一种三端口直流断路器的运行方式切换方法与流程

本发明属于电力
技术领域：
，特别涉及一种三端口直流断路器的运行方式切换方法。
背景技术：
：随着高压直流输电技术的发展，多端直流输电技术的研究与应用越来越广泛。直流断路器是直流输配电应用中的关键装置，可以通过直流断路器进行电力故障隔离，也可以根据输配电需要进行电网线路接入或断开。现有技术中，存在一种三端口直流开断设备(三端口直流断路器)：三端口直流开断设备包括三个端口，分别接入输配电三条线路；三端口直流断路器的第一边包括一个混合断路器；三端口直流断路器的第二边包括一个混合断路器；三端口直流断路器的第三边由包括一个快速机械开关；三端口直流断路器的三条边上还分别包括与混合断路器或机械开关串联连接的隔离开关；可选择的，三端口直流断路器上还包括两条隔离支路，第一隔离支路连接于所述第二边和第三边之间，第一隔离支路上装有第一投切开关；第二隔离支路连接于所述第一边与第三边之间，第二隔离支路上装有第二投切开关。该直流开断设备能够在多端直流输电中安全地将故障电流从通态损耗较低的主支路转移至具有切断故障电流能力的转移支路后再进行切断，具备可控性强、可快速重合闸等优势。实际应用中，需要使用上述三端口直流断路器进行电流检测、故障自动隔离，还需要通过控制三端口直流断路器三条支路上关键设备(混合直流短路器和机械开关)进行输电线路的接入、断开，以简单、安全可靠方式实现多端直流输电运行方式切换。技术实现要素：针对上述问题，本发明提供了一种三端口直流断路器的运行方式切换方法。一种三端口直流断路器的运行方式切换方法，所述三端口直流断路器包括三个端口，分别用于接入输配电三条线路，且三个端口相连形成三条支路，所述三条支路包括第一支路，所述第一支路包括第一断路器，所述三条支路包括第二支路，所述第二支路包括第二断路器，所述三条支路包括第三支路，所述第三支路包括第三断路器，方法包括：通过控制所述第一断路器、第二断路器、第三断路器中的一个或多个分闸和/或合闸来控制所述三条支路中一个或多个支路投入运行和/或退出运行，实现所述三端口直流断路器运行方式的切换。进一步地，方法包括：通过向所述支路发送分闸指令，控制所述支路上的断路器执行分闸，所述支路退出运行；和/或通过向所述支路发送合闸指令，控制所述支路上的断路器执行合闸，所述支路投入运行。进一步地，三端口直流断路器的运行方式包括：第一运行方式，所述第一支路、第二支路、第三支路均投入运行；第二运行方式，所述第一支路投入运行、所述第二支路、第三支路退出运行；第三运行方式，所述第二支路投入运行、所述第一支路、第三支路退出运行；第四运行方式，所述第三支路投入运行、所述第一支路、第二支路退出运行；第五运行方式，所述第一支路、第二支路、第三支路均退出运行。进一步地，方法包括：控制所述三端口直流断路器：从所述第一运行方式切换到所述第二运行方式或第三运行方式或第四运行方式；和/或从所述第二运行方式切换到所述第一运行方式或第五运行方式；和/或从所述第三运行方式切换到所述第一运行方式或第五运行方式；和/或从所述第四运行方式切换到所述第一运行方式或第五运行方式；和/或从所述第五运行方式切换到所述第二运行方式或第三运行方式或第四运行方式。进一步地，所述从第一运行方式切换到第四运行方式包括：发出所述第一支路和所述第二支路同时分闸指令，控制所述第一断路器和所述第二断路器执行分闸；所述从第一运行方式切换到第三运行方式包括：发出所述第一支路和所述第三支路同时分闸指令，控制所述第一断路器和所述第三断路器执行分闸；所述从第一运行方式切换到第二运行方式包括：发出所述第二支路和所述第三支路同时分闸指令，控制所述第二断路器和所述第三断路器执行分闸。进一步地，所述从第二运行方式切换到第五运行方式包括：发出所述第一支路分闸指令，控制所述第一断路器执行分闸；所述从第二运行方式切换到第一运行方式包括：发出所述第二支路和所述第三支路同时合闸指令，控制所述第二断路器和所述第三断路器执行合闸。进一步地，所述从第三运行方式切换到第五运行方式包括：发出所述第二支路分闸指令，控制所述第二断路器执行分闸；所述从第三运行方式切换到第一运行方式包括：发出所述第一支路和所述第三支路同时合闸指令，控制所述第一断路器和所述第三断路器执行合闸。进一步地，所述从第四运行方式切换到第五运行方式包括：发出所述第三支路分闸指令，控制所述第三断路器执行分闸；所述从第四运行方式切换到第一运行方式包括：发出所述第一支路和所述第二支路同时合闸指令，控制所述第一断路器和所述第二断路器执行合闸。进一步地，所述从第五运行方式切换到第二运行方式包括：发出所述第一支路合闸指令，控制所述第一断路器执行分闸；所述从第五运行方式切换到第三运行方式包括：发出所述第二支路合闸指令，控制所述第二断路器执行分闸；所述从第五运行方式切换到第四运行方式包括：发出所述第三支路合闸指令，控制所述第三断路器执行分闸。进一步地，所述分闸指令或合闸指令通过控制保护系统发出并根据所述分闸指令或合闸指令控制所述支路上的断路器动作。本发明的提供的三端口直流断路器的运行方式切换方法，操作简单、安全可靠，能够实现三端口直流输配电的灵活控制。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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示出了根据本发明实施例的三端口直流断路器的电路结构示意图；图2示出了根据现有技术的一种三端口直流断路设备的电路图；图3示出了根据本发明实施例的状态运行转化图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。本发明提供了一种三端口直流断路器的运行方式切换方法。该切换方法主要针对具有如图1所示的三端口直流断路器进行操作。图1示出了根据本发明实施例的三端口直流断路器的电路结构示意图。直流断路器包括三个端口，分别用于接入三条线路s1、s2、s3；三个端口相连构成的三角环形闭合电路网，形成三角形电路网的三条边线支路，本实施例中，三条边线支路分别为path1、path2、path3。其中，path1支路上连接有断路器a，path2支路上连接有断路器b，path3支路上连接有断路器c。所述的三端口直流断路器的运行方式切换方法通过控制断路器a、断路器b、断路器c来实现运行方法切换。图1仅为本发明切换方法实施对象的基本结构示意图，本发明对三端口直流断路器的具体结构、边线支路的其他连接部件、附件边线支路不做限制，对结构描述中的序号不做限制。示例性的，基于三端口直流断路器基本结构的具体实现可以是，如图2所示的一种三端口直流断路设备，包括:三个端口，分别用于接入三条线路s1、s2、s3；三个端口相连构成的三角环形闭合电路网；三角形电路网的path3支路由隔离开关ds2、断路器c、隔离开关ds1串联；断路器c由快速机械开关dccb1、固态开关支路、保护电阻r1并联形成；所述固态开关由固态开关u1和一个耦合负压电路串联形成；三角形电路网的path1支路由隔离开关ds6、断路器a、隔离开关ds5串联；断路器a由快速机械开关dccb3、固态开关支路、保护电阻r2并联形成；所述固态开关由固态开关u2和一个耦合负压电路串联形成；三角形电路网的path2支路由隔离开关ds3、断路器b、隔离开关ds4串联形成；断路器b包括快速机械开关dccb2；本实施例中，快速机械开关采用基于电磁斥力机构的快速机械开关；固态开关采用基于二极管桥式电路的固态开关，保护电阻(作为能量吸收支路)采用mov氧化锌避雷器。所述三角形电路网上还包括两条隔离支路：其中一条隔离支路的一端连接在三角形网络path3的断路器c与隔离开关ds1之间，另一端连接在三角形网络path2的快速机械开关dccb2和隔离开关ds4之间；该隔离支路上装有一个投切开关ds8；另一条隔离支路的一端连接在三角形网络path1的断路器a与隔离开关ds6之间，另一端连接在三角形网络path2的快速机械开关dccb2和隔离开关ds3之间；该隔离支路上装有一个投切开关ds7。正常工作状态下，隔离开关ds1-ds6闭合，投切开关ds7、ds8断开，快速机械开关dccb1-dccb3闭合，固态开关u1-u2断开。本发明所公开的三端口直流断路器的运行方式切换方法，通过控制本实施例中上述端三端口直流断路器(图1或图2所示的)中的三条边线支路上断路器的开断实现运行方式切换。本实施例中，三端口直流断路器的运行方式包括三种类型：三端联网运行模式、两端运行模式、微网孤岛运行模式。其中三端联网运行模式包括一种运行方式，为运行方式1：支路path1、支路path2、支路path3均投入运行；两端运行模式包括3种运行方式，包括运行方式2：s1-s3两端运行方式，支路path1退出运行，支路path2投入运行，支路path3退出运行；运行方式3：s2-s3两端运行方式，支路path1投入运行，支路path2退出运行，支路path3退出运行；运行方式4：s1-s2两端运行方式，支路path1退出运行，支路path2退出运行，支路path3投入运行；微网孤岛运行模式包括一种运行方式，为运行方式5：支路path1、支路path2、支路path3均退出运行；其中投入运行表示支路接通，退出运行表示支路断开。下表反应了上述5种运行方式及对应的支路运行状态(投入或退出)。运行方式编号运行模式path1path2path3运行方式1三端联网运行投入投入投入运行方式2s1-s3两端运行退出投入退出运行方式3s2-s3两端运行投入退出退出运行方式4s1-s2两端运行退出退出投入运行方式5微网孤岛运行退出退出退出将三端口直流断路器按照以上5种运行方式中任一种运行方式正常工作的状态作为正常状态，控制过程中可能会出现非上述5种运行方式，统一称之为异常状态。本实施例中，通过控制支路断路器，可以实现上述5种运行方式的切换。图3示出了根据本发明实施例的状态运行转化图。5中运行方式中，能够通过本公开所述的切换方法进行切换的情景包括：情景1：运行方式1切换到运行方式2或运行方式3或运行方式4；情景2：运行方式2切换到运行方式1或运行方式5；情景3：运行方式3切换到运行方式1或运行方式5；情景4：运行方式4切换到运行方式1或运行方式5；情景5：运行方式5切换到运行方式2或运行方式3或运行方式4。即将每种运行方式作为切换前基态，通过控制断路器开断(支路投入或退出)，从基态切换为其他运行方式。下面结合图1和图3对上述5中切换情景做具体描述。情景1：三端口电路以三端联网运行模式(运行方式1)运行，此时电路控制系统可以对三端口直流断路器通过以下3种方式发送控制指令，实现运行方式切换：(1)发送path1和path2同时分闸指令；(2)发送path1和path3同时分闸指令；(3)发送path2和path3同时分闸指令。本实施例中，通过控制系统向支路发送控制指令，指令包括分闸指令和合闸指令。三端口直流断路器连接有开关控制模块，开关控制模块根据接收到的控制系统指令，执行相应的操作，即控制支路上的断路器进行分闸或合闸操作。对于上述切换操作(1)，如果指令执行成功，path1和path2分闸成功，断路器a和断路器b分合位状态为分位，则path1和path2退出运行，只有path3投入运行，系统变为运行方式4；如果指令执行失败，如path1分闸失败，断路器a分合位状态为无效(未知)，三端口断路器电路系统为异常状态。出现该异常状态时，断路器a发出失灵信号为1(只有保护跳闸失败时产生该失灵信号)，以便工作人员及时发现运行故障。如果path2分闸失败，断路器b分合位状态为无效(未知)，断路器b失灵信号为1，系统也变为异常状态。对于上述切换操作(2)，如果指令执行成功，path1和path3分闸成功，断路器a和断路器c分合位状态为分位，则path1和path3退出运行，只有path2投入运行，系统变为运行方式2；如果指令执行失败，如path1分闸失败，断路器a分合位状态为无效(未知)，三端口断路器电路系统为异常状态。断路器a发出失灵信号为1。如果path3分闸失败，断路器c分合位状态为无效(未知)，断路器c失灵信号为1，系统也变为异常状态。对于上述切换操作(3)，如果指令执行成功，path2和path3分闸成功，断路器b和断路器c分合位状态为分位，则path2和path3退出运行，只有path1投入运行，系统变为运行方式3；如果指令执行失败，如path2分闸失败，断路器b分合位状态为无效(未知)，三端口断路器电路系统为异常状态。断路器b发出失灵信号为1。如果path3分闸失败，断路器c分合位状态为无效(未知)，断路器c失灵信号为1，系统也变为异常状态。情景2：三端口电路按照运行方式2运行，此时只有s1、s3两端之间的支路path2投入运行，电路控制系统可以对三端口直流断路器通过以下2种方式发送控制指令，实现运行方式切换：(1)发送path2分闸指令；(2)发送path1和path3同时合闸指令。对于上述切换操作(1)，如果指令执行成功，断路器b分合位状态为分位，path2退出运行，系统变为运行方式5；如果指令执行失败，断路器b分合位状态为无效(未知)，断路器b失灵信号为1，系统变为异常状态。对于上述切换操作(2)，如果指令执行成功，断路器a和断路器c分合位状态为合位，path1和path3投入运行，系统变为运行方式1。如果path1合闸失败，断路器a分合位状态为无效(未知)，系统变为异常状态。如果path3合闸失败，断路器c分合位状态为无效(未知)，系统变为异常状态。情景3：三端口电路按照运行方式3运行，此时只有s2、s3两端之间的支路path1投入运行，电路控制系统可以对三端口直流断路器通过以下2种方式发送控制指令，实现运行方式切换：(1)发送path1分闸指令；(2)发送path2和path3同时合闸指令。对于上述切换操作(1)，如果指令执行成功，断路器b分合位状态为分位，path1退出运行，系统变为运行方式5；如果指令执行失败，断路器a分合位状态为无效(未知)，断路器a失灵信号为1，系统变为异常状态。对于上述切换操作(2)，如果指令执行成功，断路器b和断路器c分合位状态为合位，path2和path3投入运行，系统变为运行方式1。如果path2合闸失败，断路器b分合位状态为无效(未知)，系统变为异常状态。如果path3合闸失败，断路器c分合位状态为无效(未知)，系统变为异常状态。情景4：三端口电路按照运行方式4运行，此时只有s1、s2两端之间的支路path3投入运行，电路控制系统可以对三端口直流断路器通过以下2种方式发送控制指令，实现运行方式切换：(1)发送path3分闸指令；(2)发送path1和path2同时合闸指令。对于上述切换操作(1)，如果指令执行成功，断路器c分合位状态为分位，path3退出运行，系统变为运行方式5；如果指令执行失败，断路器c分合位状态为无效(未知)，断路器c失灵信号为1，系统变为异常状态。对于上述切换操作(2)，如果指令执行成功，断路器a和断路器b分合位状态为合位，path1和path2投入运行，系统变为运行方式1。如果path1合闸失败，断路器a分合位状态为无效(未知)，系统变为异常状态。如果path2合闸失败，断路器b分合位状态为无效(未知)，系统变为异常状态。情景5：三端口电路按照运行方式5运行，此时没有支路投入运行，即path1、path2、path3均退出运行，电路控制系统可以对三端口直流断路器通过以下3种方式发送控制指令，实现运行方式切换：(1)发送path1合闸指令；(2)发送path2合闸指令；(2)发送path3合闸指令；对于上述切换操作(1)，如果指令执行成功，断路器a分合位状态为合位，path1投入运行，系统变为运行方式3。如果指令执行失败，断路器a分合位状态为无效(未知)，断路器a失灵信号为1，系统变为异常状态。对于上述切换操作(2)，如果指令执行成功，断路器b分合位状态为合位，path2投入运行，系统变为运行方式2。如果指令执行失败，断路器b分合位状态为无效(未知)，断路器b失灵信号为1，系统变为异常状态。对于上述切换操作(3)，如果指令执行成功，断路器c分合位状态为合位，path3投入运行，系统变为运行方式4。如果指令执行失败，断路器c分合位状态为无效(未知)，断路器c失灵信号为1，系统变为异常状态。本实施例中发送指令的控制系统为控制保护系统(控保)，控制保护系统是在测量系统和预警系统的基础上实现设备保护、系统保护和其他自动控制功能的系统。控制保护系统的功能主要是根据数据在线分析稳定性,确定实时输电能力,分析相继故障风险,以及优化控制决策，既确保事故停堆，又可避免因仪器故障引起的误动作。本实施例中的控制保护系统包括：控制主机、控制子机、开关控制模块、电流互感器以及过流保护模块；其中，控制主机分别与控制子机、过流保护模块连接，用于控制和保护所述三端口直流断路器；控制子机与开关控制模块连接，用于控制主机与开关控制模块进行通信；过流保护模块与所述电流互感器连接，用于采集所述三端口直流断路器的电流并进行过流判断。开关控制模块包括一个或多个开关控制单元，分别用于监视和控制支路断路器中各个部件，包括监视和控制固态开关、快速机械开关、耦合负压电路等。控制保护系统可以监视三端口直流断路器中的电流，在电流异常及时做出对应的运行方式切换，也可以根据输配电的需要，主动通过控制保护系统进行运行方式切换。同时，采用控制保护系统进行切换动作，可以实现多个支路的同时动作，控制简单，多条支路动作同步性强，避免了操作多条目标支路先后动作间隙带来的潜在风险。系统控制保护系统的控制针对支路断路器中的各个部件，开关控制模块包括多个控制子模块，对应控制支路断路器的机械开关、固态开关、耦合负压电路等动作。在系统发出一个分闸或合闸指令后，系统自动控制，按照一定的时序执行一组控制动作，控制支路断路器各个部件进行动作，从而实现例如混合断路器的安全关断或闭合。本实施例中，开关控制模块为所述三端口直流断路器的控制驱动模块，包括第一开关控制模块、第二开关控制模块以及第三开关控制模块。其中，第一开关控制模块为电子开关控制模块icu、第二开关控制模块为机械开关控制模块scu，第三开关控制模块为耦合负压控制模块ncu。所述电子开关控制模块icu用于控制三端口直流断路器中的固态开关，所述机械开关控制模块scu用于控制三端口直流断路器中的快速机械开关，所述耦合负压控制模块ncu用于控制所述三端口直流断路器中的耦合负压电路。对于每个支路上的断路器的部件，分别设置对应的开关控制子模块。例如采用icu控制断路器a的固态开关u2，本实施例中，一个固态开关包括6个电力电子器件，6个器件需要分别配置一个icu。对于断路器a的固态开关dccb3则采用一个scu进行驱动控制。控制子机采用双冗余模式，即系统包括两个控制子机，分别为控制子机feu1与控制子机feu2。控制主机同样采用双冗余模式，包括控制主机bcu-a套和控制主机bcu-b套。两个控制子机分别与控制主机bcu-a套、bcu-b套连接，从而控制主机bcu-a套与主机bcu-b套和所述电子开关控制模块icu、机械开关控制模块scu以及耦合负压控制模块ncu之间分别通过控制子机feu1与控制子机feu2来实现双冗余通信。所述控制子机接收到所述控制主机的控制命令后，会将所述控制命令转发给相应的开关控制模块，实现对所述三端口直流断路器的控制和保护功能。进一步具体的，所述开关控制模块会对所述三端口直流断路器的快速机械开关、固态开关和耦合负压电路进行监视，并将所述快速机械开关、固态开关和耦合负压电路的状态实时发送给所述控制子机。所述控制子机根据接收到的状态信息，产生相应的断路器异常告警或闭锁信号，并提取关键的信号上传给所述控制主机，最终实现对所述三端口直流断路器的监视功能。综上，本发明提供的三端口直流断路器运行切换方法，能够实现三端口断路器多种运行方式的切换，操作简单、安全高效。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。当前第1页12