HVDC系统中的控制装置及其操作方法与流程

本公开涉及一种高压直流电(hvdc)系统中的控制装置及其操作方法，且更具体而言，涉及一种hvdc系统中的控制装置及其操作方法，其监控hvdc系统中的组件的可用性以测量所述hvdc系统的可用性，基于此来评估并控制hvdc系统。

背景技术：

高压直流电(hvdc)系统是一种系统，其将接收的交流电(ac)电力转换为直流电(dc)电力以传输与ac电力系统相关的转换后的电力并且使接收侧能将dc电力转换回ac电力以传输转换后的电力。

图1示出了常规hvdc系统的配置。

如图1所示，hvdc系统100可包括ac场(yard)、dc场、和dc传输场。

ac场包括：无功功率补偿器122，其考虑相关的ac电力系统110；ac谐波滤波器124，其用于减少产生自ac电力系统110的系统谐波和产生自hvdc系统100的特征谐波；和变流变压器126，其用于变换ac电压。在这个情况下，图1中静止同步补偿器(statcom)或分路电抗器而非静止无功补偿器(staticvarcompensator，svc)也可用作无功功率补偿器122。

dc场包括用于电力转换的晶闸管阀132和用于对dc电流分量的平滑的dc平滑电抗器134。

变流站可通过使用dc电缆或加工过的电线的dc传输线140进行连接。

如此，由于hvdc系统100是一种系统，其转换电压和电流以从发电端供应电力给与电力网络相关的接收端，所以如果系统建设完成则需要对该系统的完整性或性能进行评估。可基于损耗和可用性对hvdc系统100进行大致地评估。但是，现在真实的情况是没有收集关于hvdc系统100中组件的可用状态和状态的信息。并且，没有测 量hvdc系统100的可用性的具体方法。

技术实现要素：

实施方式提供一种监测关于组件可用性的数据以测量hvdc系统的可用性，并基于此来评估和控制该hvdc系统的具体方法。

实施方式也提供一种通过监测来收集关于组件可能不操作的状态的信息以将其应用于系统设计或系统的操作计划以改进系统的方法。

实施方式中所完成的技术问题并不局限于如上所述的技术问题，并且所属领域的技术人员将从接下来的与所建议的实施方式相关的描述来清楚理解未提及的其他技术问题。

在一个实施方式中，高压直流电(hvdc)系统中的控制装置包括：通信单元，其执行与hvdc系统中的组件的通信；和控制单元，其使通信单元能从组件接收关于组件的可用状态的数据，并基于关于组件的可用状态的数据，计算定义为hvdc系统的实际操作时间与hvdc系统的可操作时间的比率的hvdc系统的可用性，然后基于关于组件的可用状态的数据和hvdc系统的可用性而执行hvdc系统的控制。

在另一实施方式中，hvdc系统包括至少一个与hvdc系统的操作相关的组件；和控制装置，其执行与组件的通信以接收关于组件的可用状态的数据，基于关于组件的可用状态的数据，计算定义为hvdc系统的实际操作时间与hvdc系统的可操作时间的比率的hvdc系统的可用性，然后基于关于组件的可用状态的数据和hvdc系统的可用性来执行hvdc系统的控制。

在再另一实施方式中，一种操作在hvdc系统中的控制装置的方法包括：执行与hvdc系统中组件的通信以接收关于组件的可用状态的数据；基于关于组件的可用状态的数据，计算定义为hvdc系统的实际操作时间与hvdc系统的可操作时间的比率的hvdc系统的可用性；以及基于关于组件的可用状态的数据和hvdc系统的可用性来执行hvdc系统的控制。

一个或多个实施方式的细节将在附图和以下描述中进行陈述。其他特征将根据描述和附图以及权利要求书中变得显而易见。

附图说明

图1示出常规高压直流电(hvdc)系统的配置。

图2示出由实施方式测量的hvdc系统的可用性。

图3示出根据实施方式的计算hvdc系统的可用性的过程。

图4为根据实施方式的控制装置的框图。

图5示出根据实施方式的hvdc系统的配置。

图6示出根据实施方式的操作hvdc系统中的控制装置的过程。

具体实施方式

下文中，将参考附图对具体实施方式进行详细描述。但是，本公开的技术构思不应局限于下文待描述的实施方式，且其可能通过添加、改变和删除其他组件，便于提出包含在本公开的技术构思范围内的回归发明或其他实施方式。

此处所应用的术语是与相应技术相关的广泛应用的通用术语，但如若可能在特殊情况下，在描述相应发明时对这些术语的意思进行详细描述的情况下，申请人任意地选择术语。因此，应注意到本公开应通过术语的意思而非术语的名称来理解。在以下描述中，术语“包括”不是指排除与所列举的组件或步骤不同的组件或步骤的存在。

图2示出由实施方式测量的高压直流电(hvdc)系统的可用性。

即使当系统处于操作状态，并不意味着用户可能一直在使用系统。换言之，系统可能需要维修或在经历故障。因此，使用可用性以指示用户能使用系统多少。可用性可为测量系统的可靠性的一种度量。

可用性可定义为系统正常操作的时间的比率。换言之，通过总的可用时间减去不可用时间所得的值去除总的可用时间来获得可用性。在不可用时间内，可能因为某些原因没有使用系统。

总的可用时间指系统可操作的时间。总的可用时间由可用时间和不可用时间的和来表示。

可用时间为系统开启或提供服务的时间，且其定义为正常运行时间(uptime)。

不可用时间为系统关闭或未提供服务的时间，且其定义为停机时 间(downtime)。换言之，不可用时间是系统自身可进行操作但是由于一些不可用的理由，系统关闭或没有正常操作的时间。不可用时间可包括用于系统维护的时间、用于处理失效或故障的时间、和用于系统更新的时间。

在这个情况下，可用性由以下等式表示：

图2中的表格代表hvdc系统100的可用性和相应的年度停机时间。年度停机时间代表hvdc系统100一年(365天)内有多长时间可能不能操作且对应于停机时间。如果hvdc系统的可用性为99％，在365天中有三天15小时36分钟难以使用hvdc系统。也就是，在系统的可用性为99.9999％的情况下，系统在365天中有32秒没有正常操作。

图3示出根据实施方式的计算hvdc系统的可用性的过程。

根据实施方式的hvdc系统100可根据来自消费者比如电力供应商的请求而建设。在这个情况下，hvdc系统100的管理者需要根据消费者请求时间而操作hvdc系统100。在hvdc系统100的操作时间没有满足消费者请求时间的情况下，其相当于系统事故。因此，hvdc系统100的管理者监控hvdc系统100的操作状态。具体而言，可测量hvdc系统100的可用性，并基于可用性来分析和评估hvdc系统100的状态从而采取措施用以改进hvdc系统100。

下文中，在实施方式中定义hvdc系统100的可用性。以下参考图6描述基于所计算的可能性对hvdc系统100进行分析和评估的操作从而采取措施用于改进hvdc系统100。

hvdc系统100的可用性可以定义为hvdc系统100正常操作的时间的比率。换言之，可用性由实际操作时间除以总的可操作时间来获得。

总的可操作时间指代系统可能操作的时间。

根据实施方式，总的可操作时间可根据消费者的请求而设置。换言之，hvdc系统100的管理者在构建hvdc系统100时，设置hvdc系统从而使hvdc系统100按照消费者所请求的时间来操作，且管理者根据设置来操作hvdc系统100。在超过消费者请求时间的时间内无需操作hvdc系统100。因此，即使hvdc系统100可以每年持续操作361天，如果消费者请求时间为350天，总的可操作时间可变为350天。在这个情况下，总的可操作时间变为消费者请求时间。

实际操作时间为hvdc系统100正常操作的时间。在这个情况下，实际操作时间为从总的可操作时间排除系统关闭或因某些不可操作的理由而没有操作的时间而获得的时间。不能操作的理由可以包括：用于hvdc系统100的维护的时间、用于处理失效或故障的时间、用于系统备份或升级的时间或类似的。

计划停机时间不对应于不能操作的理由。计划停机时间是建设hvdc系统100时已安排的停机以用于系统维护和组件检查的时间。因此，其与用于在hvdc系统100操作期间意外出现的系统维护和组件检查的时间有所区别。在确定消费者请求时间和不能操作的理由时，hvdc系统100的管理者不考虑计划停机时间而进行确定，且因此计划停机时间未被考虑在根据本实施方式的可用性计算之中。在这个情况下，可用性可以由下述等式表示：

根据实施方式，由等式(2)计算的可用性可由hvdc系统100中的控制装置400测量。以下参考图4对控制装置400的具体配置进行描述。

如图3所示，在步骤s301中控制装置400收集hvdc系统100的各个组件的操作数据信息。操作数据信息可以是关于组件的可用状态的数据。

根据实施方式，控制装置400根据组件是否影响hvdc系统100的操作而分配优先权或权重给该组件。因此，可按照优先权或权重的降序来收集关于组件的操作数据信息，或者可从待收集操作数据信息的目标中排除具有低的优先权或权重的组件。

组件可包括hvdc系统100中的各种组件，比如无功功率补偿器、气体绝缘开关设备(gis)、ac谐波滤波器、变流变压器、晶闸管阀、dc平滑电抗器、dc传输线。

在步骤s302中控制装置400测量消费者请求时间和hvdc系统100中的实际操作时间。

消费者请求时间是由消费者请求的时间，从而使hvdc系统100进行操作，且可在建设hvdc系统100时设置。

实际操作时间是从消费者请求时间减去hvdc系统100关闭或因为某些不可操作的理由而不能正常操作的时间所获得的时间。不可操作的理由可包括用于hvdc系统100的维护的时间、用于处理失效或故障的时间、用于系统备份或升级的时间或类似的。在确定用于可用性计算的消费者请求时间和实际操作时间的时候，计划停机时间没有纳入考虑。例如，当假设hvdc系统100的消费者请求时间为300天且计划停机时间为10天时，hvdc系统100的管理者会在建设系统时设计系统以使hvdc系统100在除了计划停机时间(10天)以外的剩余期间内的300天进行操作。在这个情况下，由于可用性定义为系统可以操作的时间与系统正常操作的时间的比率，计划停机时间不对应于可操作时间。因此，在计算可用性时不考虑计划停机时间。

在步骤s303中，控制装置400基于测量的消费者请求时间和实际操作时间来计算hvdc系统100的可用性。具体而言，控制装置400可将实际操作时间与消费者请求时间的比率计算为可用性。尽管在图3中，对hvdc系统100的可操作时间为消费者请求时间的假设作出了描述，可操作时间仍然可根据实施方式而改变。在这个情况下，hvdc系统100的可用性可定义为实际操作时间与可操作时间的比率。

图4为根据实施方式的控制装置的框图。

根据实施方式的控制装置400可包含于hvdc系统100之中以执行hvdc系统100的保护和常规控制。hvdc系统的具体配置和操作将参考图5在下文进行描述。根据实施方式，控制装置400可为hvdc系统中的控制和保护(c&p)装置。

根据实施方式的控制装置400可包括通信单元410、存储单元420、和控制单元430。

通信单元410可执行与hvdc系统100中组件的通信以接收关于该组件的可用状态的数据。为了这个目的，通信单元410可通过电线或电缆与组件相连以发送和接收数据。但是，通信单元410和组件执行的通信方法并不局限于此，且可能通过所有类型的有可能发送和接收数据的有线/无线通信技术执行通信，比如光通信、电力线通信、无线lan通信、移动通信。

hvdc系统100的组件数量可为至少一个且与控制装置400的通信单元410通过比如电缆或电线的有线或其他无线技术相连接。在这个情况下，组件可测量关于相应组件的可用状态的数据并通过与通信单元410的通信将所测量的数据发送给控制装置400。

具体而言，组件可包括晶闸管阀、无功功率补偿器、gis、ac谐波过滤器、变流变压器、dc平滑电抗器、dc传输线、或类似的。其中，所述组件也可以包括在所述晶闸管阀、变流变压器、gis中包含的电流互感器、电压互感器、切断开关、接地开关(es)。

存储单元420可存储关于组件的可用状态的数据和关于hvdc系统的可用性的数据。尽管在图4中，存储单元420被包含于控制装置400之中，根据实施方式，存储单元420可不被包含于控制装置400之中。

存储在存储单元420中的数据可由组件分类且存储。并且，数据可以被持续更新以累积数据的形式存储在存储单元420中。在这个情况下，下文中待描述的控制单元430可基于累积的数据来评估和控制hvdc系统100。

控制单元430可以使得通信单元410能够从组件接收关于组件的可用状态的数据。具体而言，控制单元430可以使用连接线，比如电缆或电线，或有线/无线通信以接收来自组件中的ct、pt、ds和es的关于可用状态的数据，这类组件比如是晶闸管阀、变压器、gis。

可替换地，控制单元430可从组件的功率状态收集关于各个组件的可用状态的信息。换言之，在组件对应于无源器件的情况下，可能让组件跳闸或显示分离状态信息在人机界面(hmi)上。

根据实施方式，可用状态可划分为可操作状态、不可操作状态、实际操作状态、失效或故障状态、维护状态、系统备份或升级状态， 或类似的。

可操作状态是系统可以操作的状态。不可操作状态是系统处于可操作状态但因不可操作的理由而没有正常操作的状态。实际操作状态是系统正常操作的状态。在维修状态的情况下，可能为了系统维护而关闭系统电源，而在系统备份或更新状态的情况下，系统可在预定时间内停止其操作。

基于组件的可用状态，控制单元430可计算hvdc系统的可用性，其定义为hvdc系统100的实际操作时间与hvdc系统100的可操作时间的比率。

hvdc系统100的实际操作时间可定义为从hvdc系统100的可操作时间排除hvdc系统100的不可操作时间的时间。在这种情况下，hvdc系统100的不可操作时间可定义为尽管hvdc系统处于可操作状态但是hvdc系统100因为不可操作的原因而没有正常操作的时间。根据实施方式，hvdc系统100的可操作时间可为建设系统时由消费者请求的时间。

不可操作的理由可包括维护、故障、系统备份或升级中的至少一种。

控制单元430可将关于组件的可用状态的数据和关于hvdc系统100的可用性的数据存储在存储单元420中。

然后，控制单元430可基于存储于存储单元420中的关于组件的可用状态的数据和关于hvdc系统100的可用性的数据来执行对hvdc系统100的评估和控制。

根据实施方式，在hvdc系统100的可用性低于期望值的情况下，控制单元430可在hvdc系统100没有操作的计划停机时间检查组件。计划停机时间并不包含于可操作时间中且其因此不被纳入可用性计算的考虑。因此，通过在计划停机时段内检查被监测的组件以防止由于失效或故障导致的事故，可提高可用性。

根据另一实施方式，在hvdc系统100将电力作为双极性传输信号传输且hvdc系统100的可用性低于期望值的情况下，在电力移向双极性传输信号的一侧的时候，控制单元430可检查与双极性传输信号的另一侧相连的组件。hvdc系统100可执行单极性传输或双极性 传输。因此，在双极性传输的情况下，可检查与相对的那一侧相连的组件。在这个情况下，可防止系统可能会经历的事故和故障，因此可提高系统的可用性。

根据另一实施方式，在hvdc系统100的可用性低于期待值的情况下，控制单元430可在不停止系统100操作的情况下向hvdc系统100添加ac谐波滤波器、dc平滑电抗器、无功功率补偿器、和gis中的至少一种。

图5示出根据实施方式的hvdc系统的配置。

根据实施方式的hvdc系统100可包括发电部510、传输侧ac部520、传输侧dc转换部530、dc传输部540、消费者侧dc转换部550、消费者侧ac部560、消费者部570、多个组件122、124、126、132、和134、以及控制装置400。

发电部510产生三相ac电力。发电部510可包括多个电力站。

传输侧ac部520将由发电部510产生的三相ac电力输送给传输侧dc转换部530。

传输侧dc转换部530可包括传输侧变压器(未示出)和传输侧ac-dc转换器(未示出)。在这个情况下，传输侧变压器(未示出)将传输侧ac部520与传输侧ac-dc转换器(未示出)和dc传输部540隔离开。传输侧ac-dc转换器(未示出)将对应于传输侧变压器(未示出)的输出的三相ac电力转换为dc电力。

dc传输部540将来自传输侧的dc电力输送给消费者侧。

消费者侧dc转换部550可包括消费者侧dc-ac转换器(未示出)和消费者侧变压器(未示出)。消费者侧dc-ac转换器(未示出)将由dc传输部540输送的dc电力转换为三相ac电力。消费者侧变压器(未示出)将消费者侧ac部560与消费者侧dc-ac转化器(未示出)和dc传输部540隔离开。

消费者侧ac部560将对应于消费者侧变压器(未示出)的输出的三相ac电力提供给消费者部570。

hvdc系统100中的多个组件可包括：无功功率补偿器122，其考虑相关的ac电力系统；ac谐波滤波器142，其用于减少产生自ac电力系统的系统谐波和产生自hvdc系统100的特征谐波；变流变压 器126，其用于转变ac电压；晶闸管132，其用于电力转换；以及dc平滑电抗器134，其用于dc电流分量的平滑。

多个组件可与控制装置400通过电缆或电线相连接，且可向控制装置400传送关于各个组件的可用状态的数据。

如早先图4中所描述的，控制装置400收集关于hvdc系统100中组件的可用状态的数据，由收集到的数据计算出定义hvdc系统100的实际操作时间的比率的可用性，且然后基于关于组件的可用性和hvdc系统100的可用性的数据来执行hvdc系统100的控制。

此外，控制装置400也执行hvdc系统100的常规控制。具体而言，控制装置400可控制发电部510、传输侧ac部520、传输侧dc转换部530、dc传输部540、消费者侧dc转换部550、消费者侧ac部560、消费者部570、以及控制装置400中的至少一个。

为了达到这个目的，控制装置400可控制传输侧ac-dc转换器(未示出)和消费者侧dc-ac转换器(未示出)中的多个阀门的打开和关闭的时机。在这个情况下，所述阀门可对应于晶闸管或绝缘栅双极型晶体管(igbt)。并且，控制装置400可进一步包括控制上述阀门的阀控制器。

图6示出根据实施方式的操作hvdc系统中的控制装置的过程。

在步骤s601中，控制装置400通过通信来接收关于组件的可用状态的数据或由hmi显示可用状态。

具体而言，在组件为有源器件的情况下，如，在比如晶闸管阀门、变压器、gis的组件中包含的ct、pt、ds或es的情况下，可能通过利用比如电缆或电线的连接线，或者有线/无线通信来接收关于可用状态的数据。在部件对应于无源器件的情况下，可使各个组件跳闸，或者如果需要，在hmi上显示分离状态信息以从组件的电力状态收集关于各个组件的可用状态信息。

在步骤s602中，控制装置400通过组件收集关于可用状态的数据。

各个组件可能或可能不影响hvdc系统100的操作。具体而言，组件大致可划分为在不可操作状态影响hvdc系统100的操作的组件，以及在不可操作状态不影响hvdc系统100的操作的组件。此外，在前一种情况下，各个组件对hvdc系统100的操作造成多大的影响可 以改变。

因此，控制装置400可收集关于用于hvdc系统100的所有组件的状态信息，即可操作和不可操作的状态信息以及时间以合计实际参考时间内的可用性。根据实施方式，控制装置400可以根据组件是否影响hvdc系统100的操作来分配优先权或权重给组件。因此，可以优先权或权重的降序来收集关于组件的操作数据信息，或从目标中排除具有低优先权或权重的组件以收集操作数据信息。

在步骤s603中，控制装置400计算hvdc系统的可用性。

在这个情况下，hvdc系统100的可用性可通过hvdc系统100的实际操作时间与hvdc系统100的可操作时间的比率来进行计算。

在步骤s604中，控制装置400分析和存储关于组件的不可用状态的数据。

根据实施方式，控制装置400基于监测关于组件的可用数据和可用性的信息来控制系统以增加可用性。在hvdc系统100的可用性低于期待值的情况下，下述控制成为可能。

为了增加可用性，系统管理者可在系统不停机的情况下维修系统。例如，在hvdc系统将电力作为双极性传输信号传送的情况下，在电力移向双极性传输信号的一侧时，可检查与双极性传输信号的另一侧相连接的组件。可替换地，可在hvdc系统100没有操作的计划停机时间检查组件。此外，可在不停止hvdc系统100的操作的情况下，向hvdc系统100添加ac谐波滤波器、dc平滑电抗器、无功功率补偿器、和gis中的至少一种。

在步骤s605中，控制装置400存储和管理累积的数据。

根据本实施方式，可收集关于用于hvdc系统100的所有组件的状态信息，即可操作和不可操作状态信息以及时间，以合计实际参考时间内的可用性，并分析和评估hvdc系统100。也就是，可收集关于组件的不可操作状态的信息以将该信息重新应用以设计或改进系统。

本公开中提出的实施方式可应用于除hvdc系统以外的传输和转换系统，比如svc系统、换流器站、发电系统，以基于利用关于组件的可用性信息的可用性计算和数据收集来用于系统分析和评估。也就是，实施方式也可用于维护、系统分析、经济效益分析、系统可用性、 以及系统寿命的计算。

根据实施方式，可收集关于用于hvdc系统的所有组件的状态信息以确定可操作的和不可操作的状态信息和时间，合计实际参考时间内的可用性并评估hvdc系统。

并且，可收集关于组件可能没法操作的状态的信息，以将该信息再应用于设计或基于该信息改进系统。

尽管已如上对实施例进行了主要地描述，它们仅仅是范例而不应局限本公开且本公开所属领域内的技术人员应该能理解到在不脱离实施例必要特征的范围内可实行许多上述描述中没有阐明的变化和应用。例如，可改变实施例中具体描述的组件。此外，与这些变化和应用相关的差别应被解释为包含在由以下权利要求所定义的本公开的保护范围以内。