КОНТРОЛЬ ПЕРЕДАЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
HIGH VOLTAGE DC CONTROL

Изобретение относится к способу для контроля передачи постоянного тока высокого напряжения между двумя преобразовательными подстанциями и к преобразовательной подстанции для передачи постоянного тока высокого напряжения, выполненной с возможностью осуществления способа.
Электрическая энергия часто передается между сетями переменного типа на большие расстояния с высоким постоянным напряжением, так как передача энергии с постоянным напряжением на большие расстояния по сравнению с передачей энергии с переменным напряжением сопровождается меньшими потерями и является более экономичной. Этот тип передачи энергии обозначается как передача постоянного тока высокого напряжения (ППТВН) по участку передачи постоянного тока высокого напряжения (участку ППТВН).
Для того чтобы соединить участок ППТВН с сетью переменного тока, между сетью переменного тока концом участка ППТВН располагается преобразовательная подстанция, в которой осуществляется преобразование между переменным током и переменным напряжением сети переменного тока и постоянным током и постоянным напряжением ППТВН. При этом передача энергии между сетью переменного тока и участком ППТВН может осуществляться монополярным, симметрично монополярным или биполярным образом. При симметрично монополярной и при биполярной передаче энергии применяются два полюса, причем на одном полюсе приложено высокое напряжение, положительное относительно потенциала заземления, а на другом полюсе приложено высокое напряжение, отрицательное относительно потенциала заземления. При симметрично монополярной передаче энергии оба полюса соединяются через ту же самую преобразовательную подстанцию с сетью переменного тока, при биполярной передаче энергии оба полюса соединяются с сетью переменного тока через различные преобразовательные подстанции.
ППТВН может испытывать негативное воздействие из-за неисправностей по постоянному току. Например, может возникать неисправность, вызванная замыканием на землю, при которой полюс ППТВН соединяется с потенциалом земли. Кроме того, в случае симметрично монополярного ППТВН может возникать неисправность типа “полюс-с-полюсом”, при которой оба полюса замыкаются накоротко. В обоих случаях преобразовательные подстанции ППТВН блокируются и отсоединяются от соответствующей сети переменного тока, если преобразовательные подстанции выполнены по обычной технологии полумостовой схемы. Чтобы снизить нагрузку преобразовательных подстанций и других компонентов ППТВН, в частности линий электропередачи, в таких случаях неисправностей, требуется быстрое распознавание подобных неисправностей по постоянному току, чтобы иметь возможность предотвращать или ограничивать ущерб из-за неисправностей по постоянному току.
В основе изобретения лежит задача, предложить способ для контроля передачи ПТВН и преобразовательную подстанцию для передачи ПТВН, которые усовершенствованы, в частности, в отношении распознавания неисправностей по постоянному току.
Эта задача в соответствии с изобретением решается способом с признаками пункта 1 формулы изобретения и преобразовательной подстанцией с признаками пункта 8 формулы изобретения.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
В соответствующем изобретению способе для контроля  передачи ПТВН между двумя преобразовательными подстанциями задают пороговое значение силы тока для силы тока ППТВН, по меньшей мере одну длину интервала для временных интервалов и для каждой заданной длины интервала пороговое значение изменения для определяемого по временным интервалам длины временного интервала изменения силы тока силы тока ППТВН. Для каждого полюса ППТВН определяют силу тока и для каждой заданной длины интервала - определяемое по временным интервалам длины временного интервала изменение силы тока силы тока. Для каждого полюса ППТВН, величину силы тока сравнивают с заданным пороговым значением силы тока, и для каждой заданной длины интервала, величину определенного изменения силы тока сравнивают с заданным для длины интервала пороговым значением изменения. Делают вывод о неисправности по постоянному току, если величина силы тока по меньшей мере одного полюса больше, чем пороговое значение силы тока, или для длины интервала величина определенного изменения силы тока силы тока по меньшей мере одного полюса больше, чем заданное для длины интервала пороговое значение изменения.
При этом под силой тока полюса понимается сила тока электрического постоянного тока, который протекает в относящейся к этому полюсу линии электропередачи ППТВН. Соответственно далее под током полюса понимается постоянный ток, который протекает в относящейся к этому полюсу линии электропередачи ППТВН.
Соответствующее изобретению определение (регистрация) и оценка силы тока и изменения силы тока каждого полюса ППТВН предпочтительным образом обеспечивает возможность очень быстрого распознавания неисправности по постоянному току, такой как неисправность заземления или неисправность типа “полюс к полюсу”. Тем самым можно очень быстро реагировать на неисправность по постоянному току, чтобы предотвратить или снизить ущерб из-за неисправности по постоянному току, а также уменьшить длительность прерывания ППТВН из-за неисправности по постоянному току. В частности, реактивная мощность для стабилизации сети может предоставляться бесперебойно, и обусловленная неисправностью по постоянному току перегрузка по напряжению для компонентов, которые применяются для ППТВН, в частности, для линий электропередачи ППТВН, снижается, благодаря чему увеличивается срок службы компонентов. Изобретение позволяет, например, возобновлять передачу эффективной мощности при временной неисправности по постоянному току спустя продолжительность прерывания менее чем 800 мс. Кроме того, за счет снижения перегрузки по напряжению можно также снижать запас при выборе параметров изоляции для электрической изоляции линий электропередачи ППТВН.
Вариант осуществления изобретения предусматривает, в случае распознанной неисправности по постоянному току, ток каждого полюса посредством регулирования вентильного преобразователя преобразовательной подстанции, соотнесенного с полюсом, регулируется до нуля. Иными словами, при распознанной неисправности по постоянному току для каждого полюса ППТВН, регулирование вентильного преобразователя преобразовательной подстанции, соотнесенного с полюсом, переключается на регулирование тока, которое регулирует ток полюса до нуля. Тем самым предпочтительным образом обеспечивается возможность быстрого снижения токов неисправности в случае неисправностей по постоянному току.
Другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что, в случае симметрично монополярной ППТВН после регулирования токов полюса до нуля, полюс, заряженный из-за неисправности по постоянному току, разряжается. Этот вариант осуществления изобретения учитывает, что при симметрично монополярной ППТВН в случае неисправности заземления одного полюса, другой полюс заряжается, то есть, что величина приложенного к этому полюсу высокого напряжения возрастает, например, на значение разности напряжений между обоими полюсами в режиме работы в отсутствие неисправности. Изобретение также обеспечивает возможность, в частности, распознавания и устранения несимметричной неисправности заземления симметрично монополярной ППТВН. Например, задают временную длительность регулирования для регулирования токов полюса до нуля, и полюс, заряженный за счет неисправности по постоянному току, по истечении временной длительности регулирования разряжается. Временная длительность регулирования лежит, например, между 100 мс и 500 мс. Соответствующий изобретению разряд заряженного полюса после регулирования токов полюса до нуля предпочтительным образом снижает перегрузку по напряжению компонентов ППТВН, соединенных с заряженным полюсом.
Другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что задают две различные длины интервала для временных интервалов. Например, первая длина интервала лежит между 100 мкс и 500 мкс, а вторая длина интервала лежит между 500 мкс и 2 мс. Этот вариант осуществления изобретения также предусматривает, что изменение силы тока для каждого полюса определяется и оценивается отдельно по временным интервалам двух различных длин интервала. Тем самым учитывается, что неисправности по постоянному току могут вызвать изменения силы тока на различных временных шкалах. Оценка изменения силы тока, определенного по временным интервалам между 100 мкс и 500 мкс, обеспечивает возможность распознавания быстрых изменений силы тока, которые обычно возникают при неисправностях по постоянному току ППТВН. Оценка изменения силы тока, определенного по временным интервалам между 500 мкс и 2 мс обеспечивает возможность распознавания более медленных изменений силы тока, которые обычно возникают при неисправностях по постоянному току ППТВН, в частности, при изменениях со сменой знака силы тока.
Соответствующая изобретению преобразовательная подстанция для ППТВН включает в себя измерительное устройство, которое для каждого полюса ППТВН выполнено с возможностью повторной регистрации силы тока и изменения силы тока силы тока, и блок управления, который выполнен так, чтобы для каждого полюса сравнивать величину силы тока с заданным пороговым значением силы тока и для по меньшей мере одной заданной длины интервала из изменения силы тока силы тока полюса формировать определяемое по временным интервалам длины временного интервала изменение силы тока и сравнивать его величину с заданным для длины интервала пороговым значением изменения, а также делать вывод о неисправности по постоянному току, если величина силы тока по меньшей мере одного полюса больше, чем пороговое значение силы тока, или для длины интервала величина определенного изменения силы тока силы тока по меньшей мере одного полюса больше, чем заданное для длины интервала пороговое значение изменения.
Вариант осуществления соответствующей изобретению преобразовательной подстанции предусматривает, что каждый вентильный преобразователь преобразовательной подстанции выполнен с возможностью формирования противодействующего напряжения, которое противодействует заряду полюса, с которым соотнесен вентильный преобразователь. Например, вентильный преобразователь для этого выполнен как полномостовой вентильный преобразователь или имеет достаточное количество модулей вентильного преобразователя, выполненных по полномостовой схеме. В этом случае блок управления, в частности, выполнен так, чтобы в случае распознанной неисправности по постоянному току регулировать ток каждого полюса посредством регулирования соотнесенного с полюсом вентильного преобразователя преобразовательной подстанции до нуля.
Другой вариант осуществления соответствующей изобретению преобразовательной подстанции предусматривает, что в случае симметрично монополярной ППТВН, блок управления выполнен так, чтобы после регулирования токов полюсов до нуля вызывать разряд полюса, заряженного из-за неисправности по постоянному току. При этом может предусматриваться, что блок управления выполнен так, чтобы регулировать токи полюсов в течение заданной временной длительности регулирования до нуля и вызывать разряд полюса, заряженного из-за неисправности по постоянному току, по истечении временной длительности регулирования.
Каждый вентильный преобразователь преобразовательной подстанции, кроме того, выполнен, например, как автономный вентильный преобразователь (VSC=преобразователь источника напряжения) и/или как модульный многоуровневый вентильный преобразователь.
Соответствующая изобретению преобразовательная подстанция обеспечивает возможность осуществления соответствующего изобретению способа. Поэтому преимущества соответствующей изобретению преобразовательной подстанции соответствуют вышеупомянутым преимуществам соответствующего изобретению способа и отдельно здесь не излагаются еще раз.
Вышеописанные свойства, признаки и преимущества настоящего изобретения, а также то, каким образом они достигаются, становятся более ясно и четко понятными в связи с последующим описанием примеров выполнения, которые более подробно поясняются во взаимосвязи с чертежами, на которых показано следующее:
Фиг. 1 - схематичное представление двух преобразовательных подстанций и ППТВН-участка ППТВН между двумя сетями переменного тока,
Фиг. 2 - блок-схема последовательности операций способа для контроля  передачи ПТВН,
Фиг. 3 - блок-схема для оценки силы тока и изменения силы тока полюса ППТВН,
Фиг. 4 - профили силы тока ППТВН в месте расположения первой преобразовательной подстанции и запускающего сигнала первой преобразовательной подстанции в случае неисправности по постоянному току,
Фиг. 5 - профили силы тока ППТВН в месте расположения второй преобразовательной подстанции и запускающего сигнала второй преобразовательной подстанции в случае неисправности по постоянному току.
Соответствующие друг другу части на чертежах снабжены одними и теми же ссылочными позициями.
Фиг. 1 схематично показывает две преобразовательные подстанции 1, 2 ППТВН, которые соединены друг с другом на стороне постоянного тока через участок 3 ППТВН. Первая преобразовательная подстанция 1 соединена на стороне переменного тока с первой сетью 5 переменного тока. Вторая преобразовательная подстанция 2 со стороны переменного тока соединена со второй сетью 6 переменного тока.
ППТВН выполнена симметрично монополярной с первым полюсом 7 и вторым полюсом 8. участок 3 ППТВН имеет для первого полюса 7 первую линию 9 электропередачи, а для второго полюса 8 вторую линию 10 электропередачи.
Каждая преобразовательная подстанция 1, 2 содержит блок 11 вентильных преобразователей, измерительное устройство 13 и блок 15 управления.
Каждый блок 11 вентильных преобразователей содержит для каждого полюса 7, 8 автономный вентильный преобразователь, который используется в зависимости от направления передачи энергии как выпрямитель для преобразования переменного тока и переменного напряжения соответствующей сети 5, 6 переменного тока в постоянный ток и постоянное напряжение ППТВН или как инвертор для преобразования постоянного тока и постоянного напряжения ППТВН в переменный ток и переменное напряжение соответствующей сети 5, 6 переменного тока и выполнен, например, как модульный многоуровневый вентильный преобразователь.
1
1
2
2
Измерительное устройство 13 каждой преобразовательной подстанции 1, 2 выполнено так, чтобы для первого полюса 7 ППТВН регистрировать первую силу тока I и первое изменение  силы тока первой силы тока I и для второго полюса 8 ППТВН регистрировать вторую силу тока I и второе изменение  силы тока второй силы тока Iв месте расположения соответствующей преобразовательной подстанции 1, 2.
Каждый блок 15 управления выполнен так, чтобы выполнять этапы S3-S6 способа, описанного со ссылкой на фиг. 2.
Фиг. 2 показывает блок-схему последовательности операций примера выполнения соответствующего изобретению способа для контроля  передачи ПТВН между обеими преобразовательными подстанциями 1, 2 с этапами S1-S6 способа. Способ выполняется каждой преобразовательной подстанцией 1, 2 независимо от другой преобразовательной подстанции 1, 2, то есть описываемые далее этапы S1-S6 способа относятся соответственно к преобразовательной подстанции 1, 2 и ее блоку 11 вентильных преобразователей, измерительному устройству 13 и блоку 15 управления.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
На первом этапе S1 способа задают пороговое значение L1 силы тока для сил тока I, I полюсов 7, 8, две различные длины интервала T, T для временных интервалов и для каждой заданной длины интервала T, T пороговое значение L2, L3 изменения для определяемого по временным интервалам длины интервала T, T изменения силы тока каждой силы тока I, I. Например, первая длина интервала T лежит между 100 мкс und 500 мкс, и вторая длина интервала T лежит между 500 мкс и 2 мс.
1
2
1
2
На втором этапе S2 способа, измерительное устройство 13 для каждого полюса 7, 8 ППТВН регистрирует силу тока I, I и изменение  силы тока силы тока I, I.
1
2
1
2
1
2
1
2
На третьем этапе S3 способа, блок 15 управления для каждой заданной длины интервала T, T из зарегистрированного на втором этапе S2 способа измерительным устройством 13 изменения İ, İ силы тока силы тока I, I каждого полюса 7, 8 формирует изменение силы тока, определяемое по временным интервалам длины интервала T, T.
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
На четвертом этапе S4 способа блок 15 управления для каждого полюса 7, 8 сравнивает величину силы тока I, I, зарегистрированной на втором этапе S2 способа измерительным устройством 13, с пороговым значением L1 силы тока, заданным на первом этапе S1 способа. Кроме того, на четвертом этапе S4 способа, блок 15 управления для каждого полюса 7, 8 и для каждой заданной длины интервала T, T сравнивает величину определенного изменения силы тока, сформированную на третьем этапе S3 способа, с пороговым значением L2, L3 изменения, заданным на первом этапе S1 способа для длины интервала T, T. Если величина силы тока I, I по меньшей мере одного полюса 7, 8 больше, чем пороговое значение L1 силы тока, или для длины интервала T, T величина определенного изменения силы тока силы тока I, I по меньшей мере одного полюса 7, 8 больше, чем пороговое значение L2, L3 изменения, заданное для длины интервала T, T, то делается вывод о неисправности по постоянному току, и способ продолжается на пятом этапе S5 способа. В противном случае, способ продолжается на втором этапе S2 способа.
1
1
1
1
Фиг. 3 показывает блок-схему для осуществления этапов S3 и S4 для первого полюса 7. Первая сила тока I, зарегистрированная на втором этапе S2 способа, подается на формирователь 20 величины, который формирует величину первой силы тока I. Величина первой силы тока I сравнивается блоком 22 сравнения с пороговым значением L1 силы тока. Если величина первой силы тока I больше, чем пороговое значение L1 силы тока, то блок 22 сравнения выдает в качестве выходного сигнала единицу на первую схему ИЛИ 24, в противном случае блок 22 сравнения выдает в качестве выходного сигнала нуль на первую схему ИЛИ 24.
1
1
1
Первое изменение силы тока I, зарегистрированное на втором этапе S2 способа подается, соответственно, на первый блок 26 оценки и второй блок 28 оценки. Первый блок 26 оценки определяет первое изменение İ силы тока на временном интервале первой длины интервала T и сравнивает величину определенного первого изменения силы тока с первым пороговым значением L2 изменения. Если величина определенного первого изменения силы тока больше, чем первое пороговое значение L2 изменения, то первый блок 26 оценки выдает в качестве выходного сигнала единицу на вторую схему ИЛИ 30, в противном случае первый блок 26 оценки выдает в качестве выходного сигнала нуль на вторую схему ИЛИ 30.
1
2
Соответственно, второй блок 28 оценки определяет первое изменение İ силы тока на временном интервале второй длины интервала T и сравнивает величину определенного первого изменения силы тока со вторым пороговым значением L3 изменения. Если величина определенного первого изменения силы тока больше, чем второе пороговое значение L3 изменения, то второй блок 28 оценки выдает в качестве выходного сигнала единицу на вторую схему ИЛИ 30, в противном случае второй блок 28 оценки выдает в качестве выходного сигнала нуль на вторую схему ИЛИ 30.
1
1
2
Выходной сигнал второй схемы ИЛИ 30 подается на первую схему ИЛИ 24. Поэтому первая схема ИЛИ 24 выдает в качестве запускающего сигнала S единицу, если величина первой силы тока I больше, чем пороговое значение L1 силы тока, или величина определенного по временному интервалу первой длины интервала T первого изменения силы тока больше, чем первое пороговое значение L2 изменения, или величина определенного по временному интервалу второй длины интервала T первого изменения силы тока больше, чем второе пороговое значение L3 изменения. В противном случае, первая схема ИЛИ 24 выдает нуль в качестве запускающего сигнала S.
Формирователь 20 величины, блок 22 сравнения, схемы ИЛИ 24, 30 и блоки 26, 28 оценки могут быть выполнены как аппаратные компоненты блока 15 управления или как программные этапы программного обеспечения, исполняемого блоком 15 управления.
На пятом этапе S5 способа, ток каждого полюса 7, 8 регулируется блоком 15 управления посредством регулирования соотнесенного с полюсом 7, 8 вентильного преобразователя преобразовательной подстанции 1, 2 до нуля. Регулирование запускается, когда запускающий сигнал S блока 15 управления принимает значение, равное единице.
1
Фиг. 4 и 5 показывают в качестве примера профили первой силы тока I в местах расположения преобразовательных подстанций 1, 2 и запускающих сигналов S преобразовательных подстанций 1, 2 в случае неисправности заземления первого полюса 7. При этом принималось, что вентильные преобразователи блока 11 вентильного преобразователя первой преобразовательной подстанции 1 эксплуатируются как выпрямители, вентильные преобразователи блока 11 вентильного преобразователя второй преобразовательной подстанции 2 эксплуатируются как инверторы, и неисправность заземления возникает вблизи второй преобразовательной подстанции 2.
1
1
1
1
2
1
2
2
1
Фиг. 4 показывает профиль первой силы тока I в месте расположения первой преобразовательной подстанции 1 и профиль запускающего сигнала S первой преобразовательной подстанции 1. Неисправность заземления обуславливает нарастание первой силы тока I в месте расположения первой преобразовательной подстанции 1, начиная с первого момента времени t. Первая преобразовательная подстанция 1 регистрирует это нарастание и реагирует на него согласно этапам S2-S5 способа. Регулирование первой силы тока I до нуля посредством первой преобразовательной подстанции 1 согласно пятому этапу S5 способа начинается во второй момент времени t, в который запускающий сигнал S первой преобразовательной подстанции 1 принимает значение единицы. Между первым моментом времени tи вторым моментом времени t лежит время реакции порядка, например, 500 мкс. После второго момента времени t, первая сила тока I сначала снижается за счет регулирования, причем она меняет знак, затем снова медленно возрастает и приближается к значению нуля.
1
1
3
1
4
2
3
Фиг. 5 показывает профиль первой силы тока I в месте расположения второй преобразовательной подстанции 2 и профиль запускающего сигнала S второй преобразовательной подстанции 2. Неисправность заземления обуславливает в месте расположения второй преобразовательной подстанции 2 спад первой силы тока I начиная с третьего момента времени t, который лежит перед первым моментом времени t, так как неисправность заземления возникает вблизи второй преобразовательной подстанции 2 и поэтому сказывается скорее в ее месте расположения, чем в месте расположения первой преобразовательной подстанции 1. Соответственно, вторая преобразовательная подстанция 2 реагирует на неисправность заземления в четвертый момент времени t, который лежит перед вторым моментом времени t и, например, спустя 500 мкс после третьего момента времени t.
В случае, если из-за неисправности по постоянному току один из полюсов 1, 2 заряжается, блок 15 управления на шестом этапе S6 способа вызывает разряд заряженного полюса 1, 2. Например, для этого временная длительность регулирования для регулирования токов полюсов 7, 8 задается на пятом этапе S5 способа, и шестой этап S6 способа выполняется по истечении временной длительности регулирования. Временная длительность регулирования лежит, например, между 100 мс и 500 мс.
Хотя изобретение было детально проиллюстрировано и описано посредством предпочтительных примеров выполнения, изобретение не ограничивается раскрытыми примерами, и специалист в данной области техники сможет вывести на этой основе другие варианты, без отклонения от объема защиты изобретения.
Список ссылочных позиций
1, 2 Преобразовательная подстанция
3 участок ППТВН
5, 6 Сеть переменного тока
7, 8 Полюс
9, 10 Линия электропередачи
11 Блок вентильного преобразователя
13 Измерительное устройство
15 Блок управления
20 Формирователь величины
22 Блок сравнения
24, 30 Схема ИЛИ
26, 28 Блок оценки
1
2
I, I Сила тока
1
2
İ, İИзменение силы тока
L1 Пороговое значение силы тока
L2, L3 Пороговое значение изменения
S Запускающий сигнал
S1-S6 Этап способа
t Время
1
4
t-t Момент времени
1
2
T, T Длина интервала