一种耗能阀组支路分时投入装置及方法与流程

1.本发明涉及高压直流输电技术领域，具体涉及一种耗能阀组支路分时投入装置及方法。


背景技术：

2.柔性直流输电技术是实现大规模可再生能源多点汇集、清洁能源高效利用和灵活输出并网的一种重要技术手段。大容量、远距离的风电场、光伏电站等新能源发电系统，适合通过柔性直流输电方式进行能量输出、具备系统稳定、运行方式灵活，有功无功独立控制调节等诸多优点。同时，海上风电的柔性直流送出也是业界的研究热点。新能源柔性直流输电系统一般采用电源端定交流电压控制方式，为风电场等电压源提供稳定的交流电压，这种控制方式决定了送端换流站不能控制传输功率，传输功率由风电场发电功率决定。若受端换流站发生故障，不能继续接受功率，输电系统不能直接限制送端功率，便造成送受端功率不平衡，导致直流电压升高，引发直流过压保护。为了解决这种电网故障时的短时功率盈余问题，引入了耗能装置，将不平衡的功率消耗掉。
3.耗能装置一次主回路的主要组成元件是电力电子开关器件和功率电阻。设备正常运行时电力电子器件为关断状态，功率电阻不通流，未接入电网。当需要投入耗能装置时，控制系统控制对应回路的电力电子开关器件为导通状态，将功率电阻接入电网线路以消除线路中的故障功率，为风力发电场电源设备停机争取时间。耗能阀组支路投入后，内部功率电阻吸收线路故障电流会产生大量热能，每投入一次后需要冷却一定时间后方能执行下一次投入指令。现有耗能装置投入方式是根据电网故障过电压水平连续投入一套耗能装置内的耗能阀组支路，容易导致单个耗能阀组支路电阻短时间内消耗较大的功率而致使温度急剧上升，影响电阻寿命，降低耗能装置整体寿命，影响耗能装置整体可靠性。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种耗能阀组支路分时投入装置及方法，提供优化的耗能阀组投入策略，解决现有投入技术方案中由于投入方式导致的影响耗能装置设备寿命的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案实现：
6.本发明的第一方面提供了一种耗能装置阀组支路分时投入装置，包括控制器、通信接口、存储器和耗能阀组支路；
7.所述控制器用于控制耗能阀组支路按照预定的投切逻辑进行分时投切；
8.所述通信接口用于控制器与换流器控制系统进行通信；
9.所述存储器用于存储耗能阀组各个支路的投切时间、耗能阀组支路设备的电气参数、投入功率和/或散热时间对应关系；
10.同一套耗能装置内部设置有多个并联的耗能阀组支路。
11.进一步的，所述控制器还包括耗能阀组支路控制接口，用于控制每套耗能装置中
耗能阀组单个支路或者多个支路同时投切。
12.进一步的，所述控制器将从所述换流器控制系统接收的投入时间指令t进行分解，依据支路1～n的额定功率、每个支路一定时间周期内的累计投入时间、耗能支路散热模型参数分解为同一套耗能装置内的多个耗能阀组支路的投入时间为t1～tn，t1～tn与t的对应关系为：t＝t1 t2 ... tn。
13.进一步的，所述预定的投切逻辑包括：控制支路1～n依次分别导通t1～tn时间后关断。具体为控制支路1电子开关导通，t1时间后关断；接着控制支路2电子开关导通，t2时间后关断；...，按照该规律依据设定时间导通/关断各耗能阀组支路中的电子开关；
14.在投切耗能阀组支路过程中，实时监测系统线路电压，当线路电压持续低于安全阈值us达到时间ts后判定线路过压故障已消除，自动结束耗能支路投切逻辑。
15.本发明的第二方面提供了一种耗能阀组支路分时投入方法，采用如前所述的耗能阀组支路分时投入装置进行，包括如下步骤：
16.实时监测交流系统或直流系统线路电压；
17.控制器接收换流器控制系统的投入时间指令t；
18.控制器根据预定的投切逻辑、依据支路1～n的额定功率、每个支路一定时间周期内的累计投入时间、耗能支路散热模型参数将投入时间t分解为同一套耗能装置中的多个耗能阀组支路的投入时间为t1～tn，t1～tn与t的对应关系为：t＝t1 t2 ... tn；
19.控制器轮流触发多个和/或多组耗能阀组支路1～n，每个和/或每组耗能支路投入时间分别为t1～tn；
20.当线路电圧持续低于故障电压一定时间后，控制器控制结束全部耗能阀组的投入。
21.进一步的，所述预定的投切逻辑包括：控制支路1～n依次分别导通t1～tn时间后关断。具体为控制支路1电子开关导通，t1时间后关断；接着控制支路2电子开关导通，t2时间后关断；...，按照该规律依据设定时间导通/关断各耗能阀组支路中的电子开关。
22.综上所述，本发明提供了一种耗能阀组支路分时投入装置及方法，该装置包括控制器、通信接口、存储器和耗能阀组支路；控制器用于控制耗能阀组支路按照预定的投切逻辑进行分时投切；通信接口用于控制器与换流器控制系统进行通信；存储器用于存储耗能阀组各个支路的投切时间、耗能阀组支路设备的电气参数、投入功率和/或散热时间对应关系。本发明提出的分时投入装置和方法能够平衡多个耗能阀组支路的投入和散热时间，避免单个支路长时间投入导致的严重发热可能损坏设备的问题，有效提高耗能装置设备运行可靠性。
附图说明
23.图1是本发明实施例的耗能装置在柔性直流输电系统中的位置示意图；
24.图2是本发明实施例的耗能阀组支路分时投入装置的结构框图；
25.图3是本发明实施例的耗能阀组支路分时投入装置的耗能装置内部耗能阀组支路组成示意图；
26.图4是本发明实施例的耗能阀组支路分时投入方法的流程示意图。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
28.本发明提供了一种换流器耗能阀组支路分时投入策略，属于直流输电领域。本策略所涉及的耗能装置由一组或多组耗能阀组支路组成，耗能装置内部使用电阻消耗电网故障能量。如图1所示，耗能装置分为接入送端换流器交流电网系统的交流耗能装置(ac chopper)，以及接入直流线路的直流耗能装置(dc chopper)，当换流器控制系统需要投入耗能装置时，本策略能够根据投入时间指令、电网故障程度、各耗能阀组支路已投入时间等运行数据选择最优的耗能阀组投入策略。本策略方法能够使多个耗能阀组支路的投入更加均衡，有效延长耗能装置的使用寿命，提高耗能装置设备运行可靠性。
29.本发明的第一方面提供了一种耗能阀组支路分时投入装置，适用于装配在交流电网的交流换装置和装配于直流线路的直流耗能装置。如图2所示，该分时投入装置包括控制器、通信接口、存储器和耗能阀组支路；控制器用于控制耗能阀组支路按照预定的投切逻辑进行分时投切；通信接口用于控制器与换流器控制系统进行通信；存储器用于存储耗能阀组各个支路的投切时间、耗能阀组支路设备的电气参数、投入功率和/或散热时间对应关系；同一套耗能装置内部设置有多个并联的耗能阀组支路，如图3所示。
30.首先，耗能装置设计有含有微型计算机的控制器设备，能够执行本优化策略所需的必要的计算任务。
31.其次，控制器设备设计有必要的通信接口，能够与换流器控制系统进行通信，能够实时接收来自换流器控制系统的耗能装置投入指令、线路电压电流数据等数据状态，这些数据将作为耗能装置投切逻辑的计算判据。
32.此外，控制器还配置耗能阀组支路控制接口，能够实现每个耗能阀组单个支路或者多个支路同时投切控制。
33.然后，耗能装置控制器设备能够存储记录耗能阀组各个支路的投切时间、耗能阀组支路设备的电气参数，投入功率与散热时间对应关系等数据，用作投切逻辑的计算判据。
34.最后，耗能装置控制系统设计将换流器控制系统的投入时间指令t分解，分解为同一套耗能装置内的多个耗能阀组支路的投入时间t1～tn，通过控制器输出接口轮流实现多个耗能阀组支路的分时投切，达到多个支路的平衡投入，避免单个支路长时间投入。需要投入某套耗能装置时控制器可以选择其中任何一个耗能阀组支路单独投入，或者选择该套耗能装置内部多个耗能阀组支路同时投入。耗能装置控制器根据电网故障工况和耗能装置各支路已投入功率，优化投入策略，轮流分时投入同一套耗能装置内部的不同耗能阀组支路，平衡各支路投入时间延长耗能装置电阻寿命。
35.进一步的，所述控制器将从所述换流器控制系统接收的投入时间指令t进行分解，依据支路1～n的额定功率、每个支路一定时间周期内的累计投入时间、耗能支路散热模型参数分解为同一套耗能装置内的多个耗能阀组支路的投入时间为t1～tn，t1～tn与t的对应关系为：t＝t1 t2 ... tn。
36.进一步的，所述预定的投切逻辑包括：控制支路1～n依次分别导通t1～tn时间后关
断。具体为控制支路1电子开关导通，t1时间后关断；接着控制支路2电子开关导通，t2时间后关断；...，按照该规律依据设定时间导通/关断各耗能阀组支路中的电子开关达到分时投切的目的。在投切耗能阀组支路过程中，实时监测系统线路电压，当线路电压持续低于安全阈值us达到时间ts后判定线路过压故障已消除，自动结束耗能支路投切逻辑。
37.本发明的第二方面提供了一种耗能阀组支路分时投入方法，采用如前所述的耗能阀组支路分时投入装置进行，如图4所示，包括如下步骤：
38.步骤s100，实时监测交流系统或直流系统线路电压；
39.步骤s200，控制器接收换流器控制系统的投入时间指令t；
40.步骤s300，控制器根据预定的投切逻辑将投入时间t分解为同一套耗能装置中的多个耗能阀组支路的投入时间为t1～tn，t1～tn与t的对应关系为：t＝t1 t2 ... tn；
41.步骤s400，控制器轮流触发多个和/或多组耗能阀组支路1～n，每个和/或每组耗能支路投入时间分别为t1～tn；
42.步骤s500，当线路电圧持续低于故障电压一定时间后，控制器控制结束全部耗能阀组的投入。
43.进一步的，所述预定的投切逻辑包括，控制支路1～n依次分别导通t1～tn时间后关断。具体为控制支路1电子开关导通，t1时间后关断；接着控制支路2电子开关导通，t2时间后关断；...，按照该规律依据设定时间导通/关断各耗能阀组支路中的电子开关达到分时投切的目的。在投切耗能阀组支路过程中，实时监测系统线路电压，当线路电压持续低于安全阈值us达到时间ts后判定线路过压故障已消除，自动结束耗能支路投切逻辑。
44.具体的，耗能装置控制系统设计耗能阀组自保护优化策略，耗能装置控制系统接收换流器控制系统的投入时间指令t，同时监测交流系统或者直流系统线路电压。耗能装置控制系统将投入时间t依据支路1～n的额定功率、每个支路一定时间周期内的累计投入时间、耗能支路散热模型等参数分解为同一套耗能装置内的多个耗能阀组支路的投入时间t1～tn，t1～tn与t的对应关系为：t＝t1 t2 ... tn；
45.接收到投入指令后，耗能装置控制系统轮流触发内部多个和/或多组耗能阀组支路1～n，每个和/或每组耗能支路投入时间分别为t1～tn，投入过程中密切监视电网线路电压，当监视到线路电压持续低于故障电压一定时间后，结束全部耗能阀组的投入。
46.综上所述，本发明提供了一种耗能阀组支路分时投入装置及方法，该装置包括控制器、通信接口、存储器和耗能阀组支路；控制器用于控制耗能阀组支路按照预定的投切逻辑进行分时投切；通信接口用于控制器与换流器控制系统进行通信；存储器用于存储耗能阀组各个支路的投切时间、耗能阀组支路设备的电气参数、投入功率和/或散热时间对应关系。本发明提出的分时投入装置和方法能够平衡多个耗能阀组支路的投入和散热时间，避免单个支路长时间投入导致的严重发热可能损坏设备的问题，有效提高耗能装置设备运行可靠性。
47.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。