同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制方法和系统

摘要

本发明涉及一种同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制方法和系统，当当前直流回路的两极中任一极为大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块向当前直流回路发出电流限制指令；当当前直流回路为金属回线运行方式，且当前直流回路的运行模式为双回功率控制模式或者对侧直流回路两极中任一极为处于双回功率控制模式的大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块向当前直流回路发出电流限制指令；当检测到电流限制指令，且直流回路为单极大地回线运行方式或两极电流不平衡的双极大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块将直流回路的频率限制控制调制量上限置零，这样可以快速有效地降低接地极入地电流。

说明书

技术领域

本发明涉及直流输电技术领域，特别是涉及一种同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制方法和系统。

背景技术

高压直流输电技术在远距离大容量输电以及电力系统联网方面具有无感抗、无同步问题等优势，在同塔双回直流输电系统中，运行接线方式包括大地回线运行方式和金属回线运行方式，大地回线运行方式采用由大地构成的电流返回通路，金属回线运行方式采用地电位电流返回通路，可以避免直流电流流经大地。同塔双回直流中包括两条直流回路，每条直流回路包括两个极，主要的运行接线方式有：两回直流双极运行方式；一回直流双极运行，一回直流单极大地回线运行方式；一回直流双极运行，一回直流单极金属回线运行方式；两回直流单极金属回线运行方式；一回直流单极大地运行，一回直流单极金属回线运行方式；两回直流单极大地回线运行方式；单回直流双极运行方式；单回直流单极大地回线运行方式；单回直流单极金属回线运行方式等。同塔双回直流中的运行模式包括单极电流控制模式、双极功率控制模式和双极/双回功率控制模式(简称双回功率控制模式)，双回功率控制模式表示该极既处于双极功率控制模式且已投入双回功率控制。同塔双回直流输电控制系统包括系统层、极控制层以及换流单元控制层，系统控制层是直流输电控制系统的最高级，极控制层是直流控制系统的中间级，是负责联系系统控制层和换流单元控制层的中间环节，换流单元控制层是比极控制层更低的控制层，也是直流控制系统的最低级，该控制层负责接收极控制层的电流指令，再通过各种调节器进行运算、处理，将触发脉冲指令发送给阀基电子设备。

接地极是同塔双回直流输电系统的重要组成部分，正常工况下直流系统以双极大地回线运行，通过接地极以大地作为电流返回通路，同塔双回直流中配置了接地极电流限制功能模块，对接地极入地总电流进行限制，当入地总电流达到限值时，同塔双回直流将发出报警并执行功率回降，使接地极入地电流降至安全水平。接地极电流限制功能模块包含自动和手动两种方式，自动方式(参数默认设置)依据接地极设计参数配置，当接地极入地电流超过设计安全值时自动限流以保证接地极的安全运行。根据接地极设计参数要求，接地极电流限制功能模块的参数为：一段定值为4610A(3s时间)，二段定值为3903A(30天时间)，即接地极入地电流在4610A可以运行3s时间，在3903A可以长期运行。手动方式(参数需要人为设置)可由运行人员在后台界面进行功能的投退及接地极长期限值的设定，即手动方式下可对二段进行设置。当手动方式未投入时，以自动限值进行限制；当手动方式投入时，长期限值(二段定值)以自动限值即手动限值的最小值作为限值依据。手动方式也是通过控制程序来自动实现电流限制的，手动方式可以人工投退该限制功能并设置参数。

当直流系统发生单极闭锁时，剩余一极将以单极大地回线方式运行，此时强大的直流电流将经过接地极注入大地，对于同塔双回直流输电工程，在发生同名极双极闭锁时，流入大地的电流将翻一番，长时间的入地大电流将对直流系统附近的油气管道和交流变压器等产生影响，危及油气管道和交流变压器的安全运行。

发明内容

基于此，有必要针对传统同塔双回直流输电系统中出现的接地极入地电流过大造成直流输电系统附近的油气管道和交流变压器无法安全运行的问题，提供一种可以快速有效地降低接地极入地电流的同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制方法和系统。

一种同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制方法，包括步骤：

获取同塔双回直流中直流回路的运行接线方式以及运行模式；

当当前直流回路的两极中任一极的运行接线方式为大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块向当前直流回路发出电流限制指令；

当当前直流回路的运行接线方式为金属回线运行方式，且当前直流回路的运行模式为双回功率控制模式或者当前回路的对侧直流回路两极中任一极的运行接线方式为处于双回功率控制模式的大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块向当前直流回路发出电流限制指令；

当检测到电流限制指令，且直流回路的运行接线方式为单极大地回线运行方式或两极电流不平衡的双极大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块将直流回路的频率限制控制调制量上限置零。

一种同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制系统，包括：

信息获取模块，用于获取同塔双回直流中直流回路的运行接线方式以及运行模式；

第一电流限制指令模块，用于当当前直流回路的两极中任一极的运行接线方式为大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块向当前直流回路发出电流限制指令；

第二电流限制指令模块，用于当当前直流回路的运行接线方式为金属回线运行方式，且当前直流回路的运行模式为双回功率控制模式或者当前回路的对侧直流回路两极中任一极的运行接线方式为处于双回功率控制模式的大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块向当前直流回路发出电流限制指令；

上限置零模块，用于当检测到电流限制指令，且直流回路的运行接线方式为单极大地回线运行方式或两极电流不平衡的双极大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块将直流回路的频率限制控制调制量上限置零。

上述同塔双回直流中接地极电流限制功能模块的控制方法和系统，当当前直流回路的两极中任一极为大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块向当前直流回路发出电流限制指令，这样可以确保在双回直流闭锁3极剩余最后1极或单回直流闭锁1极剩余最后1极时，若接地极入地电流超过限值，则接地极电流限制功能模块将激活并将接地极入地电流限制至安全值；当当前直流回路为金属回线运行方式，且当前直流回路的运行模式为双回功率控制模式或者对侧直流回路两极中任一极为处于双回功率控制模式的大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块向当前直流回路发出电流限制指令，这样可以避免一直流回路金属回线运行方式、另一直流回路大地回线运行方式下，直流回路一极闭锁后，剩余双回功率控制极出现功率振荡；当检测到电流限制指令，且直流回路为单极大地回线运行方式或两极电流不平衡的双极大地回线运行方式时，控制电流限制模块将直流回路的频率限制控制调制量上限置零，这样可以避免由于接地极电流限制功能模块动作，双回功率控制模式将进行功率分配，于是运行极功率开始上升，引起接地极入地电流再次超过限值，根据上述控制逻辑控制接地极电流限制功能模块，可以有效确保接地极电流限制功能模块动作的正确性，快速有效地降低接地极入地电流，提高同塔双回直流运行的稳定性。

附图说明

图1为一个实施例中同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制方法的流程示意图；

图2为一个实施例中同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制方法中同塔双回直流整流侧的示意图；

图3为一个实施例中同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制系统的结构示意图；

图4为一个实施例中同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

在一个实施例中，如图1所示，一种同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制方法，包括步骤：

S100，获取同塔双回直流中直流回路的运行接线方式以及运行模式。

同塔双回直流的整流侧结构示意图如图2所示，包括两条直流回路(直流回1和直流回2)，每回包括两极(直流回1包括回1极1和回1极2，直流回2包括回2极1和回2极2)，每回直流都有1个接地极引线(图中的IDEE_T1和IDEE_T2)，流过IDEE_T1和IDEE_T2的就是该回的接地极电流，最后通过1个接地极引线汇总至接地极，流过接地极的电流即图中的IDEE(＝IDEE_T1+IDEE_T2)。正常情况下，每回直流双极平衡运行，流过接地极的电流为0，当直流回1的正极(回1极1)发生故障停运了，那么IDEE_T1就等于直流回1的负极(回1极2)流过的电流。

同塔双回直流主要的运行接线方式包括：两回直流双极运行方式；一回直流双极运行，一回直流单极大地回线运行方式；一回直流双极运行，一回直流单极金属回线运行方式；两回直流单极金属回线运行方式；一回直流单极大地运行，一回直流单极金属回线运行方式；两回直流单极大地回线运行方式；单回直流双极运行方式；单回直流单极大地回线运行方式；单回直流单极金属回线运行方式。同塔双回直流中的运行模式包括单极电流控制模式、双极功率控制模式和双回功率控制模式，双回功率控制模式表示该极既处于双极功率控制模式且已投入双回功率控制。

S200，当当前直流回路的两极中任一极的运行接线方式为大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块向当前直流回路发出电流限制指令。

接地极电流限制功能模块的原有控制逻辑如下：当两回直流中存在同名极大地回线运行方式时才允许接地极电流限制功能模块起效，即当回1极1和回2极1的运行接线方式同时为大地回线运行方式或回1极2和回2极2的运行接线方式同时为大地回线运行方式时才允许接地极电流限制功能模块起效。在这样的控制逻辑下，当双回直流闭锁3极剩余最后1极或单回直流闭锁1极剩余最后1极时，电流限制功能将不起作用，单极大地回线运行方式时电流限制功能也不起作用，然而根据实际现场对接地极入地电流的限制要求，在单极大地回线运行方式时也需要允许接地极电流限制功能模块对接地极入地电流进行限制。修改后的控制逻辑，在双回直流闭锁3极剩余最后1极或单回直流闭锁1极剩余最后1极或单极大地回线运行方式时，若接地极入地电流超过限制(1200A)，则接地极电流限制功能模块将激活并将接地极入地电流限制至1200A以下。

S300，当当前直流回路的运行接线方式为金属回线运行方式，且当前直流回路的运行模式为双回功率控制模式或者当前回路的对侧直流回路两极中任一极的运行接线方式为处于双回功率控制模式的大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块向当前直流回路发出电流限制指令。

当同塔双回直流回路中的其中一回处于金属回线运行方式时，即使接地极电流限制功能模块动作，也不会向本回发出接地极电流限制指令，只有当该回存在大地回线运行极时才会向本回发出电流限制指令。因此在某些特定工况下(如直流回1双极运行、直流回2单极金属回线运行)，若直流回1一极闭锁，且剩余极处于双回功率控制模式时，则接地极电流限制功能模块动作后将限制指令发送给直流回1；而直流回2因为处于单极金属回线运行方式，无法收到电流限制指令进行功率限制处理，所以当接地极电流限制功能模块通过降直流回1的运行极功率使接地极入地电流降至限制值以下后，由于两回处于双回功率控制模式，双回功率控制将进行功率分配，于是直流回1的运行极功率开始上升，当超过接地极电流限值时，引起接地极电流限制功能模块再次动作，如此重复之前的过程，从而出现功率振荡现象。

S400，当检测到电流限制指令，且直流回路的运行接线方式为单极大地回线运行方式或两极电流不平衡的双极大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块将直流回路的频率限制控制调制量上限置零。

当检测到接地极电流限制功能模块发出的电流限制指令，对处于单极大地回线运行方式或两极电流不平衡的双极大地回线运行方式的直流回路，该直流回路的频率限制控制调制量上限将被限制为0，以使其在接地极电流限制功能模块动作时不会因为频率调制而升高功率并引起接地极入地电流再次越限。单个直流回路中两极电流不平衡的判断标准为该回两极的电流之差>本回的电流限制指令值，比如流过直流回1的极1电流4800A，流过直流回1的极2电流2600A，那么直流回1两极的电流之差即为2200A，而接地极电流限制功能模块对直流回1发出电流限制指令的限值为1200A，此时，直流回1两极的电流之差2200A>直流回1的电流限制指令值1200A，因此，可以判定直流回1中两极电流不平衡。

上述同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制方法，当当前直流回路的两极中任一极为大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块向当前直流回路发出电流限制指令，这样可以确保在双回直流闭锁3极剩余最后1极或单回直流闭锁1极剩余最后1极时，若接地极入地电流超过限值，则接地极电流限制功能模块将激活并将接地极入地电流限制至安全值；当当前直流回路为金属回线运行方式，且当前直流回路的运行模式为双回功率控制模式或者对侧直流回路两极中任一极为处于双回功率控制模式的大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块向当前直流回路发出电流限制指令，这样可以避免一直流回路金属回线运行方式、另一直流回路大地回线运行方式下，直流回路一极闭锁后，剩余双回功率控制极出现功率振荡；当检测到电流限制指令，且直流回路为单极大地回线运行方式或两极电流不平衡的双极大地回线运行方式时，控制电流限制模块将直流回路的频率限制控制调制量上限置零，这样可以避免由于接地极电流限制功能模块动作，双回功率控制模式将进行功率分配，于是运行极功率开始上升，引起接地极入地电流再次超过限值，根据上述控制逻辑控制接地极电流限制功能模块，可以有效确保接地极电流限制功能模块动作的正确性，快速有效地降低接地极入地电流，提高同塔双回直流运行的稳定性。

在一个实施例中，同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制方法，当检测到电流限制指令，且直流回路的运行接线方式为单极大地回线运行方式或两极电流不平衡的双极大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块将直流回路的频率限制控制调制量上限置零的步骤之后还包括：

当检测到电流限制指令，且直流回路的运行接线方式为单极金属回线运行方式或两极电流平衡的双极大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块将所述直流回路的频率限制控制调制量上限置零；

当检测到电流限制指令动作完成信号，且直流回路的运行接线方式为单极金属回线运行方式或两极电流平衡的双极大地回线运行方式或直流回路双极均不运行时，控制接地极电流限制功能模块将直流回路的频率限制控制调制量上限取消置零。

其中，单个直流回路中两极电流平衡的判断标准为该回两极的电流之差<本回的电流限制指令值-150A，比如流过直流回1的极1电流3200A，流过直流回1的极2电流2600A，那么直流回1两极的电流之差即为600A，而接地极电流限制功能模块对直流回1发出电流限制指令的限值为1200A，此时，直流回1两极的电流之差600A<直流回1的电流限制指令值1200A-150A，因此，可以判定直流回1中两极电流平衡。

在一个实施例中，同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制方法，当检测到电流限制指令，且直流回路的运行接线方式为单极大地回线运行方式或两极电流不平衡的双极大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块将直流回路的频率限制控制调制量上限置零的步骤之后还包括：

将电流限制指令的展宽时间设置为0.2秒，电流限制指令的间隔时间设置为1秒。

接地极电流限制功能模块的原有控制逻辑中，动作间隔时间为10秒，一段的动作信号展宽时间为1秒，二段的动作信号展宽时间为5秒，接地极电流限制功能模块发出电流限制指令即动作信号，基于电流限制功能动作的快速性考虑，将电流限制指令的展宽时间设置为0.2秒，电流限制指令的间隔时间设置为1秒。

在另一个实施例中，同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制方法，当检测到电流限制指令，且直流回路的运行接线方式为单极大地回线运行方式或两极电流不平衡的双极大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块将直流回路的频率限制控制调制量上限置零的步骤之后还包括：

当直流回路中仅单个直流回路的运行模式为双回功率控制模式时，将直流回路的功率参考值设置为双回总功率参考值与另一直流回路不包含频率限制控制调制量功率参考值的差值，这样设置可以优化同塔双回直流接地极电流限制功能模块的频率限制逻辑。

在一个实施例中，同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制方法，当检测到电流限制指令，且直流回路的运行接线方式为单极大地回线运行方式或两极电流不平衡的双极大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块将直流回路的频率限制控制调制量上限置零的步骤之后还包括：

当接地极电流限制功能模块退出时，接地极电流限制功能模块的一段电流定值为4610A，时间定值设置为300ms；接地极电流限制功能模块的二段电流定值为3903A，时间定值设置为3200ms。

接地极电流限制功能模块的参数设置原来为：一段定值为4610A(3s时间)，二段定值为3903A(30天时间)，即接地极入地电流在4610A可以运行3s时间，在3903A可以长期运行。优化的接地极电流限制功能模块控制方法中，接地极电流限制功能模块可以在后台监控系统的保护定值界面通过整定定值来实现接地极电流限制功能模块的投退，具体可以是整定为0时表示接地极电流限制功能模块退出，整定为1时表示接地极电流限制功能模块投入；当接地极电流限制功能模块退出时，一段电流定值为4610A，时间定值为300毫秒，二段电流定值为3903A，时间定值为3200ms；接地极电流限制功能模块投入时，电流定值和时间定值可单独整定。

在一个实施例中，如图3所示，一种同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制系统，包括：

信息获取模块100，用于获取同塔双回直流中直流回路的运行接线方式以及运行模式；

第一电流限制指令模块200，用于当当前直流回路的两极中任一极的运行接线方式为大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块向当前直流回路发出电流限制指令；

第二电流限制指令模块300，用于当当前直流回路的运行接线方式为金属回线运行方式，且当前直流回路的运行模式为双回功率控制模式或者当前回路的对侧直流回路两极中任一极的运行接线方式为处于双回功率控制模式的大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块向当前直流回路发出电流限制指令；

上限置零模块400，用于当检测到电流限制指令，且直流回路的运行接线方式为单极大地回线运行方式或两极电流不平衡的双极大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块将直流回路的频率限制控制调制量上限置零。

上述同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制系统，当当前直流回路的两极中任一极为大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块向当前直流回路发出电流限制指令，这样可以确保在双回直流闭锁3极剩余最后1极或单回直流闭锁1极剩余最后1极时，若接地极入地电流超过限值，则接地极电流限制功能模块将激活并将接地极入地电流限制至安全值；当当前直流回路为金属回线运行方式，且当前直流回路的运行模式为双回功率控制模式或者对侧直流回路两极中任一极为处于双回功率控制模式的大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块向当前直流回路发出电流限制指令，这样可以避免一直流回路金属回线运行方式、另一直流回路大地回线运行方式下，直流回路一极闭锁后，剩余双回功率控制极出现功率振荡；当检测到电流限制指令，且直流回路为单极大地回线运行方式或两极电流不平衡的双极大地回线运行方式时，控制电流限制模块将直流回路的频率限制控制调制量上限置零，这样可以避免由于接地极电流限制功能模块动作，双回功率控制模式将进行功率分配，于是运行极功率开始上升，引起接地极入地电流再次超过限值，根据上述控制逻辑控制接地极电流限制功能模块，可以有效确保接地极电流限制功能模块动作的正确性，快速有效地降低接地极入地电流，提高同塔双回直流运行的稳定性。

在一个实施例中，同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制系统，上限置零模块之后还包括置零执行模块，用于当检测到电流限制指令，且直流回路的运行接线方式为单极金属回线运行方式或两极电流平衡的双极大地回线运行方式时，控制接地极电流限制功能模块将直流回路的频率限制控制调制量上限置零；

以及置零取消模块，用于当检测到电流限制指令动作完成信号，且直流回路的运行接线方式为单极金属回线运行方式或两极电流平衡的双极大地回线运行方式或直流回路双极均不运行时，控制接地极电流限制功能模块将直流回路的频率限制控制调制量上限取消置零。

在一个实施例中，同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制系统，上限置零模块之后还包括时间设置模块，用于将电流限制指令的展宽时间设置为0.2秒，电流限制指令的间隔时间设置为1秒。

在一个实施例中，同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制系统，上限置零模块之后还包括功率设置模块，用于当直流回路中仅单个直流回路的运行模式为双回功率控制模式时，将直流回路的功率参考值设置为双回总功率参考值与另一直流回路不包含频率限制控制调制量功率参考值的差值。

在一个实施例中，同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制系统，上限置零模块之后还包括定值设置模块，用于当接地极电流限制功能模块退出时，接地极电流限制功能模块的一段电流定值为4610A，时间定值设置为300ms；接地极电流限制功能模块的二段电流定值为3903A，时间定值设置为3200ms。

在一个实施例中，如图4所示，同塔双回直流输电系统中，若该回的接地极电流限制功能模块的动作信号未出现，则其FLC(Frequency Limit Control，频率限制控制)功能的输出不受影响；若在该回的接地极电流限制功能模块动作信号出现过程中及动作完成信号返回后，对处于单极大地回线运行方式的直流回路，该回的FLC调制分配量上限将被限制为0，以使其在接地极电流限制功能模块动作时不会因为FLC动作而升高功率并引起接地极电流再次越限，该过程中FLC负向输出不受影响；在该回的接地极电流限制功能模块动作信号出现过程中，如处于双极大地回线运行方式的直流回路两极电流接近平衡或处于单极金属回线运行方式的直流回路，该回的FLC调制分配量上限将被限制为0；在该回的接地极电流限制功能模块动作完成信号返回后，其FLC正向输出可以正常输出并调整该回的直流功率，该过程中FLC负向输出不受影响；在该回的接地极电流限制功能模块动作信号出现过程中，如处于双极大地回线运行方式的直流回路两极电流不平衡过大，该回的FLC调制分配量上限也将被限制为0，以避免该回因为FLC动作而升高功率并引起接地极电流再次越限，该过程中FLC负向输出不受影响。进一步地，对于由于接地极电流限制功能模块动作并引起FLC调制分配量上限被限制为0的直流回路，其上限恢复开放的条件为该回进入以下三种情况中的任一种：1)该回处于双极大地回线运行方式且两极电流接近平衡；2)该回进入单极金属回线运行方式；3)该回双极均不运行。具体地，当某一直流回路中两极的电流指令的差值<本回接地极电流限制指令值-150A时，则该直流回路中两极电流接近平衡；当某一直流回路中两极的电流指令的差值>本回接地极电流限制指令值时，则该直流回路中两极电流不平衡过大。进一步地，将接地极电流限制功能模块一段的动作信号展宽时间由1秒改为0.2秒，将接地极电流限制功能模块二段的动作信号展宽时间由5秒改为0.2秒，同时将接地极电流限制功能模块的动作间隔时间由10秒改为1秒。更进一步地，当同塔双回直流中各极均为单极电流控制模式时，FLC功能也允许起效；如果只有一回投入双回功率控制，则该回功率参考值为双回总功率参考值减去另一回不包含频率限制控制调制量功率值的差值。

上述同塔双回直流接地极电流限制功能模块的控制方法，根据直流输电工程的运行需要，通过优化接地极电流限制功能模块的控制逻辑，解决了直流系统在单极大地回线运行方式时存在入地大电流的难题，实现了自动快速有效地降低接地极入地电流，满足了工程应用的需求。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。