一种灵活交流输电装置的控制保护系统 【技术领域】
本发明属于电力系统交流输电领域， 具体涉及一种灵活交流输电装置的控制保护系统。 背景技术 固定串联电容器补偿装置 FSC( 简称固定串补 ) 是在交流输电线路中串入电力电 容器组， 用于补偿线路电感， 增加线路输送容量的设备。 在远距离、 大容量输电系统中， 随着 输电距离的增加， 线路输送能力受到越来越多的限制。 固定串补能提高系统稳定性、 节约投 资， 是提高超 / 特高压线路输送能力的重要手段之一。由于其具有巨大的经济价值， 目前已 在世界各国的电力系统获得了广泛的应用。
晶闸管控制串联电容器补偿装置 TCSC( 简称可控串补 ) 在固定串补的基础上增加 了晶闸管阀支路， 晶闸管控制系统通过改变晶闸管触发角， 调节可控串补的等值基波阻抗， 实现对输电线路基波阻抗的动态控制。 可控串补在增加线路输送能力的同时进一步提高了 电力系统的稳定性， 同时能起到抑制系统低频振荡和次同步谐振的作用。 此外， 当线路发生 短路故障时， 可控串补能立即进入晶闸管旁路电容器组模式， 有效地降低系统短路电流， 提 高系统稳定性。
串联谐振型故障电流限制器装置 FCL( 简称故障电流限制器 ) 是在交流输电线路 中串入电容器和电抗器的串联谐振电路， 当线路发生故障时控制晶闸管导通， 迅速投入限 流电抗的设备。 故障电流限制器在系统正常运行时的工频阻抗为零， 不改变系统潮流分布， 当系统发生短路故障时能大幅降低短路点和相邻支路的短路电流。 在电力系统中安装故障 电流限制器能解决故障电流超标带来的诸多问题， 提高电网设备的可靠性和电力系统的暂 态稳定性。目前， 国内首套自主研发的 500kV 串联谐振型故障电流限制器装置已在华东电 网的瓶窑变电所投入运行。
控制保护系统是固定 / 可控串补装置或故障电流限制器的重要组成部分， 其主要 作用是 ： 检测运行中各种对装置不利的故障情况， 正确动作相关保护， 及时准确地隔离或切 除故障， 保证装置的安全稳定运行， 同时配合线路保护， 以保护系统中的其它设备。 此外， 控 制保护系统还能实现电气量测量、 运行状态监视、 刀闸 / 断路器操作、 故障录波、 人机交互 等功能。控制保护系统通常在当地工作站组屏， 经规约转换后接入站内监控网和故障录波 网。 监控网和故障录波网上的其它用户， 如控制保护系统主站 ( 即站控层 )、 保护子站、 录波 子站等能方便、 快捷地获得装置的各种状态信息和故障录波数据。
目前， 串补装置的供货商主要有 ABB、 西门子、 GE 和中国电力科学研究院中电普瑞 科技有限公司等。现有串补装置的控制保护系统大多具备以下三个特征 ：
1. 控制保护设备在硬件上采用 “数字信号处理器 DSP/ 可编程逻辑控制器 PLC+ 工 业控制计算机” 的组成模式， 在 DSP 或 PLC 中实现控制保护功能， 在工业控制计算机中进行 事件信息汇总、 规约转换等 ；
2. 故障录波数据通常保存在当地工作站内的录波设备中， 运行人员可在录波设备
上查看故障波形、 拷贝录波文件 ；
3. 控制保护设备接入监控网， 录波设备接入录波网， 控制保护设备和录波设备分 别对装置状态信息和录波数据进行规约转换， 并将转换结果发送到对应的网络。
具有上述特征的控制保护系统存在以下三个主要弊端 ：
1. 工业控制计算机的实时性和稳定性欠佳， 在控制保护系统中使用工业控制计算 机很大程度上影响了串补整套装置的性能。工控机采用非实时操作系统， 串补现场经常出 现工控机系统时间与控制保护系统时间偏差较大的情况 ； 此外， 工控机内部结构复杂， 其中 风扇和硬盘均为旋转设备， 寿命短， 容易出现各种故障， 一旦发生故障必然会导致监控系统 失效 ；
2. 控制保护设备不具备故障波形存储功能， 如果需要暂态录波， 必须另外配置录 波设备。 目前， 国外供货商大多采用购置其它厂家的录波设备加以集成的方式， 这种方式会 带来录波设备与控制保护系统的接口问题。 此外， 通用录波设备录波功能虽然强大， 但不一 定适用于固定串补、 可控串补和故障电流限制器的特殊要求 ；
3. 监控网和录波网的规约转换分别由两个元件或设备完成， 增加了系统集成和设 备测试、 检修成本。 发明内容 为了克服上述现有技术的不足， 本发明提供一种交流输电装置的控制保护系统， 提高了控制保护系统的实时性、 可靠性和稳定性， 简化了录波设备和控制保护系统与外部 网络的连接， 适用于固定串联电容器补偿装置 FSC、 晶闸管控制串联电容器补偿装置 TCSC 和串联谐振型故障电流限制器装置 FCL。
为了实现上述发明目的， 本发明采用如下技术方案 ：
一种灵活交流输电装置的控制保护系统， 所述系统包括保护装置， 完成控制保护 算法， 用于自动控制间隙和旁路断路器动作 ； 测控装置， 用于获取并计算电气量信息， 并手 动遥控操作刀闸和旁路断路器 ； 操作执行装置， 执行来自保护装置和测控装置的控制命令， 使刀闸和旁路断路器动作 ； 和激光送能装置， 为平台测量装置提供电源。
所述保护装置、 测控装置、 人机接口、 录波回放终端、 站控设备以及保护和录波子 站通过监控网、 录波网、 保护网共享所述控制保护装置产生的事件信息、 保护信息和录波数 据。
所述人机接口和录波 / 回放终端使用户实时监视串补运行状态， 排查设备故障。
所述监控网、 录波网和保护网可根据用户需求进行选择配置。
所述保护装置和测控装置在硬件实现上采用 “DSP+ 嵌入式微处理器” 的模式。
所述保护装置包括液晶显示屏及操作键盘 1、 开关量输入单元、 数据接收单元、 保 护计算单元、 录波 / 回放单元、 开关量输出单元和通信管理单元 1。
所述通信管理单元 1 与所述开关量输入单元、 数据接收单元、 保护计算单元、 录波 / 回放单元和开关量输出单元通过事件信息网 1 互联， 查询上述各单元信息， 并将各单元的 运行状态、 保护动作事件和保护告警事件发送到监控网。
所述事件信息网 1 为保护装置内部开关量输入单元、 数据接收单元、 保护计算单 元、 录波 / 回放单元、 开关量输出单元和通信管理单元 1 之间的信息交换网。
人机接口、 站控设备以及保护和录波子站接入监控网共享保护装置产生的事件信息。 所述通信管理单元 1 与所述液晶显示屏和操作键盘 1 连接， 通过操作键盘的按键 查阅事件信息、 投退各个保护功能、 设置保护参数和显示设备运行状态。
所述通信管理单元 1 分别与所述录波 / 回放单元和录波网连接， 接收录波 / 回放 单元记录的波形数据， 并发送到录波网。
所述通信管理单元 1 配有可插拔的 CF 卡， 储存录波 / 回放单元记录的波形数据。
所述通信管理单元 1 接收所述录波 / 回放终端下发的回放波形并转发给所述录波 / 回放单元用于回放。
所述保护装置、 录波 / 回放终端以及保护和录波子站接入录波网共享波形数据。
所述测控装置包括液晶显示屏及操作键盘 2、 开关量输入单元、 模拟量输入单元、 开关量输出单元和通信管理单元 2。
所述通信管理单元 2 与所述开关量输入单元、 模拟量输入单元和开关量输出单元 通过事件信息网 2 互联， 查询上述各单元的运行状态和电气量计算结果， 并将计算结果发 送到监控网。
所述计算结果包括线路电流和线路电压的有效值、 有功功率、 无功功率和谐波含 量。
所述事件信息网 2 为测控装置内部开关量输入单元、 模拟量输入单元、 开关量输 出单元和通信管理单元 2 之间的信息交换网。
人机接口、 站控设备以及保护和录波子站接入监控网共享测控装置产生的事件信 息和测量数据。
光纤收发器实现间隔层和站控层之间的光缆连接。
与现有技术相比， 本发明的有益效果在于 ：
1. 本申请能满足控制保护系统对实时性、 多任务性的需求， 保证系统运行的稳定 性和可靠性 ；
2. 硬件结构兼顾了软件设计的模块化和可移植性， 缩短了软件开发时间 ；
3. 体积小、 重量轻、 成本低、 可靠性高 ；
4. 结构紧凑， 配置灵活 ；
5. 配置有液晶显示屏和操作键盘， 能取代当地工作站的人机交互计算机实现各种 人机交互功能， 这种方式既节省了成本， 又提高了人机界面的稳定性和可靠性 ；
6. 配置可移动的大容量存储设备， 如 CF 存储卡等， 用于保存故障录波数据， 不必 额外配置录波设备， 用户还可根据需求在当地配置或取消录波回放终端 ；
7. 可用于固定串联电容器补偿装置 FSC、 晶闸管控制串联电容器补偿装置 TCSC 和 串联谐振型故障电流限制器装置 FCL 等。
附图说明
图 1 是一种交流输电装置的控制保护系统实施例的原理图 ； 图 2 是控制保护装置和测控装置的结构示意图。具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图 1， 一种灵活交流输电装置的控制保护系统， 所述系统包括
平台测量装置， 用于获取和传输现场测量数据 ；
保护装置 A 和保护装置 B， 互为冗余配置， 完成控制保护算法， 用于自动控制间隙 和旁路断路器动作 ；
测控装置， 用于获取并计算电气量信息， 并手动遥控操作刀闸和旁路断路器 ；
操作执行装置， 执行来自保护装置和测控装置的控制命令， 使刀闸和旁路断路器 动作 ；
和激光送能装置， 为所述平台测量装置提供电源。
所述平台测量装置位于户外高压平台， 所述保护装置、 测控装置、 操作执行装置、 激光送能装置位于室内。
所述保护装置、 测控装置、 人机接口、 录波回放终端、 站控设备以及保护和录波子 站通过监控网、 、 录波网、 保护网共享所述控制保护装置产生的事件信息、 保护信息和录波 数据。 所述人机接口和录波 / 回放终端使用户实时监视串补运行状态， 排查设备故障。
所述监控网、 录波网和保护网可根据用户需求进行选择配置。
所述保护装置和测控装置在硬件实现上采用 “DSP+ 嵌入式微处理器” 的模式。
如图 2， 所述保护装置包括液晶显示屏及操作键盘 1、 开关量输入单元、 数据接收 单元、 保护计算单元、 录波 / 回放单元、 开关量输出单元和通信管理单元 1。
所述通信管理单元 1 与所述开关量输入单元、 数据接收单元、 保护计算单元、 录波 / 回放单元和开关量输出单元通过事件信息网 1 互联， 查询上述各单元信息， 并将各单元的 运行状态、 保护动作事件和保护告警事件发送到监控网。
所述事件信息网 1 为保护装置内部开关量输入单元、 数据接收单元、 保护计算单 元、 录波 / 回放单元、 开关量输出单元和通信管理单元 1 之间的信息交换网。
人机接口、 站控设备以及保护和录波子站接入监控网共享保护装置产生的事件信 息。
所述通信管理单元 1 与所述液晶显示屏和操作键盘 1 连接， 通过操作键盘的按键 查阅事件信息、 投退各个保护功能、 设置保护参数和显示设备运行状态。
所述通信管理单元 1 分别与所述录波 / 回放单元和录波网连接， 接收录波 / 回放 单元记录的波形数据， 并发送到录波网。
所述通信管理单元 1 配有可插拔的 CF 卡 (TF 存储卡或 SD 存储卡 )， 储存录波 / 回 放单元记录的波形数据。
所述通信管理单元 1 接收所述录波 / 回放终端下发的回放波形并转发给所述录波 / 回放单元用于回放。
所述保护装置、 录波 / 回放终端以及保护和录波子站接入录波网共享波形数据。
所述测控装置包括液晶显示屏及操作键盘 2、 开关量输入单元、 模拟量输入单元、 开关量输出单元和通信管理单元 2。
所述通信管理单元 2 与所述开关量输入单元、 模拟量输入单元和开关量输出单元
通过事件信息网 2 互联， 查询上述各单元的运行状态和电气量计算结果， 并将计算结果发 送到监控网。
所述计算结果包括线路电流和线路电压的有效值、 有功功率、 无功功率和谐波含 量。
所述事件信息网 2 为测控装置内部开关量输入单元、 模拟量输入单元、 开关量输 出单元和通信管理单元 2 之间的信息交换网。
人机接口、 站控设备以及保护和录波子站接入监控网共享测控装置产生的事件信 息和测量数据。
光纤收发器实现间隔层和站控层之间的光缆连接。
通信管理单元 1 和通信管理单元 2 可采用带有嵌入式 DSP/BIOS 的高速浮点芯片。 DSP/BIOS 是一个简易的实时多任务操作系统， 在 DSP/BIOS 下开发软件既能实现多任务调 度， 又能充分利用 DSP 芯片运算速度快、 执行效率高等优点， 还能使用操作系统自带的实时 分析工具和芯片支持库提供的应用程序接口函数 API。嵌入式微处理器带有嵌入式实时操 作系统， 这种处理器非常适用于实现具有高确定性的实时任务， 具有功能强大， 外部硬件接 口和驱动程序丰富， 网络通信功能成熟等诸多优点。与 “DSP/PLC+ 工业控制计算机” 的模式 相比， 上述应用在实时性、 可靠性和稳定性上更加突出， 既能满足控制保护系统对实时性、 多任务性的需求， 又有助于提高软件设计的模块化水平， 减少软件开发和维护的工作量。 应当说明的是 ： 以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其进行限制。尽 管上述实施例对本申请进行了详细说明， 所属领域的普通技术人员应当理解 ： 依然可对申 请的具体实施方式进行修改或者同等替换， 而未脱离本申请精神和范围的任何修改或同等 替换， 均应涵盖在本申请的权利要求范围内。