CN107086553B - 一种直流输电系统的控制保护方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种直流输电系统的控制保护方法及系统，涉及电力系统技术领域，旨在提供一种具有高可靠性的保护系统架构。该系统包含三种层次的装置，分别为站层的第一站控制装置，极层的第一极1控制装置、第一极1保护装置、第一极2控制装置以及第一极2保护装置，阀层的第一极1阀1控制装置、第一极1阀1保护装置、第一极1阀2控制装置、第一极1阀2保护装置、第一极2阀1控制装置、第一极2阀1保护装置、第一极2阀2控制装置以及第一极2阀2保护装置，通过控制总线将站层与极层中的装置连接，将极层与阀层的装置连接，且将阀层的控制装置与换流阀及其换流变压器连接。本发明应用于直流输电系统中。

Description

一种直流输电系统的控制保护方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种直流输电系统的控制保护方法及系统。

背景技术

随着电力系统的不断发展，直流输电技术已经较为常见。相比于高压交流输电，高压直流输电的线路造价更低，功率损耗更小，更适合超远距离的大容量电能输送。

直流输电距离远、输电容量大的特点会对电网稳定运行产生重大影响，一旦出现设计不佳，将会导致直流输电系统运行不稳定甚至停运，从而会对直流输电两端的交流电网产生严重影响，甚至发生大规模停电事故，造成严重的经济损失。

在直流输电系统中，尤其是双极四阀组直流输电系统的系统结构较为复杂，内部设备或装置繁多，由于每一个设备或装置的可靠性不可能达到百分百，为了保证直流输电系统稳定可靠，提出一种高可靠性的直流控制保护系统架构是十分有必要的。

发明内容

本发明的实施例提供一种直流输电系统的控制保护方法及系统，旨在提供一种具有高可靠性的保护系统架构。

本发明实施例的第一方面，提供一种直流输电系统的控制保护系统，所述系统包括：站层的第一站控制装置，极层的第一极1控制装置、第一极1保护装置、第一极2控制装置以及第一极2保护装置，阀层的第一极1阀1控制装置、第一极1阀1保护装置、第一极1阀2控制装置、第一极1阀2保护装置、第一极2阀1控制装置、第一极2阀1保护装置、第一极2阀2控制装置以及第一极2阀2保护装置；

所述第一站控制装置通过第一极1控制总线分别与所述第一极1控制装置、所述第一极1保护装置连接，通过第一极2控制总线分别与所述第一极2控制装置、所述第一极2保护装置连接；

所述第一极1控制装置通过第一极1阀1控制总线分别与所述第一极1阀1控制装置、所述第一极1阀1保护装置连接，通过第一极1阀2控制总线分别与所述第一极1阀2控制装置、所述第一极1阀2保护装置连接；

所述第一极2控制装置通过第一极2阀1控制总线分别与所述第一极2阀1控制装置、所述第一极2阀1保护装置连接，通过第一极2阀2控制总线分别与所述第一极2阀2控制装置、所述第一极2阀2保护装置连接；

所述第一极1阀1控制装置与第一换流阀连接，所述第一极1阀2控制装置与第二换流阀连接，所述第一极2阀1控制装置与第三换流阀连接，所述第一极2阀2控制装置与第四换流阀连接。

可选的，所述第一站控制装置通过第二极1控制总线分别与所述第一极1控制装置、所述第一极1保护装置连接，通过第二极2控制总线分别与所述第一极2控制装置、所述第一极2保护装置连接；

所述第一极1控制装置通过第二极1阀1控制总线分别与所述第一极1阀1控制装置、所述第一极1阀1保护装置连接，通过第二极1阀2控制总线分别与所述第一极1阀2控制装置、所述第一极1阀2保护装置连接；

所述第一极2控制装置通过第二极2阀1控制总线分别与所述第一极2阀1控制装置、所述第一极2阀1保护装置连接，通过第二极2阀2控制总线分别与所述第一极2阀2控制装置、所述第一极2阀2保护装置连接。

进一步优选的，所述系统还包括：站层的第二站控制装置，所述第一站控制装置分别通过第一站控制装置互通总线、第二站控制装置互通总线与第二站控制装置连接，其中：

所述第二站控制装置通过第一极1控制总线分别与所述第一极1控制装置、所述第一极1保护装置连接，通过第一极2控制总线分别与所述第一极2控制装置、所述第一极2保护装置连接；通过第二极1控制总线分别与所述第一极1控制装置、所述第一极1保护装置连接，通过第二极2控制总线分别与所述第一极2控制装置、所述第一极2保护装置连接。

进一步优选的，所述系统还包括：极层的第二极1控制装置、第二极1保护装置、第二极2控制装置以及第二极2保护装置，所述第一极1控制装置分别通过第一极1控制装置互通总线、第二极1控制装置互通总线与第二极1控制装置连接，所述第一极2控制装置分别通过第一极2控制装置互通总线、第二极2控制装置互通总线与第二极2控制装置连接；其中：

所述第二极1控制装置通过第一极1控制总线分别与所述第一站控制装置、所述第二站控制装置连接，通过第二极1控制总线分别与所述第一站控制装置、所述第二站控制装置连接；通过第一极1阀1控制总线分别与第一极1阀1控制装置、第一极1阀1保护装置连接，通过第二极1阀1控制总线分别与第一极1阀1控制装置、第一极1阀1保护装置连接；通过第一极1阀2控制总线分别与第一极1阀2控制装置、第一极1阀2保护装置连接，通过第二极1阀2控制总线分别与第一极1阀2控制装置、第一极1阀2保护装置连接；

所述第二极1保护装置通过第一极1控制总线分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接，通过第二极1控制总线分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接；

所述第二极2控制装置通过第一极2控制总线分别与所述第一站控制装置、所述第二站控制装置连接，通过第二极2控制总线分别与所述第一站控制装置、所述第二站控制装置连接；通过第一极2阀1控制总线分别与第一极2阀1控制装置、第一极2阀1保护装置连接，通过第二极2阀1控制总线分别与第一极2阀1控制装置、第一极2阀1保护装置连接；通过第一极2阀2控制总线分别与第一极2阀2控制装置、第一极2阀2保护装置连接，通过第二极2阀2控制总线分别与第一极2阀2控制装置、第一极2阀2保护装置连接；

所述第二极2保护装置通过第一极2控制总线分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接，通过第二极2控制总线分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接。

进一步优选的，所述系统还包括：阀层的第二极1阀1控制装置、第二极1阀1保护装置、第二极1阀2控制装置、第二极1阀2保护装置、第二极2阀1控制装置、第二极2阀1保护装置、第二极2阀2控制装置以及第二极2阀2保护装置；所述第一极1阀1控制装置分别通过第一极1阀1控制装置互通总线、第二极1阀1控制装置互通总线与所述第二极1阀1控制装置连接；所述第一极1阀2控制装置分别通过第一极1阀2控制装置互通总线、第二极1阀2控制装置互通总线与所述第二极1阀2控制装置连接；所述第一极2阀1控制装置分别通过第一极2阀1控制装置互通总线、第二极2阀1控制装置互通总线与所述第二极2阀1控制装置连接；所述第一极2阀2控制装置分别通过第一极2阀2控制装置互通总线、第二极2阀2控制装置互通总线与所述第二极2阀2控制装置连接；其中：

第二极1阀1控制装置通过第一极1阀1控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接，通过第二极1阀1控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接；

第二极1阀1保护装置通过第一极1阀1控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接，通过第二极1阀1控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接；

第二极1阀2控制装置通过第一极1阀2控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接，通过第二极1阀2控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接；

第二极1阀2保护装置通过第一极1阀2控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接，通过第二极1阀2控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接；

第二极2阀1控制装置通过第一极2阀1控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接，通过第二极2阀1控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接；

第二极2阀1保护装置通过第一极2阀1控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接，通过第二极2阀1控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接；

第二极2阀2控制装置通过第一极2阀2控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接，通过第二极2阀2控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接；

第二极2阀2保护装置通过第一极2阀2控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接，通过第二极2阀2控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接；

所述第二极1阀1控制装置与所述第一换流阀连接，所述第二极1阀2控制装置与所述第二换流阀连接，所述第二极2阀1控制装置与所述第三换流阀连接，所述第二极2阀2控制装置与所述第四换流阀连接。

进一步优选的，所述系统还包括：极层的第三极1保护装置以及第三极2保护装置，其中：

所述第三极1保护装置通过第一极1控制总线分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接，通过第二极1控制总线分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接；

所述第三极2保护装置通过第一极2控制总线分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接，通过第二极2控制总线分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接。

可选的，所述系统还包括：阀层的第三极1阀1保护装置、第三极1阀2保护装置、第三极2阀1保护装置以及第三极2阀2保护装置，其中：

第三极1阀1保护装置通过第一极1阀1控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接，通过第二极1阀1控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接；

第三极1阀2保护装置通过第一极1阀2控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接，通过第二极1阀2控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接；

第三极2阀1保护装置通过第一极2阀1控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接，通过第二极2阀1控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接；

第三极2阀2保护装置通过第一极2阀2控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接，通过第二极2阀2控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接。

本发明实施例的第二方面，提供一种直流输电系统的控制保护方法，应用于第一方面所述的控制保护系统，所述方法包括：

站控制装置将双极总功率分别发送至极1控制装置和极2控制装置，并从极1控制装置和极2控制装置确定出主极控制装置，另一个作为从极控制装置；

主极控制装置根据双极总功率分别计算出极1的功率值和电流值以及极2的功率值和电流值，并将所述极1的功率值和电流值发送至极1控制装置，将所述极2的功率值和电流值发送至极2控制装置；

极1控制装置将极1的电流值分别发送至极1阀1控制装置、极1阀1控制装置，同时极2控制装置将极2的电流值分别发送至极1阀1控制装置、极1阀1控制装置；

极1阀1控制装置根据所述极1的电流值调节第一换流变压器档位和第一换流阀脉冲触发角；同时极1阀2控制装置根据所述极1的电流值调节第二换流变压器档位和第二换流阀脉冲触发角；同时极2阀1控制装置根据所述极2的电流值调节第三换流变压器档位和第三换流阀脉冲触发角；同时极2阀2控制装置根据所述极2的电流值调节第四换流变压器档位和第四换流阀脉冲触发角。

本发明实施例提供的直流输电系统的控制保护方法及系统，该系统包括：站层的第一站控制装置，极层的第一极1控制装置、第一极1保护装置、第一极2控制装置以及第一极2保护装置，阀层的第一极1阀1控制装置、第一极1阀1保护装置、第一极1阀2控制装置、第一极1阀2保护装置、第一极2阀1控制装置、第一极2阀1保护装置、第一极2阀2控制装置以及第一极2阀2保护装置；第一站控制装置通过第一极1控制总线分别与第一极1控制装置、第一极1保护装置连接，通过第一极2控制总线分别与第一极2控制装置、第一极2保护装置连接；第一极1控制装置通过第一极1阀1控制总线分别与第一极1阀1控制装置、第一极1阀1保护装置连接，通过第一极1阀2控制总线分别与第一极1阀2控制装置、第一极1阀2保护装置连接；第一极2控制装置通过第一极2阀1控制总线分别与第一极2阀1控制装置、第一极2阀1保护装置连接，通过第一极2阀2控制总线分别与第一极2阀2控制装置、第一极2阀2保护装置连接；第一极1阀1控制装置与第一换流阀连接，第一极1阀2控制装置与第二换流阀连接，第一极2阀1控制装置与第三换流阀连接，第一极2阀2控制装置与第四换流阀连接。通过该系统中的三个层次的分布，使得系统的复杂性降低，此外该系统中通过站层与极层通信，极层与阀层通信，这样一级一级的控制使得直流输电系统能够正常且安全运行。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种直流输电系统的控制保护系统的组成框图；

图2为本发明实施例提供的另一种直流输电系统的控制保护系统的组成框图；

图3为本发明实施例提供的又一种直流输电系统的控制保护系统的组成框图；

图4为本发明实施例提供的另一种直流输电系统的控制保护系统的组成框图；

图5为本发明实施例提供的又一种直流输电系统的控制保护系统的组成框图；

图6为本发明实施例提供的另一种直流输电系统的控制保护系统的组成框图；

图7为本发明实施例提供的一种直流输电系统的控制保护方法的方法流程图。

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。

为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能或作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定。

本发明实施例提供一种直流输电系统的控制保护系统，如图1所示，该系统包括：站层的第一站控制装置，极层的第一极1控制装置、第一极1保护装置、第一极2控制装置以及第一极2保护装置，阀层的第一极1阀1控制装置、第一极1阀1保护装置、第一极1阀2控制装置、第一极1阀2保护装置、第一极2阀1控制装置、第一极2阀1保护装置、第一极2阀2控制装置以及第一极2阀2保护装置。

第一站控制装置通过第一极1控制总线分别与第一极1控制装置、第一极1保护装置连接，通过第一极2控制总线分别与第一极2控制装置、第一极2保护装置连接。

第一极1控制装置通过第一极1阀1控制总线分别与第一极1阀1控制装置、第一极1阀1保护装置连接，通过第一极1阀2控制总线分别与第一极1阀2控制装置、第一极1阀2保护装置连接。

第一极2控制装置通过第一极2阀1控制总线分别与第一极2阀1控制装置、第一极2阀1保护装置连接，通过第一极2阀2控制总线分别与第一极2阀2控制装置、第一极2阀2保护装置连接。

第一极1阀1控制装置与第一换流阀及第一换流变压器连接，第一极1阀2控制装置与第二换流阀及第二换流变压器连接，第一极2阀1控制装置与第三换流阀及第三换流变压器连接，第一极2阀2控制装置与第四换流阀及第四换流变压器连接。

本方案中提供的直流输电系统的控制保护系统，三层次的装置中，站层与极层通信，极层与阀层通信，通过三个层次的设置，使得系统的复杂性降低。

进一步可选的，为了避免站层与极层间的线路出问题所导致极层和站层间的装置无法通信以及极层与阀层间的线路出问题所导致极层和阀层间的装置无法通信，本方案中通过增加第二极1控制总线11、第二极2控制总线12、第二极1阀1控制总线21a、第二极1阀2控制总线21b、第二极2阀1控制总线22a以及第二极2阀2控制总线22b来使得当第一控制总线出问题时，不影响装置间的通信，提高了系统的可靠性。

如图2所示，上述的第一站控制装置通过第二极1控制总线11分别与第一极1控制装置、第一极1保护装置连接，通过第二极2控制总线分别与第一极2控制装置、第一极2保护装置连接。

第一极1控制装置通过第二极1阀1控制总线21a分别与第一极1阀1控制装置、第一极1阀1保护装置连接，通过第二极1阀2控制总线21b分别与第一极1阀2控制装置、第一极1阀2保护装置连接。

第一极2控制装置通过第二极2阀1控制总线22a分别与第一极2阀1控制装置、第一极2阀1保护装置连接，通过第二极2阀2控制总线22b分别与第一极2阀2控制装置、第一极2阀2保护装置连接。

示例性的，本方案中通过增加第二极1控制总线、第二2控制总线、第二极1阀1控制总线、第二极1阀2控制总线、第二极2阀1控制总线以及第二极2阀2控制总线，使得该系统中的装置间均有两套冗余光纤LAN网线路，每套线路都是全双工，可以同时互传信号，冗余机制是类似的。

正常情况下，第一线路为正常状态，第二线路为备用状态，线路两端的装置在互相通信，均带有规律的心跳信号。正常情况下，发送装置始终往第一线路、第二线路发送相同的信号。接收装置接收第一线路的信号，忽略第二线路的信号，若其检测到一段时间未收到通过第一线路的心跳信号，则认为第一线路往自己传递信号的通路出了问题，则其往第一线路、第二线路同时发送“第一线路故障，请求切换”的信号，且同时将自己改为接收第二线路、忽略第一线路的模式。而当发送装置本身作为接收装置收到“第一线路故障，请求切换”的信号，又或者检测到一段时间未收到来自第一线路的心跳信号，则认为第一线路出了问题，也发出“第一线路故障，请求切换”的信号，且同时将自己改为接收第二线路、忽略第一线路的模式。至此，两套互相通信的装置会在短时间内均切换到第二线路继续通信，而且线路中上层控制装置会上报此事件最终给HMI显示，以通知运行人员修理。

为了避免站层的站控制装置出现故障所导致站层与极层的通信受影响，通过在站层进行冗余设备，增加第二站控制装置，从而提高系统的可靠性。

进一步可选的，如图3所示，该系统还包括：站层的第二站控制装置，第一站控制装置分别通过第一站控制装置互通总线、第二站控制装置互通总线与第二站控制装置连接，其中：

第二站控制装置通过第一极1控制总线11'分别与第一极1控制装置、第一极1保护装置连接，通过第一极2控制总线12'分别与第一极2控制装置、第一极2保护装置连接；通过第二极1控制总线11分别与第一极1控制装置、第一极1保护装置连接，通过第二极2控制总线12分别与第一极2控制装置、第一极2保护装置连接。

示例性的，该系统中包括完全冗余的第一站控制装置和第二站控制装置，每个都可以独立给极1控制装置和极2控制装置下发指令。该相互冗余的装置中一个为正常运行状态(例如，第一站控制装置)，另一个为可随时切换的备用状态(例如，第二站控制装置)；当正常运行状态的第一站控制装置监视到自身发生故障时，会发出切换站控制装置信号，将备用状态的第二站控制装置切换为正常运行状态。通过以上措施，保证系统中总有一台站控制装置在正常运行，从而提高系统可靠性。

为了避免极层的控制装置和保护装置出现故障所导致站层与极层的通信、极层与阀层的通信受影响，通过在极层进行冗余备份，增加第二极1控制装置、第二极1保护装置、第二极2控制装置以及第二极2保护装置，从而提高系统的可靠性。

进一步可选的，如图4所示，该系统还包括：极层的第二极1控制装置、第二极1保护装置、第二极2控制装置以及第二极2保护装置，第一极1控制装置分别通过第一极1控制装置互通总线、第二极1控制装置互通总线与第二极1控制装置连接，第一极2控制装置分别通过第一极2控制装置互通总线、第二极2控制装置互通总线与第二极2控制装置连接；其中：

第二极1控制装置通过第一极1控制总线11'分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接，通过第二极1控制总线11分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接；通过第一极1阀1控制总线21a'分别与第一极1阀1控制装置、第一极1阀1保护装置连接，通过第二极1阀121a控制总线分别与第一极1阀1控制装置、第一极1阀1保护装置连接；通过第一极1阀2控制总线21b'分别与第一极1阀2控制装置、第一极1阀2保护装置连接，通过第二极1阀2控制总线21b分别与第一极1阀2控制装置、第一极1阀2保护装置连接。

第二极1保护装置通过第一极1控制总线11'分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接，通过第二极1控制总线11分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接。

第二极2控制装置通过第一极2控制总线12'分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接，通过第二极2控制总线12分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接；通过第一极2阀1控制总线22a'分别与第一极2阀1控制装置、第一极2阀1保护装置连接，通过第二极2阀1控制总线22a分别与第一极2阀1控制装置、第一极2阀1保护装置连接；通过第一极2阀2控制总线22b'分别与第一极2阀2控制装置、第一极2阀2保护装置连接，通过第二极2阀2控制总线22b分别与第一极2阀2控制装置、第一极2阀2保护装置连接。

第二极2保护装置通过第一极2控制总线12'分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接，通过第二极2控制总线12分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接。

示例性的，该系统中包括完全冗余第一极1控制装置和第二极1控制装置，每个都可以独立给极1阀1控住装置和极1阀2控制装置下发指令。该相互冗余的装置中一个为正常运行状态(例如，第一极1控制装置)，另一个为可随时切换的备用状态(例如，第二极1控制装置)；当正常运行状态的第一极1控制装置监视到自身发生故障时，会发出切换极控制装置信号，将备用状态的第二极1控制装置切换为正常运行状态。通过以上措施，保证系统中总有一台极控制装置在正常运行，从而提高系统可靠性。

需要说明的是，对于系统中的相互冗余的第一极2控制装置和第二极2控制装置的切换原理与上述相同，这里不再赘述，具体可以参照上文的描述过程。

为了避免阀层的控制装置和保护装置出现故障所导致阀层与极层的通信受影响，通过在阀层进行冗余备份，增加第二极1阀1控制装置、第二极1阀1保护装置、第二极1阀2控制装置、第二极1阀2保护装置、第二极2阀1控制装置、第二极2阀1保护装置、第二极2阀2控制装置以及第二极2阀2保护装置，从而提高系统的可靠性。

进一步可选的，如图5所示，该系统还包括：阀层的第二极1阀1控制装置、第二极1阀1保护装置、第二极1阀2控制装置、第二极1阀2保护装置、第二极2阀1控制装置、第二极2阀1保护装置、第二极2阀2控制装置以及第二极2阀2保护装置；第一极1阀1控制装置分别通过第一极1阀1控制装置互通总线、第二极1阀1控制装置互通总线与第二极1阀1控制装置连接；第一极1阀2控制装置分别通过第一极1阀2控制装置互通总线、第二极1阀2控制装置互通总线与第二极1阀2控制装置连接；第一极2阀1控制装置分别通过第一极2阀1控制装置互通总线、第二极2阀1控制装置互通总线与第二极2阀1控制装置连接；第一极2阀2控制装置分别通过第一极2阀2控制装置互通总线、第二极2阀2控制装置互通总线与第二极2阀2控制装置连接；其中：

第二极1阀1控制装置通过第一极1阀1控制总线21a'分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接，通过第二极1阀1控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接。

第二极1阀1保护装置通过第一极1阀1控制总线21a'分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接，通过第二极1阀1控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接。

第二极1阀2控制装置通过第一极1阀2控制总线21b'分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接，通过第二极1阀2控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接。

第二极1阀2保护装置通过第一极1阀2控制总线21b'分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接，通过第二极1阀2控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接。

第二极2阀1控制装置通过第一极2阀1控制总线22a'分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接，通过第二极2阀1控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接。

第二极2阀1保护装置通过第一极2阀1控制总线22a'分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接，通过第二极2阀1控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接。

第二极2阀2控制装置通过第一极2阀2控制总线22b'分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接，通过第二极2阀2控制总线22b分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接。

第二极2阀2保护装置通过第一极2阀2控制总线22b'分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接，通过第二极2阀2控制总线22b分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接。

第二极1阀1控制装置与第一换流阀及第一换流变压器连接，第二极1阀2控制装置与第二换流阀及第二换流变压器连接，第二极2阀1控制装置与第三换流阀及第三换流变压器连接，第二极2阀2控制装置与第四换流阀及第四换流变压器连接。

示例性的，该系统中包括完全冗余的第一极1阀1控制装置和第二极1阀1控制装置，可以给极1阀1对应的换流阀下发指定触发角的脉冲信号，给相应开关刀闸下发控制信号，两套冗余装置一个为正常运行状态，另一个为备用状态，正常运行状态的一套会监视自身状态，在发生故障时发出切换系统命令，将处于备用状态的装置改为正常运行状态，从而提高系统可靠性。

需要说明的是，该系统中均包含相互冗余的第一极1阀2控制装置、第二极1阀2控制装置，相互冗余的第一极2阀1控制装置、第二极2阀1控制装置，以及相互冗余的第一极2阀2控制装置、第二极2阀2控制装置，这些均与极1阀1控制装置的功能一样，工作原理类似，这里不再赘述，具体可以参照上文。

优选的，如图6所示，该系统还包括：极层的第三极1保护装置以及第三极2保护装置，其中：

第三极1保护装置通过第一极1控制总线11'分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接，通过第二极1控制总线11分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接。

第三极2保护装置通过第一极2控制总线12'分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接，通过第二极2控制总线12分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接。

基于上述所描述的图5或图6对应的内容，该系统还包括：阀层的第三极1阀1保护装置、第三极1阀2保护装置、第三极2阀1保护装置以及第三极2阀2保护装置，这里以图6为例，参照图6，其中：

第三极1阀1保护装置通过第一极1阀1控制总线21a'分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接，通过第二极1阀1控制总线21a分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接。

第三极1阀2保护装置通过第一极1阀2控制总线21b'分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接，通过第二极1阀2控制总线21b分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接。

第三极2阀1保护装置通过第一极2阀1控制总线22a'分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接，通过第二极2阀1控制总线22a分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接。

第三极2阀2保护装置通过第一极2阀2控制总线22b'分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接，通过第二极2阀2控制总线22b分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接。

优选的，上述的极层的保护装置分为完全相同的三套冗余装置，以极1为例，该极1的保护装置包括第一极1保护装置、第二极1保护装置以及第三极1保护装置，这三套保护装置，均与极1控制装置进行通信，传输保护动作数字量信号。三套保护装置中有两套相同类型保护动作被判定为正确的动作行为，才允许通过极1控制装置出口闭锁或直接控制开关跳闸，以保证可靠性和安全性，此逻辑称为三取二逻辑。此外，当三套保护装置中有一套保护因故退出运行后，采取二取一保护逻辑；当三套保护装置中有两套保护因故退出运行后，采取一取一保护逻辑；当三套保护装置全部因故退出运行后，极1闭锁停运。

需要说明的是，对于极2中的保护装置在运行时采取的措施与极1中的相同，具体内容可以参考上文，这里不再赘述。

优选的，上述的阀层的保护装置分为完全相同的三套冗余装置，以极1阀1为例，该极1阀1的保护装置包括第一极1阀1保护装置、第二极1阀1保护装置以及第三极1阀1保护装置，这三套保护装置，均与极1阀1控制装置进行通信，传输保护动作数字量信号。三套保护装置中有两套相同类型保护动作被判定为正确的动作行为，才允许通过极1控制装置出口闭锁或直接控制断路器跳闸，以保证可靠性和安全性，此逻辑称为三取二逻辑。此外(当三套保护装置中有一套保护因故退出运行后，采取二取一保护逻辑；当三套保护装置中有两套保护因故退出运行后，采取一取一保护逻辑；当三套保护装置全部因故退出运行后，极1阀1闭锁停运。

需要说明的是，对于极1阀2保护装置、极2阀1保护装置以及极2阀2保护装置这三者在运行时采取的措施与极1阀1保护装置相同，具体内容可以参考上文，这里不再赘述。

下面将基于图1对应的直流输电系统的控制保护系统的实施例中的相关描述对本发明实施例提供的一种直流输电系统的控制保护方法进行介绍。以下实施例中与上述实施例相关的技术术语、概念等的说明可以参照上述的实施例，这里不再赘述。

本发明实施例提供一种直流输电系统的控制保护方法，应用于上文所述的控制保护系统，如图7所示，该方法包括：

301、站控制装置将双极总功率分别发送至极1控制装置和极2控制装置，并从极1控制装置和极2控制装置确定出主极控制装置，另一个作为从极控制装置。

302主极控制装置根据双极总功率分别计算出极1的功率值和电流值以及极2的功率值和电流值，并将极1的功率值和电流值发送至极1控制装置，将极2的功率值和电流值发送至极2控制装置。

303、极1控制装置将极1的电流值分别发送至极1阀1控制装置、极1阀2控制装置，同时极2控制装置将极2的电流值分别发送至极2阀1控制装置、极2阀2控制装置。

304、极1阀1控制装置根据极1的电流值调节第一换流变压器档位和第一换流阀脉冲触发角；同时极1阀2控制装置根据极1的电流值调节第二换流变压器档位和第二换流阀脉冲触发角；同时极2阀1控制装置根据极2的电流值调节第三换流变压器档位和第三换流阀脉冲触发角；同时极2阀2控制装置根据极2的电流值调节第四换流变压器档位和第四换流阀脉冲触发角。

下面将基于上述的步骤301)304的对该方法作详细的描述。

示例性的，上述的直流输电系统的控制保护系统从停运到启动需要经历以下几个过程：

（1）停运时，绝大部分开关刀闸都是断开的，若要启动系统，第一步是闭合必要的开关刀闸，需要由控制系统来完成各个开关刀闸的闭合操作，使系统具备启动条件。

开关刀闸按区域分为双极区、极区和阀区，其中站控制装置来控制双极区和极区的开关刀闸、阀控制装置来控制阀区的开关刀闸。这有一个说明，很容易想到从简化系统角度来说，可以由站控制装置来控制全站双极区、极区、阀区的开关刀闸，但是阀区的开关刀闸需要与阀控制装置控制脉冲等功能进行实时关联控制，若阀区开关刀闸放在阀区则会有阀控制装置到站控制装置的通信延时，导致无法实现实时控制。

综上，停运到启动前，需要运行人员通过操作人机接口软件（HMI）给站控制装置和阀控制装置下发开关刀闸闭合指令，使相关开关刀闸都正确闭合。

（2）开关刀闸都正确闭合后，系统连接处于正常状态，此时运行人员通过操作人机接口软件（HMI）依次给站控制装置发送双极总功率和运行启动指令，站控制装置下发双极总功率P给极1控制装置和极2控制装置，同时下发指令，决定某一个极（例如极1）作为主控极（主控极可以在自身故障时切换到另一个极），极1根据双极总功率P，先产生一个以0为起点，P为终点的以一定速率缓慢上升的双极总功率P’。P’和极1极2测量得到的运行电压U1、U2，按照以下方程组求出P1和P2以及I1和I2，示例性的，该方程组为：

P’＝P1+P2

I1＝P1/U1

I2＝P2/U2

I1＝I2

然后，作为主控极的极1给自己发送功率值P1和电流值I1，并给极2发送功率值P2和电流值I2。

全过程中，站控制装置通过极1控制总线可以从极1控制装置、通过极2控制总线可以从极2控制装置，监视极1和极2的电压、电流、功率等几乎所有变量情况。

（3）以极1为例（极2类似），极1控制装置下发电流指令I1给对应的极1阀1控制装置和极1阀2控制装置，极1阀1控制装置和极1阀2控制装置会根据控制策略调整对应换流变压器档位和换流阀脉冲触发角，从而直接控制运行的直流电流。

对于换流变压器档位和换流阀脉冲触发角的控制方法如下：

当检测到实际电流I大于发送的电流值I1时，阀控制装置会增大触发角来减小实际电流I，若触发角即将超过上限，则阀控制装置会将换流变压器档位调高一档，同时将触发角相应降低到一个较低值；当检测到实际电流I小于发送的电流值I1时，阀控制装置会减小触发角来增大实际电流I，若触发角即将超过下限，则阀控制装置会将换流变压器档位调低一档，同时将触发角相应升高到一个较高值。

全过程中，极1控制装置通过极1阀1控制总线和极1阀2控制总线可以从极1阀1控制装置和极1阀2控制装置中(监视极1阀1和极1阀2的几乎所有变量情况。

（4）停止运行时，运行人员通过人机接口软件（HMI）给站控制装置下达停机命令，站控制装置会产生一个以原双极总功率P为起点以10％P为终点的以一定速率缓慢下降的新双极总功率指令P’，按照类似上述步骤（2）和（3）的说明，极层的控制装置和阀层的控制装置分别发挥作用，最终控制双极电流均降低为10％P对应的电流，阀层控制装置断开阀区开关刀闸同时通过控制总线传递信号极层控制装置，极层控制装置再继续传递信号给站控制装置，令站控制装置也断开极区和双极区开关刀闸。

本发明实施例提供的直流输电系统的控制保护方法及系统，该方法包括：站控制装置将双极总功率分别发送至极1控制装置和极2控制装置，并从极1控制装置和极2控制装置确定出主极控制装置，另一个作为从极控制装置；主极控制装置根据双极总功率分别计算出极1的功率值和电流值以及极2的功率值和电流值，并将所述极1的功率值和电流值发送至极1控制装置，将所述极2的功率值和电流值发送至极2控制装置；极1控制装置将极1的电流值分别发送至极1阀1控制装置、极1阀1控制装置，同时极2控制装置将极2的电流值分别发送至极1阀1控制装置、极1阀1控制装置；极1阀1控制装置根据所述极1的电流值调节第一换流变压器档位和第一换流阀脉冲触发角；同时极1阀2控制装置根据所述极1的电流值调节第二换流变压器档位和第二换流阀脉冲触发角；同时极2阀1控制装置根据所述极2的电流值调节第三换流变压器档位和第三换流阀脉冲触发角；同时极2阀2控制装置根据所述极2的电流值调节第四换流变压器档位和第四换流阀脉冲触发角。通过该系统中的三个层次的分布，使得系统的复杂性降低，此外该系统中通过站层与极层通信，极层与阀层通信，这样一级一级的控制使得直流输电系统能够正常且安全运行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种直流输电系统的控制保护系统，其特征在于，所述系统包括：站层的第一站控制装置，极层的第一极1控制装置、第一极1保护装置、第一极2控制装置以及第一极2保护装置，阀层的第一极1阀1控制装置、第一极1阀1保护装置、第一极1阀2控制装置、第一极1阀2保护装置、第一极2阀1控制装置、第一极2阀1保护装置、第一极2阀2控制装置以及第一极2阀2保护装置；

所述第一站控制装置通过第一极1控制总线分别与所述第一极1控制装置、所述第一极1保护装置连接，通过第一极2控制总线分别与所述第一极2控制装置、所述第一极2保护装置连接；

所述第一极1控制装置通过第一极1阀1控制总线分别与所述第一极1阀1控制装置、所述第一极1阀1保护装置连接，通过第一极1阀2控制总线分别与所述第一极1阀2控制装置、所述第一极1阀2保护装置连接；

所述第一极2控制装置通过第一极2阀1控制总线分别与所述第一极2阀1控制装置、所述第一极2阀1保护装置连接，通过第一极2阀2控制总线分别与所述第一极2阀2控制装置、所述第一极2阀2保护装置连接；

所述第一极1阀1控制装置与第一换流阀及第一换流变压器连接，所述第一极1阀2控制装置与第二换流阀及第二换流变压器连接，所述第一极2阀1控制装置与第三换流阀及第三换流变压器连接，所述第一极2阀2控制装置与第四换流阀及第四换流变压器连接；

所述系统还包括：站层的第二站控制装置，所述第一站控制装置分别通过第一站控制装置互通总线、第二站控制装置互通总线与第二站控制装置连接，其中：

所述第二站控制装置通过第一极1控制总线分别与所述第一极1控制装置、所述第一极1保护装置连接，通过第一极2控制总线分别与所述第一极2控制装置、所述第一极2保护装置连接；通过第二极1控制总线分别与所述第一极1控制装置、所述第一极1保护装置连接，通过第二极2控制总线分别与所述第一极2控制装置、所述第一极2保护装置连接；

站控制装置将双极总功率分别发送至极1控制装置和极2控制装置，并从极1控制装置和极2控制装置确定出主极控制装置，另一个作为从极控制装置；

主极控制装置根据双极总功率分别计算出极1的功率值和电流值以及极2的功率值和电流值，并将所述极1的功率值和电流值发送至极1控制装置，将所述极2的功率值和电流值发送至极2控制装置；

极1控制装置将极1的电流值分别发送至极1阀1控制装置、极1阀1控制装置，同时极2控制装置将极2的电流值分别发送至极1阀1控制装置、极1阀1控制装置；

极1阀1控制装置根据所述极1的电流值调节第一换流变压器档位和第一换流阀脉冲触发角；同时极1阀2控制装置根据所述极1的电流值调节第二换流变压器档位和第二换流阀脉冲触发角；同时极2阀1控制装置根据所述极2的电流值调节第三换流变压器档位和第三换流阀脉冲触发角；同时极2阀2控制装置根据所述极2的电流值调节第四换流变压器档位和第四换流阀脉冲触发角。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述第一站控制装置通过第二极1控制总线分别与所述第一极1控制装置、所述第一极1保护装置连接，通过第二极2控制总线分别与所述第一极2控制装置、所述第一极2保护装置连接；

所述第一极1控制装置通过第二极1阀1控制总线分别与所述第一极1阀1控制装置、所述第一极1阀1保护装置连接，通过第二极1阀2控制总线分别与所述第一极1阀2控制装置、所述第一极1阀2保护装置连接；

所述第一极2控制装置通过第二极2阀1控制总线分别与所述第一极2阀1控制装置、所述第一极2阀1保护装置连接，通过第二极2阀2控制总线分别与所述第一极2阀2控制装置、所述第一极2阀2保护装置连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：极层的第二极1控制装置、第二极1保护装置、第二极2控制装置以及第二极2保护装置，所述第一极1控制装置分别通过第一极1控制装置互通总线、第二极1控制装置互通总线与第二极1控制装置连接，所述第一极2控制装置分别通过第一极2控制装置互通总线、第二极2控制装置互通总线与第二极2控制装置连接；其中：

所述第二极1控制装置通过第一极1控制总线分别与所述第一站控制装置、所述第二站控制装置连接，通过第二极1控制总线分别与所述第一站控制装置、所述第二站控制装置连接；通过第一极1阀1控制总线分别与第一极1阀1控制装置、第一极1阀1保护装置连接，通过第二极1阀1控制总线分别与第一极1阀1控制装置、第一极1阀1保护装置连接；通过第一极1阀2控制总线分别与第一极1阀2控制装置、第一极1阀2保护装置连接，通过第二极1阀2控制总线分别与第一极1阀2控制装置、第一极1阀2保护装置连接；

所述第二极1保护装置通过第一极1控制总线分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接，通过第二极1控制总线分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接；

所述第二极2控制装置通过第一极2控制总线分别与所述第一站控制装置、所述第二站控制装置连接，通过第二极2控制总线分别与所述第一站控制装置、所述第二站控制装置连接；通过第一极2阀1控制总线分别与第一极2阀1控制装置、第一极2阀1保护装置连接，通过第二极2阀1控制总线分别与第一极2阀1控制装置、第一极2阀1保护装置连接；通过第一极2阀2控制总线分别与第一极2阀2控制装置、第一极2阀2保护装置连接，通过第二极2阀2控制总线分别与第一极2阀2控制装置、第一极2阀2保护装置连接；

所述第二极2保护装置通过第一极2控制总线分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接，通过第二极2控制总线分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：阀层的第二极1阀1控制装置、第二极1阀1保护装置、第二极1阀2控制装置、第二极1阀2保护装置、第二极2阀1控制装置、第二极2阀1保护装置、第二极2阀2控制装置以及第二极2阀2保护装置；所述第一极1阀1控制装置分别通过第一极1阀1控制装置互通总线、第二极1阀1控制装置互通总线与所述第二极1阀1控制装置连接；所述第一极1阀2控制装置分别通过第一极1阀2控制装置互通总线、第二极1阀2控制装置互通总线与所述第二极1阀2控制装置连接；所述第一极2阀1控制装置分别通过第一极2阀1控制装置互通总线、第二极2阀1控制装置互通总线与所述第二极2阀1控制装置连接；所述第一极2阀2控制装置分别通过第一极2阀2控制装置互通总线、第二极2阀2控制装置互通总线与所述第二极2阀2控制装置连接；其中：

第二极1阀1控制装置通过第一极1阀1控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接，通过第二极1阀1控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接；

第二极1阀1保护装置通过第一极1阀1控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接，通过第二极1阀1控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接；

第二极1阀2控制装置通过第一极1阀2控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接，通过第二极1阀2控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接；

第二极1阀2保护装置通过第一极1阀2控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接，通过第二极1阀2控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接；

第二极2阀1控制装置通过第一极2阀1控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接，通过第二极2阀1控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接；

第二极2阀1保护装置通过第一极2阀1控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接，通过第二极2阀1控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接；

第二极2阀2控制装置通过第一极2阀2控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接，通过第二极2阀2控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接；

第二极2阀2保护装置通过第一极2阀2控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接，通过第二极2阀2控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接；

所述第二极1阀1控制装置与所述第一换流阀连接，所述第二极1阀2控制装置与所述第二换流阀连接，所述第二极2阀1控制装置与所述第三换流阀连接，所述第二极2阀2控制装置与所述第四换流阀连接。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：极层的第三极1保护装置以及第三极2保护装置，其中：

所述第三极1保护装置通过第一极1控制总线分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接，通过第二极1控制总线分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接；

所述第三极2保护装置通过第一极2控制总线分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接，通过第二极2控制总线分别与第一站控制装置、第二站控制装置连接。

6.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：阀层的第三极1阀1保护装置、第三极1阀2保护装置、第三极2阀1保护装置以及第三极2阀2保护装置，其中：

第三极1阀1保护装置通过第一极1阀1控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接，通过第二极1阀1控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接；

第三极1阀2保护装置通过第一极1阀2控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接，通过第二极1阀2控制总线分别与第一极1控制装置、第二极1控制装置连接；

第三极2阀1保护装置通过第一极2阀1控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接，通过第二极2阀1控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接；

第三极2阀2保护装置通过第一极2阀2控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接，通过第二极2阀2控制总线分别与第一极2控制装置、第二极2控制装置连接。

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