一种基于FT3报文开关量位置采集的柔性直流保护测试方法与流程

本发明涉及柔性直流换流站控制保护装置测试领域，特别涉及一种基于ft3报文开关量位置采集的柔性直流保护测试方法。

背景技术

目前，环境污染问题已经严重影响着全中国人民的身体健康。随着中国政府大力推进环境治理工作，以光伏和风电能清洁能源越来越受人们的青睐。然而，受限制气候环境等自然因素的影响，风力和光伏发电及其不稳定，这对其大面积并网使用极为不利。而柔性直流输电能够通过对无功功率动态补偿，精确控制有功潮流，为风力和光伏发电并网传输使用提供了技术保障。

在国内，以南方电网公司为代表的电网企业于2013年建成了世界第一个多端柔性直流输电示范工程--南澳±160kv多端柔性直流输电工程。柔性直流输电最重要的环节技术是交直流转换即换流站的建设，如图4，而换流站的控制核心是柔性直流控制保护装置。柔性直流保护装置的保护出口等开关量主要主要有两类组成，一种是硬接点开关量，该种类型与交流输变电站开关量类型一致，另一种是以ft3报文为传输介质的数字报文开关量，该类型的开关量传递速度较快，在交流输变电站无相关应用。

采用硬接点或goose跳闸信号对保护装置进行相关保护逻辑检修在交流变电站已经应用非常广泛。而采用ft3报文开关量采集对保护装置进行相关逻辑检修还未有相关的测试设备或技术。截止目前，国内柔性直流输电工程的相关检修验证主要通过电科院等科研单位的实验室仿真试验完成，无相关便携式的测试设备完成柔性直流保护装置的定检调试等工作。一方面是因为数字ft3报文在交流变电站应用受限，而柔性直流输电的建设应用还处于探索阶段，相关的测试手段还处于开发研究阶段；另一方面是因为柔性直流数字ft3报文协议还不规范，其报文获取解析具有一定的技术难度。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提出一种基于ft3报文开关量位置采集的柔性直流保护测试系统，旨在克服以上问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种基于ft3报文开关量位置采集的柔性直流保护测试方法，包括如下步骤：

s10选择柔性直流保护装置中与当前测试对应柔性直流换流站ft3协议；

s20测试系统模拟电压电流采样的ft3报文和运行状态的开关量位置的ft3报文至柔性直流保护装置至柔性直流保护装置；

s30根据所输入的电压电流和运行状态开关位置的ft3报文判断柔性直流保护装置采样的电压电流和开关量状态是否正常；

s40若s30判断为正常，则测试系统输出模拟柔性直流故障至柔性直流保护装置；若s30判断为否，则返回s10；

s50实时解析并探测柔性直流保护装置的采集ft3报文中开关量位置中跳闸出口是否变位；

s60若有变位，则保护逻辑正常，停止该故障电流输出。

优选地，所述s50中实时解析ft3报文并获取开关量位置的步骤包括：

s501获取ft3报文协议；

s502根据所获取的ft3报文协议形成ft3报文协议数据库；

s503测试系统进行ft3跳闸出口位置探测；

s504根据ft3报文中逻辑设备名称在ft3协议数据库进行匹配；

s505若匹配成功，获取柔直保护装置ft3跳闸出口位置；若匹配失败，

返回s502,并更新ft3报文协议数据库。

优选地，所述s60之后还包括：

s70记录该出口位置故障电流输出时点t1、故障电流停止输出时点t2及保护动作出口时间|t2-t1|。

优选地，所述s60还包括：若没有变位，返回s40。

优选地，若进行阀直流过流保护测试，柔性直流保护测试系统模拟阀直流过流保护动作方程为：

max(idp,idn)>i_set

其中，idp为正极电流，idn为负极电流，i_set为过流保护门槛值，模拟正极电流idp过流，设置正极电流输出为1.2倍过流门槛值，直流过流保护动作闭锁换流阀和立即跳换流开关的开关量出口，直流过流保护动作时，闭锁换流阀开关由分位变为合位，利用ft3报文探测解析功能获取柔性直流保护出口ft3报文，当ft3报文探测解析到对应的出口位置变化时，立即停止故障电流输出，同时记录下故障电流输出时刻t1和故障电流停止输出时刻t2，其中|t2-t1|为保护动作出口时间。

本发明通过采集解析基于ft3报文跳闸出口来完成柔性直流保护装置保护逻辑、保护定值闭环测试的系统，解决柔性直流控制保护装置无法在换流站现场进行保护逻辑、保护定值检修校验的问题。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、形成柔性直流保护装置ft3协议数据模板库，实现ft3报文的实时采集和解析，为柔性直流保护装置的测试提供了技术保障；

2、能够实时采集ft3报文数据并根据ft3协议数据模拟库进行报文解析，对柔性直流保护装置之间的ft3报文互联互通失败的定位具有一定的帮助，提高了柔性直流保护装置在换流站现场运行的安全可靠性；

3、对ft3跳闸出口的实时探测解析解决了柔性直流保护装置无法单体调试的现状，通过模拟保护数据采样和探测解析ft3跳闸出口的闭环模式，实现柔性直流保护装置的自动测试，对便携式柔性直流保护装置测试仪器的开发和柔性直流保护装置的现场检修测试具有一定的推进作用。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明基于ft3报文开关量位置采集柔性直流保护测试方法流程图；

图2为本发明的ft3报文采集、解析流程图；

图3为本发明的ft3报文探测解析电路图；

图4为现有技术柔性直流保护测试方法的原理框图，

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1-2所示，本发明提出的一种基于ft3报文开关量位置采集的柔性直流保护测试方法，包括如下步骤：

s10选择柔性直流保护装置中与当前测试对应柔性直流换流站ft3协议；

s20测试系统模拟电压电流采样的ft3报文和运行状态的开关量位置的ft3报文至柔性直流保护装置；

s30根据所输入的电压电流和运行状态开关位置的ft3报文判断柔性直流保护装置采样的电压电流和开关量状态是否正常；

s40若s30判断为正常，则测试系统输出模拟柔性直流故障至柔性直流保护装置；若s30判断为否，则返回s10；

s50实时解析并探测柔性直流保护装置的采集ft3报文中开关量位置中跳闸出口是否变位；

s60若有变位，则保护逻辑正常，停止该故障电流输出。

优选地，所述s50中实时解析ft3报文并获取开关量位置的步骤包括：

s501获取ft3报文协议；

s502根据所获取的ft3报文协议形成ft3报文协议数据库；

s503测试系统进行ft3跳闸出口位置探测；

s504根据ft3报文中逻辑设备名称在ft3协议数据库进行匹配；

s505若匹配成功，获取柔直保护装置ft3跳闸出口位置；若匹配失败，

返回s502,并更新ft3报文协议数据库。

优选地，所述s60之后还包括：

s70记录该出口位置故障电流输出时点t1、故障电流停止输出时点t2及保护动作出口时间|t2-t1|。

优选地，所述s60还包括：若没有变位，返回s40。

优选地，若进行阀直流过流保护测试，柔性直流保护测试系统模拟阀直流过流保护动作方程为：

max(idp,idn)>i_set

其中，idp为正极电流，idn为负极电流，i_set为过流保护门槛值，模拟正极电流idp过流，设置正极电流输出为1.2倍过流门槛值，直流过流保护动作闭锁换流阀和立即跳换流开关的开关量出口，直流过流保护动作时，闭锁换流阀开关由分位变为合位，利用ft3报文探测解析功能获取柔性直流保护出口ft3报文，当ft3报文探测解析到对应的出口位置变化时，立即停止故障电流输出，同时记录下故障电流输出时刻t1和故障电流停止输出时刻t2，其中|t2-t1|为保护动作出口时间。

在本发明实施例中，进一步说明本发明：

1、ft3报文探测解析

获取柔性直流换流站不同保护设备之间ft3报文通讯协议，通过相关配置工具制作ft3协议数据模板库，ft3协议数据模板库包含整个柔性直流换流站各种类型的ft3报文通讯协议。测试系统通过光纤模块采集柔性直流保护设备发送的ft3报文，并分离出该ft3报文的逻辑设备名称。每种ft3报文都有一个唯一的逻辑设备名称，通过逻辑设备名称在ft3协议数据模板库中自动定位对应的ft3协议，根据相对应的协议判解析出不同开关量通道的分合位置。只有获取的ft3报文与ft3协议模板库一致才能被正确解析，而这也是保证柔性直流保护装置之间ft3数据互联互通的基础。

2、ft3报文探测电路

ft3报文探测电路如图2所示，采用avago公司的afbr-2418tz光接收模块，即编号xs1。其利用3.3v电源供电，电源供电模块为了消除谐波干扰，采用lc滤波电路。xs1光接收模块接收到ft3报文时，通过内部电路将ft3报文数字信号转换为弱信号高低电平，通过do输出管脚连接到fpga芯片的io13n管脚，通过fpga芯片进行ft3报文的实时解析。

3、基于ft3开关位置采集的柔性直流保护测试

柔性直流保护装置的保护采样及单体调试的原理如图1所示。柔性直流保护装置采集ft3数字报文的电压电流信号和数字ft3报文的开关量位置信号。测试系统对柔性直流保护装置进行单体保护逻辑、保护定值检修测试时，首先模拟正常的电压电流信号和开关位置信号，保证柔性直流保护装置采样正常，验证ft3协议模板库中的ft3协议与柔性直流保护装置所采用的协议一致。然后模拟柔性直流故障，以阀直流过流保护为例，保护动作方程为：

max(idp,idn)>i_set

其中，idp为正极电流，idn为负极电流，i_set为过流保护门槛值。

模拟正极电流idp过流，设置正极电流输出为1.2倍过流门槛值，直流过流保护动作，“闭锁换流阀”和“立即跳换流开关”开关量出口。直流过流保护动作时，“闭锁换流阀”开关由分位变为合位，利用ft3报文探测解析功能获取柔性直流保护出口ft3报文，当ft3报文探测解析到对应的出口位置变化时，立即停止故障电流输出，同时记录下故障电流输出时刻t1和故障电流停止输出时刻t2，其中t2-t1为保护动作出口时间。利用ft3报文开关量位置采集解析实现了柔性直流保护装置换流站现场的保护逻辑、保护定值和保护出口时间的检修校验工作，极大保证了柔性直流换流站的可靠运行。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。