孔德煜

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電網(wǎng)的建設(shè)也面臨著越來越多的挑戰(zhàn)，高壓直流輸電以其顯著的技術(shù)優(yōu)勢，在大容量遠(yuǎn)距離電力輸送、大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電并網(wǎng)等方面起到越來越重要的作用，成為構(gòu)建我國堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要技術(shù)手段。高壓直流斷路器保障了多端高壓直流輸電的可靠性、靈活性、連續(xù)性，高壓直流斷路器作為高壓直流輸電的核心、關(guān)鍵設(shè)備，其信息需要實時被監(jiān)視。準(zhǔn)確獲得斷路器運行狀態(tài)信息及故障狀態(tài)下的故障信息是系統(tǒng)對保護(hù)裝置的要求，高壓直流斷路器監(jiān)視系統(tǒng)的可行性和可靠性至關(guān)重要，本文設(shè)計了一種用于高壓直流斷路器的監(jiān)視系統(tǒng)，為高壓直流斷路器的穩(wěn)定運行提供了有力保障。

關(guān)鍵詞：直流輸電;直流斷路器;監(jiān)視系統(tǒng)

1概述

本文設(shè)計了一種用于高壓直流斷路器的監(jiān)視系統(tǒng)，高壓直流斷路器監(jiān)視系統(tǒng)作為高壓直流斷路器的關(guān)鍵設(shè)備之一，能夠?qū)崟r監(jiān)控斷路器的狀態(tài)和信息，在故障狀態(tài)下及時、準(zhǔn)確獲得故障信息，及時進(jìn)行故障機(jī)理的分析進(jìn)而進(jìn)行修復(fù)，保證斷路器安全可靠穩(wěn)定的運行。

2方案設(shè)計

高壓直流斷路器的監(jiān)視系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

斷路器監(jiān)視系統(tǒng)包括上位機(jī)PC設(shè)備和下位機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)機(jī)箱。斷路器監(jiān)視系統(tǒng)分為斷路器監(jiān)視系統(tǒng)A、斷路器監(jiān)視系統(tǒng)B，分別處理高壓直流斷路器 A系統(tǒng)與B系統(tǒng)的狀態(tài)信息。斷路器監(jiān)視系統(tǒng)A和斷路器監(jiān)視系統(tǒng)B均接收GPS進(jìn)行對時，斷路器監(jiān)視系統(tǒng)產(chǎn)生的所有信息以該GPS時鐘作為標(biāo)準(zhǔn)時鐘源。

2.1 數(shù)據(jù)處理

斷路器監(jiān)視系統(tǒng)接收高壓直流斷路器控制保護(hù)單元傳送的快速開關(guān)電容電壓值、OCT的模擬量信息、高壓直流斷路器閥控單元傳送的子模塊電壓信息，并分析記錄子模塊電容電壓最大值，將這些模擬量信息作為遙測量通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口發(fā)給上位機(jī)進(jìn)行顯示。

斷路器監(jiān)視系統(tǒng)接收來自高壓直流斷路器控制保護(hù)單元、機(jī)械開關(guān)、閥控單元、OCT的狀態(tài)信息位及子模塊狀態(tài)信息位，打上時標(biāo)進(jìn)行緩沖，然后狀態(tài)信息位與上一次接收到的各狀態(tài)信息位依次進(jìn)行比較，檢查變位情況，如果該狀態(tài)位發(fā)生變位，則生成對應(yīng)的事件，打時標(biāo)，入事件緩沖區(qū)等待發(fā)送，并將新的信息狀態(tài)位存儲記錄。處理器檢查待發(fā)送模擬量、SOE（Sequence Of Event，簡稱SOE）事件緩沖區(qū)的狀態(tài)，按照進(jìn)入存儲區(qū)的順序向上位機(jī)發(fā)送由該機(jī)箱處理產(chǎn)生的帶有時標(biāo)的模擬量及SOE事件信息，SOE數(shù)據(jù)幀內(nèi)容包含事件時標(biāo)與事件內(nèi)容。將高壓直流斷路器控制保護(hù)單元、機(jī)械開關(guān)、閥控單元、OCT及子模塊狀態(tài)信息作為遙信量通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口上傳到上位機(jī)進(jìn)行顯示。

斷路器監(jiān)視系統(tǒng)采用FPGA+PowerPC作為核心處理器件，主要用于緩存和轉(zhuǎn)發(fā)事件，F(xiàn)PGA主要負(fù)責(zé)底層的外部通信處理、狀態(tài)位變位、接受時標(biāo)、更新狀態(tài)存儲區(qū)、檢測斷路器監(jiān)視系統(tǒng)自身通信狀態(tài)，以及子模塊編號、子模塊分段編號的添加，PowerPC負(fù)責(zé)事件緩存以及向上位機(jī)發(fā)送事件。

斷路器監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計有手動錄波和自動錄波的功能，當(dāng)接收到上位機(jī)的錄波命令時，對解析后的狀態(tài)信息及電壓信息進(jìn)行錄波操作，并生成錄波文件，然后將錄波文件通過以太網(wǎng)上傳到上位機(jī)。另外，敏感事件的生成會啟動自動錄波。

2.2 人機(jī)交互界面

斷路器監(jiān)視系統(tǒng)下位機(jī)監(jiān)視單元機(jī)箱與上位機(jī)PC設(shè)備之間采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口，遙測遙信量上傳、SOE事件上傳、錄波上傳通過不同的線程，相對獨立，減少了互相之間的影響，提高了處理效率，保證了斷路器監(jiān)視系統(tǒng)的實時性。

高壓直流斷路器監(jiān)視系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控界面主要包括：

（1）主畫面：主要顯示斷路器主電路拓?fù)洹嗦菲骱祥l狀態(tài)、快速機(jī)械開關(guān)狀態(tài)、極線電流、主支路電流、轉(zhuǎn)移支路分段電容電壓和等信息。

（2）VBC監(jiān)視界面：主要顯示VBC狀態(tài)及子模塊電容電壓值等信息。

（3）子模塊狀態(tài)監(jiān)測界面：主要顯示主支路子模塊當(dāng)前狀態(tài)和歷史狀態(tài)、轉(zhuǎn)移支路子模塊當(dāng)前狀態(tài)和歷史狀態(tài)等信息。

（4）機(jī)械開關(guān)信息顯示界面：主要顯示機(jī)械開關(guān)極柱狀態(tài)、機(jī)械開關(guān)故障狀態(tài)、機(jī)械開關(guān)電容電壓值等信息。

（5）實時事件信息顯示界面：主要顯示實時事件類型、來源及內(nèi)容等信息。

（6）歷史事件信息查詢顯示界面：可根據(jù)查詢參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行歷史事件信息查詢，查詢參數(shù)包含“選擇日期時間”、“選擇查詢類型”、“選擇查詢內(nèi)容”、“選擇事件類型”共4類。

（7）故障錄波顯示界面：可以顯示模擬量和數(shù)字量的波形，錄波的采樣間隔是50us，錄波時間長度為0.2s，錄波文件采用.mat、.txt、.excel等格式，可以被MATLAB等軟件直接繪制出圖形，予以離線分析。

3結(jié)論

本文提出的高壓直流斷路器監(jiān)視系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測子模塊電容電壓，計算并顯示出子模塊電容電壓最大值，便于操作人員分析記錄每次關(guān)斷電流過程中子模塊動態(tài)均壓效果;能夠記錄各子模塊的事件順序、事件信息、閥基控制設(shè)備SOE事件信息和控制保護(hù)單元SOE事件信息;能夠?qū)ψ幽K電容電壓以及主支路電流、線路電流、機(jī)械開關(guān)電容電壓等進(jìn)行錄波，為離線分析提供了條件;實時監(jiān)視斷路器的分合及運行狀態(tài)的信息，在故障情況下能夠及時、準(zhǔn)確獲取斷路器所有組件的狀態(tài)信息和故障程度，以及斷路器整體的故障信息，用于故障機(jī)理的分析進(jìn)而進(jìn)行修復(fù);采用數(shù)據(jù)庫記錄，實現(xiàn)SOE事件快速記錄與歷史查詢。采用FPGA +PowerPC作為核心處理器件，工作范圍分工配合明確，責(zé)任清晰，設(shè)計簡單可靠，為高壓直流斷路器的穩(wěn)定運行提供了有力保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]舟山多端柔性直流輸電工程綜述[J]. 高強(qiáng)，林燁，黃立超，羅偉. ?電網(wǎng)與清潔能源. 2015（02）

[2]多端直流輸電與直流電網(wǎng)技術(shù)[J]. 湯廣福，羅湘，魏曉光. ?中國電機(jī)工程學(xué)報. 2013（10）

[3]電流轉(zhuǎn)移型高壓直流斷路器[J]. 許烽，江道灼，黃曉明，陸翌，裘鵬. ?電力系統(tǒng)自動化. 2016（21）

[4]柔性直流輸電網(wǎng)用新型高壓直流斷路器設(shè)計方案[J]. 魏曉光，高沖，羅湘，周萬迪，吳亞楠. ?電力系統(tǒng)自動化. 2013（15）

[5]一種限流式混合直流斷路器方案[J]. 江道灼，張弛，鄭歡，葉李心，嚴(yán)玉婷. ?電力系統(tǒng)自動化. 2014（04）

[6]直流電網(wǎng)在中國的應(yīng)用前景分析[J]. 溫家良，吳銳，彭暢，王宇. ?中國電機(jī)工程學(xué)報. 2012（13）

[7]舟山多端柔性直流輸電工程系統(tǒng)設(shè)計[J]. 李亞男，蔣維勇，余世峰，鄒欣. ?高電壓技術(shù). 2014（08）

[8]一種限流式混合直流斷路器方案[J]. 江道灼，張弛，鄭歡，葉李心，嚴(yán)玉婷. ?電力系統(tǒng)自動化. 2014（04）

[9]A new hybrid multi-level voltage-source converter with DC fault blocking capa-bility. Merlin M M C，Green T C，Mitcheson P D，et al. 9th IET International Conference on AC and DC Power Transmission . 2010

[10]A new hybrid voltage-sourced converter for HVDC power transmission. Trainer D R，Critchley D R，Davidson C C，et a1. CIGRE Session . 2010

作者簡介：

孔德煜 （1990-），女，碩士研究生，中級工程師，中國礦業(yè)大學(xué)（北京），研究方向為電力電子與電力傳動。