论文部分内容阅读
摘 要：随着经济的快速发展，电网的建设也面临着越来越多的挑战，高压直流输电以其显著的技术优势，在大容量远距离电力输送、大规模可再生能源发电并网等方面起到越来越重要的作用，成为构建我国坚强智能电网的重要技术手段。高压直流断路器保障了多端高压直流输电的可靠性、灵活性、连续性，高压直流断路器作为高压直流输电的核心、关键设备，其信息需要实时被监视。准确获得断路器运行状态信息及故障状态下的故障信息是系统对保护装置的要求，高压直流断路器监视系统的可行性和可靠性至关重要，本文设计了一种用于高压直流断路器的监视系统，为高压直流断路器的稳定运行提供了有力保障。
关键词：直流输电;直流断路器;监视系统
1概述
本文设计了一种用于高压直流断路器的监视系统，高压直流断路器监视系统作为高压直流断路器的关键设备之一，能够实时监控断路器的状态和信息，在故障状态下及时、准确获得故障信息，及时进行故障机理的分析进而进行修复，保证断路器安全可靠稳定的运行。
2方案设计
高压直流断路器的监视系统总体结构如图1所示。
断路器监视系统包括上位机PC设备和下位机监视系统机箱。断路器监视系统分为断路器监视系统A、断路器监视系统B，分别处理高压直流断路器 A系统与B系统的状态信息。断路器监视系统A和断路器监视系统B均接收GPS进行对时，断路器监视系统产生的所有信息以该GPS时钟作为标准时钟源。
2.1 数据处理
断路器监视系统接收高压直流断路器控制保护单元传送的快速开关电容电压值、OCT的模拟量信息、高压直流断路器阀控单元传送的子模块电压信息，并分析记录子模块电容电压最大值，将这些模拟量信息作为遥测量通过标准以太网接口发给上位机进行显示。
断路器监视系统接收来自高压直流断路器控制保护单元、机械开关、阀控单元、OCT的状态信息位及子模块状态信息位，打上时标进行缓冲，然后状态信息位与上一次接收到的各状态信息位依次进行比较，检查变位情况，如果该状态位发生变位，则生成对应的事件，打时标，入事件缓冲区等待发送，并将新的信息状态位存储记录。处理器检查待发送模拟量、SOE（Sequence Of Event，简称SOE）事件缓冲区的状态，按照进入存储区的顺序向上位机发送由该机箱处理产生的带有时标的模拟量及SOE事件信息，SOE数据帧内容包含事件时标与事件内容。将高压直流断路器控制保护单元、机械开关、阀控单元、OCT及子模块状态信息作为遥信量通过标准以太网接口上传到上位机进行显示。
断路器监视系统监视的子模块状态信息如表1所示：
断路器监视系统采用FPGA+PowerPC作为核心处理器件，主要用于缓存和转发事件，FPGA主要负责底层的外部通信处理、状态位变位、接受时标、更新状态存储区、检测断路器监视系统自身通信状态，以及子模块编号、子模块分段编号的添加，PowerPC负责事件缓存以及向上位机发送事件。
断路器监视系统设计有手动录波和自动录波的功能，当接收到上位机的录波命令时，对解析后的状态信息及电压信息进行录波操作，并生成录波文件，然后将录波文件通过以太网上传到上位机。另外，敏感事件的生成会启动自动录波。
2.2 人机交互界面
断路器监视系统下位机监视单元机箱与上位机PC设备之间采用标准以太网接口，遥测遥信量上传、SOE事件上传、录波上传通过不同的线程，相对独立，减少了互相之间的影响，提高了处理效率，保证了断路器监视系统的实时性。
高压直流断路器监视系统上位机监控界面主要包括：
（1）主画面：主要显示断路器主电路拓扑、断路器合闸状态、快速机械开关状态、极线电流、主支路电流、转移支路分段电容电压和等信息。
（2）VBC监视界面：主要显示VBC状态及子模块电容电压值等信息。
（3）子模块状态监测界面：主要显示主支路子模块当前状态和历史状态、转移支路子模块当前状态和历史状态等信息。
（4）机械开关信息显示界面：主要显示机械开关极柱状态、机械开关故障状态、机械开关电容电压值等信息。
（5）实时事件信息显示界面：主要显示实时事件类型、来源及内容等信息。
（6）历史事件信息查询显示界面：可根据查询参数的设置进行历史事件信息查询，查询参数包含“选择日期时间”、“选择查询类型”、“选择查询内容”、“选择事件类型”共4类。
（7）故障录波显示界面：可以显示模拟量和数字量的波形，录波的采样间隔是50us，录波时间长度为0.2s，录波文件采用.mat、.txt、.excel等格式，可以被MATLAB等软件直接绘制出图形，予以离线分析。
3结论
本文提出的高压直流断路器监视系统能够实时监测子模块电容电压，计算并显示出子模块电容电压最大值，便于操作人员分析记录每次关断电流过程中子模块动态均压效果;能够记录各子模块的事件顺序、事件信息、阀基控制设备SOE事件信息和控制保护单元SOE事件信息;能够对子模块电容电压以及主支路电流、线路电流、机械开关电容电压等进行录波，为离线分析提供了条件;实时监视断路器的分合及运行状态的信息，在故障情况下能够及时、准确获取断路器所有组件的状态信息和故障程度，以及断路器整体的故障信息，用于故障机理的分析进而进行修复;采用数据库记录，实现SOE事件快速记录与历史查询。采用FPGA +PowerPC作为核心处理器件，工作范围分工配合明确，责任清晰，设计简单可靠，为高压直流断路器的稳定运行提供了有力保障。
参考文献：
[1]舟山多端柔性直流输电工程综述[J]. 高强，林烨，黄立超，罗伟. 电网与清洁能源. 2015（02）
[2]多端直流输电与直流电网技术[J]. 汤广福，罗湘，魏晓光. 中国电机工程学报. 2013（10）
[3]电流转移型高压直流断路器[J]. 许烽，江道灼，黄晓明，陆翌，裘鹏. 电力系统自动化. 2016（21）
[4]柔性直流输电网用新型高压直流断路器设计方案[J]. 魏晓光，高冲，罗湘，周万迪，吴亚楠. 电力系统自动化. 2013（15）
[5]一种限流式混合直流断路器方案[J]. 江道灼，张弛，郑欢，叶李心，严玉婷. 电力系统自动化. 2014（04）
[6]直流电网在中国的应用前景分析[J]. 温家良，吴锐，彭畅，王宇. 中国电机工程学报. 2012（13）
[7]舟山多端柔性直流输电工程系统设计[J]. 李亚男，蒋维勇，余世峰，邹欣. 高电压技术. 2014（08）
[8]一種限流式混合直流断路器方案[J]. 江道灼，张弛，郑欢，叶李心，严玉婷. 电力系统自动化. 2014（04）
[9]A new hybrid multi-level voltage-source converter with DC fault blocking capa-bility. Merlin M M C，Green T C，Mitcheson P D，et al. 9th IET International Conference on AC and DC Power Transmission . 2010
[10]A new hybrid voltage-sourced converter for HVDC power transmission. Trainer D R，Critchley D R，Davidson C C，et a1. CIGRE Session . 2010
作者简介：
孔德煜 （1990-），女，硕士研究生，中级工程师，中国矿业大学（北京），研究方向为电力电子与电力传动。
关键词：直流输电;直流断路器;监视系统
1概述
本文设计了一种用于高压直流断路器的监视系统，高压直流断路器监视系统作为高压直流断路器的关键设备之一，能够实时监控断路器的状态和信息，在故障状态下及时、准确获得故障信息，及时进行故障机理的分析进而进行修复，保证断路器安全可靠稳定的运行。
2方案设计
高压直流断路器的监视系统总体结构如图1所示。
断路器监视系统包括上位机PC设备和下位机监视系统机箱。断路器监视系统分为断路器监视系统A、断路器监视系统B，分别处理高压直流断路器 A系统与B系统的状态信息。断路器监视系统A和断路器监视系统B均接收GPS进行对时，断路器监视系统产生的所有信息以该GPS时钟作为标准时钟源。
2.1 数据处理
断路器监视系统接收高压直流断路器控制保护单元传送的快速开关电容电压值、OCT的模拟量信息、高压直流断路器阀控单元传送的子模块电压信息，并分析记录子模块电容电压最大值，将这些模拟量信息作为遥测量通过标准以太网接口发给上位机进行显示。
断路器监视系统接收来自高压直流断路器控制保护单元、机械开关、阀控单元、OCT的状态信息位及子模块状态信息位，打上时标进行缓冲，然后状态信息位与上一次接收到的各状态信息位依次进行比较，检查变位情况，如果该状态位发生变位，则生成对应的事件，打时标，入事件缓冲区等待发送，并将新的信息状态位存储记录。处理器检查待发送模拟量、SOE（Sequence Of Event，简称SOE）事件缓冲区的状态，按照进入存储区的顺序向上位机发送由该机箱处理产生的带有时标的模拟量及SOE事件信息，SOE数据帧内容包含事件时标与事件内容。将高压直流断路器控制保护单元、机械开关、阀控单元、OCT及子模块状态信息作为遥信量通过标准以太网接口上传到上位机进行显示。
断路器监视系统监视的子模块状态信息如表1所示：
断路器监视系统采用FPGA+PowerPC作为核心处理器件，主要用于缓存和转发事件，FPGA主要负责底层的外部通信处理、状态位变位、接受时标、更新状态存储区、检测断路器监视系统自身通信状态，以及子模块编号、子模块分段编号的添加，PowerPC负责事件缓存以及向上位机发送事件。
断路器监视系统设计有手动录波和自动录波的功能，当接收到上位机的录波命令时，对解析后的状态信息及电压信息进行录波操作，并生成录波文件，然后将录波文件通过以太网上传到上位机。另外，敏感事件的生成会启动自动录波。
2.2 人机交互界面
断路器监视系统下位机监视单元机箱与上位机PC设备之间采用标准以太网接口，遥测遥信量上传、SOE事件上传、录波上传通过不同的线程，相对独立，减少了互相之间的影响，提高了处理效率，保证了断路器监视系统的实时性。
高压直流断路器监视系统上位机监控界面主要包括：
（1）主画面：主要显示断路器主电路拓扑、断路器合闸状态、快速机械开关状态、极线电流、主支路电流、转移支路分段电容电压和等信息。
（2）VBC监视界面：主要显示VBC状态及子模块电容电压值等信息。
（3）子模块状态监测界面：主要显示主支路子模块当前状态和历史状态、转移支路子模块当前状态和历史状态等信息。
（4）机械开关信息显示界面：主要显示机械开关极柱状态、机械开关故障状态、机械开关电容电压值等信息。
（5）实时事件信息显示界面：主要显示实时事件类型、来源及内容等信息。
（6）历史事件信息查询显示界面：可根据查询参数的设置进行历史事件信息查询，查询参数包含“选择日期时间”、“选择查询类型”、“选择查询内容”、“选择事件类型”共4类。
（7）故障录波显示界面：可以显示模拟量和数字量的波形，录波的采样间隔是50us，录波时间长度为0.2s，录波文件采用.mat、.txt、.excel等格式，可以被MATLAB等软件直接绘制出图形，予以离线分析。
3结论
本文提出的高压直流断路器监视系统能够实时监测子模块电容电压，计算并显示出子模块电容电压最大值，便于操作人员分析记录每次关断电流过程中子模块动态均压效果;能够记录各子模块的事件顺序、事件信息、阀基控制设备SOE事件信息和控制保护单元SOE事件信息;能够对子模块电容电压以及主支路电流、线路电流、机械开关电容电压等进行录波，为离线分析提供了条件;实时监视断路器的分合及运行状态的信息，在故障情况下能够及时、准确获取断路器所有组件的状态信息和故障程度，以及断路器整体的故障信息，用于故障机理的分析进而进行修复;采用数据库记录，实现SOE事件快速记录与历史查询。采用FPGA +PowerPC作为核心处理器件，工作范围分工配合明确，责任清晰，设计简单可靠，为高压直流断路器的稳定运行提供了有力保障。
参考文献：
[1]舟山多端柔性直流输电工程综述[J]. 高强，林烨，黄立超，罗伟. 电网与清洁能源. 2015（02）
[2]多端直流输电与直流电网技术[J]. 汤广福，罗湘，魏晓光. 中国电机工程学报. 2013（10）
[3]电流转移型高压直流断路器[J]. 许烽，江道灼，黄晓明，陆翌，裘鹏. 电力系统自动化. 2016（21）
[4]柔性直流输电网用新型高压直流断路器设计方案[J]. 魏晓光，高冲，罗湘，周万迪，吴亚楠. 电力系统自动化. 2013（15）
[5]一种限流式混合直流断路器方案[J]. 江道灼，张弛，郑欢，叶李心，严玉婷. 电力系统自动化. 2014（04）
[6]直流电网在中国的应用前景分析[J]. 温家良，吴锐，彭畅，王宇. 中国电机工程学报. 2012（13）
[7]舟山多端柔性直流输电工程系统设计[J]. 李亚男，蒋维勇，余世峰，邹欣. 高电压技术. 2014（08）
[8]一種限流式混合直流断路器方案[J]. 江道灼，张弛，郑欢，叶李心，严玉婷. 电力系统自动化. 2014（04）
[9]A new hybrid multi-level voltage-source converter with DC fault blocking capa-bility. Merlin M M C，Green T C，Mitcheson P D，et al. 9th IET International Conference on AC and DC Power Transmission . 2010
[10]A new hybrid voltage-sourced converter for HVDC power transmission. Trainer D R，Critchley D R，Davidson C C，et a1. CIGRE Session . 2010
作者简介：
孔德煜 （1990-），女，硕士研究生，中级工程师，中国矿业大学（北京），研究方向为电力电子与电力传动。