一种双端柔性直流输电换流站人工紧急停运控制方法与流程

本发明涉及柔性直流输电技术领域，特别是一种双端柔性直流输电换流站人工紧急停运控制方法。

背景技术：

人工紧急停运是保障柔性直流输电工程运行安全的重要技术手段之一。当发生危及柔性直流输电工程相关设备、人员安全，或其它需要紧急停运的突发事件，但并未触发相关控制系统跳闸或停运指令时，需通过运维人员通过人工操作方式实现紧急停运。人工紧急停运时，该端换流站通过闭锁换流阀、断开交流断路器等手段实现停运；对于具有站间通讯功能的柔性直流输电工程，可通过站间通讯通知对端换流站停运。送端换流站人工紧急停时，换流阀闭锁瞬间，桥臂电流大部分流出换流站，造成电压短时降低；而受端换流站人工紧急停时，换流阀闭锁瞬间，桥臂电流大部分流入换流站，电容充电并存在上下桥臂子模块电容全部投入的情况，出现额定直流电压2倍的直流过电压，过电压易导致开关器件、互感器等设备击穿等故障。现有人工紧急停运控制策略并未考虑送端、受端换流站停运时序配合问题，因此需提出新的人工紧急停运控制方法，降低停运时出现的直流过电压，从而提高柔性直流输电运行安全和可靠性。

目前柔性直流输电人工紧急停运时，仅根据人工紧急停运发生地点，闭锁该换流站换流阀、断开交流断路器，并没有相关研究提出人工紧急停运时的控制时序。例如期刊论文《厦门柔性直流输电工程真双极大功率试验方法研究》、学位论文《上海南汇柔性直流输电示范工程关键技术研究》均提出了柔性直流输电工程的人工紧急停运功能，但并未提出相应控制时序和控制方法。已有研究提出送端换流站和受端换流站闭锁换流阀时不同的直流电压暂态变化情况，例如期刊论文《mmc闭锁退出运行时直流侧过电压分析》、《柔性直流电网直流过电压分析及控制策略研究》均提出了受端换流站换流阀闭锁或故障时，其输入功率大于输出功率，则这部分不平衡功率将对换流站子模块电容充电并引起直流电压上升，易造成换流阀设备损坏，而送端换流站换流阀闭锁或故障时，引起的直流电压波动较小，对换流阀设备无影响。由于现有人工紧急停运控制方法并未区分送端换流站和受端换流站，如果受端换流站发生人工紧急停运，闭锁换流阀后将出现直流过电压，现有研究并未进一步提出换流阀闭锁退出运行时的控制方法，使柔性直流输电人工紧急停运时存在直流过电压的危险。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种双端柔性直流输电换流站人工紧急停运控制方法，针对柔性直流输电人工紧急停运现有方法缺乏送端换流站和受端换流站之间时序配合的现状，通过本发明的控制方法，实现送端换流站和受端换流站的停运时序配合，可同时满足站间通讯故障时操作时间的要求，提高换流器运行可靠性。

本发明采用以下方案实现：一种双端柔性直流输电换流站人工紧急停运控制方法，包括以下步骤：

步骤s1：双端柔性直流输电换流站包括功率送端换流站和功率受端换流站，按下柔性直流输电换流站人工紧急停运按钮，判断是否满足人工紧急停运控制方法可行性条件，若是则进行步骤s2的判断，否则该端换流站下达换流阀闭锁与断路器断开指令，执行步骤s3；

步骤s2：判断按下人工紧急停运按钮的换流站为功率送端换流站或功率受端换流站，若是功率受端换流站则启动功率受端断路器延时断开计时器，并通知功率送端换流站停运；否则是功率送端换流站；

步骤s3：断路器执行命令，运维人员核对设备状态，确认已停运。

进一步地，步骤s2中所述功率受端换流站按下人工紧急停运按钮时控制过程具体为：启动功率受端断路器延时断开计时器，功率受端换流站通过站间通讯通知功率送端换流站停运；功率送端换流站接收站间通讯后，采用功率阶跃方式，以最快速率调节功率指令至零；功率指令为零后，功率送端换流站下达换流阀闭锁与断路器断开指令；功率送端换流站通过站间通讯通知功率受端换流站已下达停运指令，功率受端换流站下达换流阀闭锁与断路器断开指令；在上述操作过程中，实时判断断路器延时时间是否到达，若到达则功率受端换流站下达换流阀闭锁与断路器断开指令，否则返回重新判断。

进一步地，步骤s2中所述功率送端换流站按下人工紧急停运按钮时控制过程具体为：采用功率阶跃方式，以最快速率调节功率指令至零，功率送端换流站下达换流阀闭锁与断路器断开指令，功率送端换流站停运；功率送端换流站通过站间通讯通知功率受端换流站停运，功率受端换流站下达换流阀闭锁与断路器断开指令，功率受端换流站停运。

进一步地，所述人工紧急停运控制方法可行性条件具体为：功率送端换流站处于功率控制模式，所述功率受端换流站处于直流电压控制模式，两端换流站之间进行站间通讯，两端换流站均设有人工紧急停运按钮。

进一步地，所述功率受端断路器延时断开启动具体包括以下步骤：

步骤sa：功率受端换流站按下人工紧急停运按钮时，定时器t启动计时；

步骤sb：所述功率受端换流站紧急停运控制流程正常执行时，控制时间为t0，到达控制时间t0后，断路器延时断开控制功能取消，进入步骤sd；

步骤sc：若发生站间通讯故障，所述功率受端换流站紧急停运控制流程未正常执行时，定时器t继续计时，达到断路器延时断开动作时间t时，功率受端换流站下达换流阀闭锁与断路器断开指令；

步骤sd：功率受端换流站断路器执行命令、运维人员核对设备状态、确认已停运。

进一步地，步骤sd中所述断路器延时断开动作时间t具体计算过程如下：

功率受端断路器延时断开动作时间t应不小于功率受端换流站紧急停运时控制流程正常执行时的时间t0的最大值；功率受端换流站紧急停运时控制流程正常执行时的时间t0的最大值t0max计算过程为：

功率受端换流站与功率送端换流站完成一次站间通讯最长时间t1，等于通讯延时t1与通讯间隔t2之和：

；

功率受端换流站调节功率至零的最长时间t2，等于换流站采用功率阶跃方式，将额定功率p降至零所需的时间，功率阶跃最大幅度为δp，完成一次功率阶跃的时间为t3：

；

紧急停运控制流程正常执行时的控制时间的最大值t0max为：

断路器延时断开动作时间t应不小于t0max，计算公式为：

。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明解决了实际工程中功率受端换流站紧急停运导致直流过电压的实际问题。通过先调节功率送端换流站功率指令至零，然后再闭锁功率受端换流站换流阀的时序配合，限制直流过电压的幅度，提高柔性直流输电人工紧急停运的可靠性。

（2）本发明考虑了站间通讯故障情况下的实际情况，通过功率受端断路器延时断开功能可在站间通讯故障时保证紧急停运的操作时间要求。

（3）本发明为“柔性直流输电人工紧急停运”提供具体控制方法和流程，弥补了相关研究和方法缺失的空白。

附图说明

图1为本发明实施例的方法流程图。

图2为本发明实施例的功率送端换流站按下人工紧急停运按钮时操作步骤流程图。

图3为本发明实施例的功率受端换流站按下人工紧急停运按钮时操作步骤流程图。

图4为本发明实施例的功率受端断路器延时断开与正常停运控制配合时序图。

图5为本发明实施例的功率受端断路器延时断开动作时间计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本实施例提供一种双端柔性直流输电换流站人工紧急停运控制方法，包括以下步骤：

步骤s1：双端柔性直流输电换流站包括功率送端换流站和功率受端换流站，按下柔性直流输电换流站人工紧急停运按钮，判断是否满足人工紧急停运控制方法可行性条件，若是则进行步骤s2的判断，否则该端换流站下达换流阀闭锁与断路器断开指令，执行步骤s3；

步骤s2：判断按下人工紧急停运按钮的换流站为功率送端换流站或功率受端换流站，若是功率受端换流站则启动功率受端断路器延时断开计时器，并通知功率送端换流站停运；否则是功率送端换流站；

步骤s3：断路器执行命令，运维人员核对设备状态，确认已停运。

在本实施例中，步骤s2中所述功率受端换流站按下人工紧急停运按钮时控制过程具体为：启动功率受端断路器延时断开计时器，功率受端换流站通过站间通讯通知功率送端换流站停运；功率送端换流站接收站间通讯后，采用功率阶跃方式，以最快速率调节功率指令至零；功率指令为零后，功率送端换流站下达换流阀闭锁与断路器断开指令；功率送端换流站通过站间通讯通知功率受端换流站已下达停运指令，功率受端换流站下达换流阀闭锁与断路器断开指令；在上述操作过程中，实时判断断路器延时时间是否到达，若到达则功率受端换流站下达换流阀闭锁与断路器断开指令，否则返回重新判断。

在本实施例中，步骤s2中所述功率送端换流站按下人工紧急停运按钮时控制过程具体为：步骤s2中所述功率送端换流站按下人工紧急停运按钮时控制过程具体为：采用功率阶跃方式，以最快速率调节功率指令至零，功率送端换流站下达换流阀闭锁与断路器断开指令，功率送端换流站停运；功率送端换流站通过站间通讯通知功率受端换流站停运，功率受端换流站下达换流阀闭锁与断路器断开指令，功率受端换流站停运。

在本实施例中，所述人工紧急停运控制方法可行性条件具体为：功率送端换流站处于功率控制模式，所述功率受端换流站处于直流电压控制模式，两端换流站之间进行站间通讯，两端换流站均设有人工紧急停运按钮。

在本实施例中，所述功率受端断路器延时断开启动具体包括以下步骤：

步骤sa：功率受端换流站按下人工紧急停运按钮时，定时器t启动计时；

步骤sb：所述功率受端换流站紧急停运控制流程正常执行时，控制时间为t0，到达控制时间t0后，断路器延时断开控制功能取消，进入步骤sd；

步骤sc：若发生站间通讯故障，所述功率受端换流站紧急停运控制流程未正常执行时，定时器t继续计时，达到断路器延时断开动作时间t时，功率受端换流站下达换流阀闭锁与断路器断开指令；

步骤sd：功率受端换流站断路器执行命令、运维人员核对设备状态、确认已停运。

在本实施例中，步骤sd中所述断路器延时断开动作时间t具体计算过程如下：

功率受端断路器延时断开动作时间t应不小于功率受端换流站紧急停运时控制流程正常执行时的时间t0的最大值；功率受端换流站紧急停运时控制流程正常执行时的时间t0的最大值t0max计算过程为：

功率受端换流站与功率送端换流站完成一次站间通讯最长时间t1，等于通讯延时t1与通讯间隔t2之和：

；

功率受端换流站调节功率至零的最长时间t2，等于换流站采用功率阶跃方式，将额定功率p降至零所需的时间，功率阶跃最大幅度为δp，完成一次功率阶跃的时间为t3：

；

紧急停运控制流程正常执行时的控制时间的最大值t0max为：

断路器延时断开动作时间t应不小于t0max，计算公式为：

。

所述操作前，功率送端换流站处于功率控制模式，功率受端换流站处于直流电压控制模式，两端换流站之间具备站间通讯功能，站间通讯功能正常。

本实施例，首先，按下人工紧急停运按钮，判断是否满足人工紧急停运控制方法可行性条件；然后，判断按下人工紧急停运按钮的换流站为功率送端换流站或功率受端换流站，根据功率送端换流站与功率受端换流站的不同，执行相应的控制流程；最后，断路器执行命令、运维人员核对设备状态、确认已停运。

具体的，首先判断人工紧急停运发生的换流站为功率送端或功率受端换流站；当人工紧急停运发生在功率送端换流站时，送端换流站通过调节功率指令至零、下达换流阀闭锁与断路器断开指令的方式停运，然后通过站间通讯通知功率受端换流站停运；当人工紧急停运发生在功率受端换流站时，先通过站间通讯通知功率送端换流站调节功率至零、下达换流阀闭锁与断路器断开指令，待功率降至零后，受端换流站再停运，同时设置功率受端断路器延时断开，可在站间通讯异常时满足操作时间要求，确保受端换流站及时停运。本实施例防止柔性直流输电工程大功率运行时受端先停运出现过电压问题，为柔性直流输电工程安全停运提供控制方法。

如图2所示，功率送端换流站按下人工紧急停运按钮时操作步骤如下，

功率送端换流站调节功率指令至零；功率送端换流站下达换流阀闭锁与断路器断开指令；功率送端换流站通过站间通讯通知功率受端换流站停运；功率受端换流站下达换流阀闭锁与断路器断开指令。

如图3所示，功率受端换流站按下人工紧急停运按钮时操作步骤如下，

功率受端断路器延时断开启动；功率受端换流站通过站间通讯通知功率送端换流站停运；功率送端换流站调节功率指令至零；功率送端换流站下达换流阀闭锁与断路器断开指令；功率送端换流站通过站间通讯通知功率受端换流站已下达停运指令；功率受端换流站下达换流阀闭锁与断路器断开指令。

功率受端换流站按下人工紧急停运按钮时，根据图3所述控制方法，如发生站间通讯故障，则功率受端换流站存在长时间未断开断路器的可能，最终导致停运失败，因此提出了功率受端断路器延时断开控制方法。如图4所示，功率受端断路器延时断开与正常停运控制的配合时序，具体步骤如下，

步骤1：功率受端换流站按下人工紧急停运按钮时，定时器t启动计时；

步骤2：功率受端换流站在最近的一次站间通讯通知功率送端换流站停运，通讯所需时间为tdelay1；功率送端换流站调节功率指令至零，所需调节时间为tp；功率送端换流站下达换流阀闭锁与断路器断开指令,同时功率送端换流站在最近的一次站间通讯通知功率受端换流站已下达停运指令，通讯所需时间为tdelay2；功率受端换流站接收到通讯报文后下达换流阀闭锁与断路器断开指令。

步骤3：步骤2所述紧急停运控制流程正常执行时，控制时间为t0，t0计算公式为：

到达控制时间t0后，断路器延时断开控制功能取消，进入步骤5。

步骤4：如发生站间通讯故障，步骤2所述紧急停运控制流程未正常执行时，定时器t继续计时，达到断路器延时断开动作时间t时，功率受端换流站下达换流阀闭锁与断路器断开指令；

步骤5：功率受端换流站断路器执行命令、运维人员核对设备状态、确认已停运。

如图5所示，功率受端断路器延时断开动作时间t计算方法的示意图，

功率受端断路器延时断开动作时间t应不小于功率受端换流站紧急停运时控制流程正常执行时的时间t0的最大值。

功率受端换流站紧急停运时控制流程正常执行时的时间t0的最大值t0max计算过程为：

功率受端换流站与功率送端换流站完成一次站间通讯最长时间t1，等于通讯延时t1与通讯间隔t2之和：

；

功率受端换流站调节功率至零的最长时间t2，等于换流站采用功率阶跃方式，将额定功率p降至零所需的时间，功率阶跃最大幅度为δp，完成一次功率阶跃的时间为t3：

；

紧急停运控制流程正常执行时的控制时间的最大值t0max为：

断路器延时断开动作时间t应不小于t0max，计算公式为：

。

本实施例考虑送端换流站和受端换流站的停运时序配合，满足操作时间和限制直流过电压两个方面的要求。同时本发明提出的控制方法考虑了站间通讯故障情况下的实际问题，通过功率受端断路器延时断开功能可在站间通讯故障时保证紧急停运的操作时间要求。本发明提出的控制方法弥补了柔性直流输电人工紧急停运控制策略的空白，为柔性直流输电工程人工紧急停运提供了方法和理论依据。

较佳的，本实施例一方面满足停运的快速性要求，另一方面考虑送端换流站和受端换流站的停运时序配合，限制停运过程中直流过电压的幅度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。