計劃停機時間未被考慮在根據本實施方式的可用性計算之中。在這個情況下，可用性可以由下述等式表示：

根據實施方式，由等式(2)計算的可用性可由hvdc系統100中的控制裝置400測量。以下參考圖4對控制裝置400的具體配置進行描述。

如圖3所示，在步驟s301中控制裝置400收集hvdc系統100的各個組件的操作數據信息。操作數據信息可以是關于組件的可用狀態的數據。

根據實施方式，控制裝置400根據組件是否影響hvdc系統100的操作而分配優先權或權重給該組件。因此，可按照優先權或權重的降序來收集關于組件的操作數據信息，或者可從待收集操作數據信息的目標中排除具有低的優先權或權重的組件。

組件可包括hvdc系統100中的各種組件，比如無功功率補償器、氣體絕緣開關設備(gis)、ac諧波濾波器、變流變壓器、晶閘管閥、dc平滑電抗器、dc傳輸線。

在步驟s302中控制裝置400測量消費者請求時間和hvdc系統100中的實際操作時間。

消費者請求時間是由消費者請求的時間，從而使hvdc系統100進行操作，且可在建設hvdc系統100時設置。

實際操作時間是從消費者請求時間減去hvdc系統100關閉或因為某些不可操作的理由而不能正常操作的時間所獲得的時間。不可操作的理由可包括用于hvdc系統100的維護的時間、用于處理失效或故障的時間、用于系統備份或升級的時間或類似的。在確定用于可用性計算的消費者請求時間和實際操作時間的時候，計劃停機時間沒有納入考慮。例如，當假設hvdc系統100的消費者請求時間為300天且計劃停機時間為10天時，hvdc系統100的管理者會在建設系統時設計系統以使hvdc系統100在除了計劃停機時間(10天)以外的剩余期間內的300天進行操作。在這個情況下，由于可用性定義為系統可以操作的時間與系統正常操作的時間的比率，計劃停機時間不對應于可操作時間。因此，在計算可用性時不考慮計劃停機時間。

在步驟s303中，控制裝置400基于測量的消費者請求時間和實際操作時間來計算hvdc系統100的可用性。具體而言，控制裝置400可將實際操作時間與消費者請求時間的比率計算為可用性。盡管在圖3中，對hvdc系統100的可操作時間為消費者請求時間的假設作出了描述，可操作時間仍然可根據實施方式而改變。在這個情況下，hvdc系統100的可用性可定義為實際操作時間與可操作時間的比率。

圖4為根據實施方式的控制裝置的框圖。

根據實施方式的控制裝置400可包含于hvdc系統100之中以執行hvdc系統100的保護和常規控制。hvdc系統的具體配置和操作將參考圖5在下文進行描述。根據實施方式，控制裝置400可為hvdc系統中的控制和保護(c&p)裝置。

根據實施方式的控制裝置400可包括通信單元410、存儲單元420、和控制單元430。

通信單元410可執行與hvdc系統100中組件的通信以接收關于該組件的可用狀態的數據。為了這個目的，通信單元410可通過電線或電纜與組件相連以發送和接收數據。但是，通信單元410和組件執行的通信方法并不局限于此，且可能通過所有類型的有可能發送和接收數據的有線/無線通信技術執行通信，比如光通信、電力線通信、無線lan通信、移動通信。

hvdc系統100的組件數量可為至少一個且與控制裝置400的通信單元410通過比如電纜或電線的有線或其他無線技術相連接。在這個情況下，組件可測量關于相應組件的可用狀態的數據并通過與通信單元410的通信將所測量的數據發送給控制裝置400。

具體而言，組件可包括晶閘管閥、無功功率補償器、gis、ac諧波過濾器、變流變壓器、dc平滑電抗器、dc傳輸線、或類似的。其中，所述組件也可以包括在所述晶閘管閥、變流變壓器、gis中包含的電流互感器、電壓互感器、切斷開關、接地開關(es)。

存儲單元420可存儲關于組件的可用狀態的數據和關于hvdc系統的可用性的數據。盡管在圖4中，存儲單元420被包含于控制裝置400之中，根據實施方式，存儲單元420可不被包含于控制裝置400之中。

存儲在存儲單元420中的數據可由組件分類且存儲。并且，數據可以被持續更新以累積數據的形式存儲在存儲單元420中。在這個情況下，下文中待描述的控制單元430可基于累積的數據來評估和控制hvdc系統100。

控制單元430可以使得通信單元410能夠從組件接收關于組件的可用狀態的數據。具體而言，控制單元430可以使用連接線，比如電纜或電線，或有線/無線通信以接收來自組件中的ct、pt、ds和es的關于可用狀態的數據，這類組件比如是晶閘管閥、變壓器、gis。

可替換地，控制單元430可從組件的功率狀態收集關于各個組件的可用狀態的信息。換言之，在組件對應于無源器件的情況下，可能讓組件跳閘或顯示分離狀態信息在人機界面(hmi)上。

根據實施方式，可用狀態可劃分為可操作狀態、不可操作狀態、實際操作狀態、失效或故障狀態、維護狀態、系統備份或升級狀態， 或類似的。

可操作狀態是系統可以操作的狀態。不可操作狀態是系統處于可操作狀態但因不可操作的理由而沒有正常操作的狀態。實際操作狀態是系統正常操作的狀態。在維修狀態的情況下，可能為了系統維護而關閉系統電源，而在系統備份或更新狀態的情況下，系統可在預定時間內停止其操作。

基于組件的可用狀態，控制單元430可計算hvdc系統的可用性，其定義為hvdc系統100的實際操作時間與hvdc系統100的可操作時間的比率。

hvdc系統100的實際操作時間可定義為從hvdc系統100的可操作時間排除hvdc系統100的不可操作時間的時間。在這種情況下，hvdc系統100的不可操作時間可定義為盡管hvdc系統處于可操作狀態但是hvdc系統100因為不可操作的原因而沒有正常操作的時間。根據實施方式，hvdc系統100的可操作時間可為建設系統時由消費者請求的時間。

不可操作的理由可包括維護、故障、系統備份或升級中的至少一種。

控制單元430可將關于組件的可用狀態的數據和關于hvdc系統100的可用性的數據存儲在存儲單元420中。

然后，控制單元430可基于存儲于存儲單元420中的關于組件的可用狀態的數據和關于hvdc系統100的可用性的數據來執行對hvdc系統100的評估和控制。

根據實施方式，在hvdc系統100的可用性低于期望值的情況下，控制單元430可在hvdc系統100沒有操作的計劃停機時間檢查組件。計劃停機時間并不包含于可操作時間中且其因此不被納入可用性計算的考慮。因此，通過在計劃停機時段內檢查被監測的組件以防止由于失效或故障導致的事故，可提高可用性。

根據另一實施方式，在hvdc系統100將電力作為雙極性傳輸信號傳輸且hvdc系統100的可用性低于期望值的情況下，在電力移向雙極性傳輸信號的一側的時候，控制單元430可檢查與雙極性傳輸信號的另一側相連的組件。hvdc系統100可執行單極性傳輸或雙極性 傳輸。因此，在雙極性傳輸的情況下，可檢查與相對的那一側相連的組件。在這個情況下，可防止系統可能會經歷的事故和故障，因此可提高系統的可用性。

根據另一實施方式，在hvdc系統100的可用性低于期待值的情況下，控制單元430可在不停止系統100操作的情況下向hvdc系統100添加ac諧波濾波器、dc平滑電抗器、無功功率補償器、和gis中的至少一種。

圖5示出根據實施方式的hvdc系統的配置。

根據實施方式的hvdc系統100可包括發電部510、傳輸側ac部520、傳輸側dc轉換部530、dc傳輸部540、消費者側dc轉換部550、消費者側ac部560、消費者部570、多個組件122、124、126、132、和134、以及控制裝置400。

發電部510產生三相ac電力。發電部510可包括多個電力站。

傳輸側ac部520將由發電部510產生的三相ac電力輸送給傳輸側dc轉換部530。

傳輸側dc轉換部530可包括傳輸側變壓器(未示出)和傳輸側ac-dc轉換器(未示出)。在這個情況下，傳輸側變壓器(未示出)將傳輸側ac部520與傳輸側ac-dc轉換器(未示出)和dc傳輸部540隔離開。傳輸側ac-dc轉換器(未示出)將對應于傳輸側變壓器(未示出)的輸出的三相ac電力轉換為dc電力。

dc傳輸部540將來自傳輸側的dc電力輸送給消費者側。

消費者側dc轉換部550可包括消費者側dc-ac轉換器(未示出)和消費者側變壓器(未示出)。消費者側dc-ac轉換器(未示出)將由dc傳輸部540輸送的dc電力轉換為三相ac電力。消費者側變壓器(未示出)將消費者側ac部560與消費者側dc-ac轉化器(未示出)和dc傳輸部540隔離開。

消費者側ac部560將對應于消費者側變壓器(未示出)的輸出的三相ac電力提供給消費者部570。

hvdc系統100中的多個組件可包括：無功功率補償器122，其考慮相關的ac電力系統；ac諧波濾波器142，其用于減少產生自ac電力系統的系統諧波和產生自hvdc系統100的特征諧波；變流變壓 器126，其用于轉變ac電壓；晶閘管132，其用于電力轉換；以及dc平滑電抗器134，其用于dc電流分量的平滑。

多個組件可與控制裝置400通過電纜或電線相連接，且可向控制裝置400傳送關于各個組件的可用狀態的數據。

如早先圖4中所描述的，控制裝置400收集關于hvdc系統100中組件的可用狀態的數據，由收集到的數據計算出定義hvdc系統100的實際操作時間的比率的可用性，且然后基于關于組件的可用性和hvdc系統100的可用性的數據來執行hvdc系統100的控制。

此外，控制裝置400也執行hvdc系統100的常規控制。具體而言，控制裝置400可控制發電部510、傳輸側ac部520、傳輸側dc轉換部530、dc傳輸部540、消費者側dc轉換部550、消費者側ac部560、消費者部570、以及控制裝置400中的至少一個。

為了達到這個目的，控制裝置400可控制傳輸側ac-dc轉換器(未示出)和消費者側dc-ac轉換器(未示出)中的多個閥門的打開和關閉的時機。在這個情況下，所述閥門可對應于晶閘管或絕緣柵雙極型晶體管(igbt)。并且，控制裝置400可進一步包括控制上述閥門的閥控制器。

圖6示出根據實施方式的操作hvdc系統中的控制裝置的過程。

在步驟s601中，控制裝置400通過通信來接收關于組件的可用狀態的數據或由hmi顯示可用狀態。

具體而言，在組件為有源器件的情況下，如，在比如晶閘管閥門、變壓器、gis的組件中包含的ct、pt、ds或es的情況下，可能通過利用比如電纜或電線的連接線，或者有線/無線通信來接收關于可用狀態的數據。在部件對應于無源器件的情況下，可使各個組件跳閘，或者如果需要，在hmi上顯示分離狀態信息以從組件的電力狀態收集關于各個組件的可用狀態信息。

在步驟s602中，控制裝置400通過組件收集關于可用狀態的數據。

各個組件可能或可能不影響hvdc系統100的操作。具體而言，組件大致可劃分為在不可操作狀態影響hvdc系統100的操作的組件，以及在不可操作狀態不影響hvdc系統100的操作的組件。此外，在前一種情況下，各個組件對hvdc系統100的操作造成多大的影響可 以改變。

因此，控制裝置400可收集關于用于hvdc系統100的所有組件的狀態信息，即可操作和不可操作的狀態信息以及時間以合計實際參考時間內的可用性。根據實施方式，控制裝置400可以根據組件是否影響hvdc系統100的操作來分配優先權或權重給組件。因此，可以優先權或權重的降序來收集關于組件的操作數據信息，或從目標中排除具有低優先權或權重的組件以收集操作數據信息。

在步驟s603中，控制裝置400計算hvdc系統的可用性。

在這個情況下，hvdc系統100的可用性可通過hvdc系統100的實際操作時間與hvdc系統100的可操作時間的比率來進行計算。

在步驟s604中，控制裝置400分析和存儲關于組件的不可用狀態的數據。

根據實施方式，控制裝置400基于監測關于組件的可用數據和可用性的信息來控制系統以增加可用性。在hvdc系統100的可用性低于期待值的情況下，下述控制成為可能。

為了增加可用性，系統管理者可在系統不停機的情況下維修系統。例如，在hvdc系統將電力作為雙極性傳輸信號傳送的情況下，在電力移向雙極性傳輸信號的一側時，可檢查與雙極性傳輸信號的另一側相連接的組件。可替換地，可在hvdc系統100沒有操作的計劃停機時間檢查組件。此外，可在不停止hvdc系統100的操作的情況下，向hvdc系統100添加ac諧波濾波器、dc平滑電抗器、無功功率補償器、和gis中的至少一種。

在步驟s605中，控制裝置400存儲和管理累積的數據。

根據本實施方式，可收集關于用于hvdc系統100的所有組件的狀態信息，即可操作和不可操作狀態信息以及時間，以合計實際參考時間內的可用性，并分析和評估hvdc系統100。也就是，可收集關于組件的不可操作狀態的信息以將該信息重新應用以設計或改進系統。

本公開中提出的實施方式可應用于除hvdc系統以外的傳輸和轉換系統，比如svc系統、換流器站、發電系統，以基于利用關于組件的可用性信息的可用性計算和數據收集來用于系統分析和評估。也就是，實施方式也可用于維護、系統分析、經濟效益分析、系統可用性、 以及系統壽命的計算。

根據實施方式，可收集關于用于hvdc系統的所有組件的狀態信息以確定可操作的和不可操作的狀態信息和時間，合計實際參考時間內的可用性并評估hvdc系統。

并且，可收集關于組件可能沒法操作的狀態的信息，以將該信息再應用于設計或基于該信息改進系統。

盡管已如上對實施例進行了主要地描述，它們僅僅是范例而不應局限本公開且本公開所屬領域內的技術人員應該能理解到在不脫離實施例必要特征的范圍內可實行許多上述描述中沒有闡明的變化和應用。例如，可改變實施例中具體描述的組件。此外，與這些變化和應用相關的差別應被解釋為包含在由以下權利要求所定義的本公開的保護范圍以內。