一种高压直流换流站交流滤波器组的保护测控系统的制作方法

本发明高压直流输电技术领域，尤其涉及一种高压直流换流站交流滤波器组的保护测控系统。

背景技术

高压直流输电的换流器是一个高度非线性谐波源，高压直流输电系统运行时会在交流系统中产生丰富的谐波。注入交流电网的谐波会造成电网的谐波污染，进而降低电网的经济效益，危害发电机等设备的安全。因此，高压直流输电工程中一般都通过换流站的交流侧加装不同类型的滤波器达到吸收谐波的目的。

目前，国内高压直流换流站的交流滤波器组控制设备通常会配置双重化的测控屏，采用双主机加双I/O模式，其实质上属于交流站控系统的一部分。在保护方面，一般为每个交流滤波器小组配置双重化的保护，并为每个交流滤波器大组配置双重化的母线差动保护，而控制设备和保护设备均采用模拟量采样、模拟量跳闸方式。然而，在国外工程中往往还存在其他的技术路线，如要求交流场采用数字化变电站模式，即控制设备和保护设备要基于IEC61850标准实现数字采样和数字跳闸。此外，还有技术路线为了提高设备集成度，会要求控制设备和保护设备合一，通过双重化冗余配置确保设备可靠性。因此，仅通过目前国内的控制设备与保护设备并不能与国外的直流输电业务对接，会限制国内公司对于国外市场的拓展。此外，由于现有保护设备只能采用模拟量采样、电缆跳闸方式进行保护，且保护装置和控制装置还需要分开设置，这无疑会带来设备信息重复采集，智能化程度低、现场实施复杂以及维护成本高等问题，也即无法满足商业化控制保护产品的发展需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高压直流换流站交流滤波器组的保护测控系统，以解决现有的高压直流换流站交流滤波器组的控制和保护设备在应用时存在的设备信息重复采集、智能化程度低、接线复杂及运维成本高的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种高压直流换流站交流滤波器组的保护测控系统，包括：

就地智能I/O单元，用于根据IEC61850标准对被测设备进行数字化采样和数字化跳闸控制；

保测一体单元，与所述就地智能I/O单元通信，用于对被测设备进行保护及控制。

进一步，作为优选地，所述就地智能I/O单元，包括第一面板和第二面板；

所述第一面板上设有告警指示灯及调试通讯口；

所述第二面板采用插件式结构，并设有多个板卡。

进一步，作为优选地，所述第二面板，包括：

第一电源板、第一CPU板、模拟量输入板、开关量输入板、开关量输出板及第一通信板；

所述第一电源板用于为所述第一CPU板、模拟量输入板、开关量输入板、开关量输出板及第一通信板提供电压；

所述模拟量输入板用于将模拟量信息传输给所述第一CPU板，所述开关量输入板用于将开入量信息传输给所述第一CPU板；

所述第一CPU板用于对所述模拟量信息与所述开入量信息进行处理，并将处理结果分别传输至所述开关量输出板与所述第一通信板。

进一步，作为优选地，所述开关量输入板，还用于对开入量信息进行220或110V光耦隔离。

进一步，作为优选地，所述第一电源板，还用于：

将220V或110V直流电压进行转化，为所述第一CPU板、模拟量输入板、开关量输入板、开关量输出板及第一通信板提供24V、12V或5V电压。

进一步，作为优选地，所述保测一体单元，包括第三面板和第四面板；

所述第三面板包括操作按钮、显示屏、告警指示灯及调试通讯口；

所述第四面板采用插件式结构，还设有多个板卡。

进一步，作为优选地，所述第二面板、所述第四面板上的多个板卡数量可扩展。

进一步，作为优选地，所述第四面板，包括：

第二电源板、第二CPU板、管理板、数字量输入板、数字量输出板及第二通信板；

所述第二电源板用于为所述第二CPU板、管理板、数字量输入板、数字量输出板及第二通信板提供电压；

所述数字量输入板用于对数字量信息进行信号隔离，并将隔离后的数字量信息分别传输至所述第二CPU板和所述管理板；

所述第二CPU板和所述管理板分别对所述隔离后的数字量信息进行处理，并将处理结果传输至所述数字量输出板与所述第二通信板。

进一步，作为优选地，所述第二电源板，还用于：

将220V或110V直流电压进行转化，为所述第二CPU板、管理板、数字量输入板、数字量输出板及第二通信板提供24V、12V或5V电压。

进一步，作为优选地，所述就地智能I/O单元与所述保测一体单元均采用标准4U机架式机箱。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

1)本发明提出的交流滤波器组保护测控系统实现了高压直流换流站内交流滤波器组控制保护装置的数字化采样及数字化跳闸，填补了技术空白；其中采样和跳闸数字化，能够实现数据共享和信息集成，与换流站二次设备智能化的发展方向一致，能够满足商业化控制保护产品的发展需求；

2)本发明提出的交流滤波器组保护测控系统实现了高压直流换流站内交流滤波器组控制装置和保护装置的集成。由于I/O信息的数字化，控制装置和保护装置的外部接线得以大大简化，从而使控制和保护合一的方案具有可行性。与现有技术相比，本发明所述系统结构更加紧凑，不仅节省屏柜数量，还可节省大量电缆，从而降低了运维成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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方式，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是本发明某一实施例提供的高压直流换流站交流滤波器组的保护测控系统的结构示意图；

图2是本发明某一实施例提供的就地智能I/O单元的结构示意图；

图3是本发明某一实施例提供的保测一体单元的结构示意图；

图4是本发明又一实施例提供的包含3个小组的交流滤波器大组的保护测控系统的结构示意图。

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。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，本发明某一实施例提供一种高压直流换流站交流滤波器组的保护测控系统。如图1所示，该高压直流换流站交流滤波器组的保护测控系统包括就地智能I/O单元01和保测一体单元02。其中，这两个单元的具体功能如下：

就地智能I/O单元01，用于根据IEC61850标准对被测设备进行数字化采样和数字化跳闸控制。

具体地，本实施例中的被测设备通常为一次设备，就地智能I/O单元01与一次设备通过电缆连接，基于IEC61850标准实现数字化采样和数字化跳闸控制。

请参阅图2，在某一个具体实施例中提供了就地智能I/O单元01的结构示意图。需要说明的是，本实施例中的就地智能I/O单元01采用标准4U机架式机箱，可安装于标准屏柜中。

具体地，该就地智能I/O单元01包括第一面板和第二面板；

其中，第一面板主要为正面面板，且在第一面板上设有告警指示灯及调试通讯口；第二面板主要为背面面板，采用插件式结构，并设有多个板卡。

进一步，在某一具体实施例中，第二面板包括：

第一电源板011、第一CPU板012、模拟量输入板013、开关量输入板014、开关量输出板015及第一通信板016；

所述第一电源板011用于为所述第一CPU板012、模拟量输入板013、开关量输入板014、开关量输出板015及第一通信板016提供电压；

所述模拟量输入板013用于将模拟量信息传输给所述第一CPU板012，所述开关量输入板014用于将开入量信息传输给所述第一CPU板012；

所述第一CPU板012用于对所述模拟量信息与所述开入量信息进行处理，并将处理结果分别传输至所述开关量输出板015与所述第一通信板016。

需要说明的是，各个板卡的数量可根据实际需要进行扩展。该就地智能I/O单元01在进行工作时，主要工作流程为：电流、电压等通过模拟量输入板013首先转换成小电压信号，分别进入第一CPU板012和对应的管理板023，经过滤波、A/D转换后，进入CPU 1。CPU 1进行各路输入量的处理，结果传给CPU 2。CPU 2进行输入量的分类及出口控制，同时完成事件记录及后台通讯。其中，CPLD(复杂可编程逻辑器件)用于CPU与各I/O板卡之间的数据格式转换。

作为可选地，电源部分由第一电源板011构成，其功能是将220V或110V直流变换成装置内部需要的电压，主要包括24V、12V及5V电压。模拟量转换部分由若干块模拟量输入板013构成，功能是将各种量测量转换成小电压信号。

在某一具体实施方式中，该就地智能I/O单元01具有开关量输入功能，开关量输入经由220/110V光耦隔离。其中，开关量输出板015完成控制出口、信号出口。第一通信板016根据接口需要配置高速以太网光口、电口及485串口等。

在某一具体实施例中，对于上述实施例所述的就地智能I/O单元01能够实现的功能作出以下说明：

(1)模拟量采集功能，包括采集大组交流滤波器串边断路器电流、大组交流滤波器串中断路器电流、大组交流滤波器母线电压、小组交流滤波器高压侧电流、小组交流滤波器低压侧电流、小组交流滤波器电容器不平衡电流、小组交流滤波器电阻器电流、小组交流滤波器电抗器电流及小组交流滤波器避雷器电流。

(2)开关量采集功能，包括采集大组交流滤波器串边断路器位置、大组交流滤波器串中断路器位置、小组交流滤波器断路器位置、相关的隔离开关与接地开关位置、断路器与隔离开关等一次设备的故障告警信号。

(3)信息转换及上送功能：该就地智能I/O单元01将输入模拟量采样转换为遵循IEC 61850-9-2标准的采样值，将输入开关量转换为遵循IEC61850-8-1标准的GOOSE信息，并通过以太网光口输出至过程层网络，供交流滤波器保测一体单元02使用。另外，重要的模拟量、开关量信号及智能I/O单元自身的动作信号及故障信号上送至换流站计算机监控系统。

(4)开关量输出控制功能：该就地智能I/O单元01能够根据从网络接收到的命令执行断路器、隔离开关等设备的分合闸操作。装置具备断路器操作箱功能，包含分合闸回路、合后监视、操作电源监视和控制回路断线监视等功能。

(5)数据记录、装置自诊断及告警、接收同步对时信号等功能。

进一步地，上述实施例中的高压直流换流站交流滤波器组的保护测控系统还包括第二个功能单元，即保测一体单元02。其中，该保测一体单元02与就地智能I/O单元01通信，用于对被测设备进行保护和控制，包括滤波器差动保护、过流保护、过负荷保护及不平衡保护等。作为某一可选的实施方式，保测一体单元02主要通过SV GOOSE合一网络与就地智能I/O单元01通信，并通过现场总线与直流控制系统通信。

请参阅图3，在某一个具体实施例中提供了保测一体单元02的结构示意图。需要说明的是，本实施例中的保测一体单元02也采用标准4U机架式机箱，可安装于标准屏柜中。

具体地，该保测一体单元02，包括第三面板和第四面板；

其中，第三面板主要为正面面板，且在第三面板上设有操作按钮、显示屏、告警指示灯及调试通讯口；第四面板主要为背面面板，与第二面板相同，也采用插件式结构，还设有多个板卡。需要说明的是，板卡的数量可根据实际需要进行扩展。

进一步地，在某一具体实施例中，第四面板包括：

第二电源板021、第二CPU板022、管理板023、数字量输入板024、数字量输出板025及第二通信板026；

所述第二电源板021用于为所述第二CPU板022、管理板023、数字量输入板024、数字量输出板025及第二通信板026提供电压；

所述数字量输入板024用于对数字量信息进行信号隔离，并将隔离后的数字量信息分别传输至所述第二CPU板022和所述管理板023；

所述第二CPU板022和所述管理板023分别对所述隔离后的数字量信息进行处理，并将处理结果传输至所述数字量输出板025与所述第二通信板026。

需要说明的是，该保测一体单元02在进行工作时，主要工作流程为：电流、电压、断路器位置等信息通过数字量输入板024经过信号隔离后，分别进入CPU板和管理板023。CPU 1进行各路输入量的处理，将结果传给CPU 2。CPU 2进行控制、保护的逻辑运算及出口控制，同时完成事件记录、后台通讯及与人机界面的通讯。CPLD用于CPU与外部接口之间的数据格式转换。其中，管理板023工作过程同CPU板类似，这两者是完全相同的两块插件，完成采样、监控保护的运算或起动功能。管理板023与CPU版实现了装置核心部分的双重化冗余结构，提高了装置的可靠性。

作为可选地，电源部分由第二电源板021构成，其功能是将220V或110V直流变换成装置内部需要的电压，主要包括24V、12V及5V电压。第二通信板026则根据接口需要配置高速以太网光口、电口及485串口等。

在某一具体实施例中，对于上述实施例所述的保测一体单元02能够实现的功能作出以下说明：

(1)采用数字接口：保测一体单元02能够接收来自就地智能I/O单元01及其他数字化设备的符合IEC 61850标准的电流/电压SV采样值，及断路器/隔离开关位置信息、联锁信息、控制命令等GOOSE信息，并能输出GOOSE跳闸命令。

(2)交流滤波器保护功能，包括：小组交流滤波器差动保护、小组交流滤波器过电流保护、小组交流滤波器零序过电流保护、小组交流滤波器电容器不平衡保护、小组交流滤波器电容器过负荷保护、小组交流滤波器电抗器过负荷保护、小组交流滤波器电阻器过负荷保护、小组交流滤波器断路器失灵保护、大组交流滤波器母线差动保护、大组交流滤波器过电压保护。

(3)交流滤波器控制功能：根据监控系统上层的控制命令可实现断路器的分/合、隔离开关的分/合、接地的分/合等各种控制操作。根据本间隔采集的信息及其他智能装置提供的跨间隔信息实现断路器、隔离开关等设备的联锁逻辑。

(4)故障录波、装置自诊断及告警、接收同步对时信号等功能。

请参阅图4，在某一个具体实施例中，以一个包含3个小组的交流滤波器大组为例，交流滤波器组保护测控系统的结构见附图4。需要说明的是，图4中第一小姐、第二小组及第三小组的接线方式一致，为了能够清楚显示，图4只提供了第一小组内部的具体接线结构。如图4所示，每个交流滤波器小组配置双重化的就地智能I/O单元01。此外，按交流滤波器大组配置双重化的保测一体单元02。

进一步地，就地智能I/O单元01组柜布置在户外一次设备附近，小组内的电流互感器、断路器、隔离开关等设备通过电缆接到小组就地智能I/O单元01。保测一体单元02组柜布置于户内。就地设备与户内设备之间通过光口交换机和光缆构成双重化的过程层网络，传输符合IEC 61850标准的SV信息和GOOSE信息。

保测一体单元02除接收各小组支路电流和滤波器母线电压等信息外，还通过过程层网络接收500kV交流串上的边断路器和中断路器电流等信息，从而可以实现滤波器大组母线的差动保护。除了接入过程层A/B网络外，保测一体单元02还接入站控层A/B网，上传测控数据，并可接收直流控制系统下发的分组投切等控制命令。

综上所述，本发明实施例提供的交流滤波器组保护测控系统至少可以实现以下功能：

1)实现了高压直流换流站内交流滤波器组控制保护装置的数字化采样及数字化跳闸控制，能够实现数据共享和信息集成，与换流站二次设备智能化的发展方向一致，满足商业化控制保护产品的发展需求；

2)实现了高压直流换流站内交流滤波器组控制装置和保护装置的集成。由于I/O信息的数字化，控制装置和保护装置的外部接线得以大大简化，从而使控制和保护合一的方案具有可行性。

3)简化了系统结构，节省了屏柜数量和大量电缆，因此降低了运维成本。

需要说明的是，在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分仅仅为一种逻辑功能划分，在实际应用中对其实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或页面组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性、机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。