[發明專利]應用于四斷口串聯斷路器的信號傳輸時鐘同步的補償方法

在審

• 申請號: 201810091352.0
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108418235A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 張杰;程林;江翼;蘇丹;廖敏夫;段雄英;劉志恒
• 申請（專利權）人: 國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司;國網河北省電力公司;大連理工大學
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02J3/18;H02H7/26
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張惠玲

本發明屬于四斷口智能斷路器分合閘操作同步控制領域，具體的說是應用于四斷口串聯斷路器的信號傳輸時鐘同步的補償方法，包括：根據當前報文的每個主時鐘上的時間戳和從時鐘上的時間戳，得到對應歸一化的正向排隊時延和歸一化的反向排隊時延；根據當前報文的歸一化的正向排隊時延和歸一化的反向排隊時延，得到對應時鐘瞬時不對稱偏移；將當前報文時鐘瞬時不對稱偏移通過指數加權移動平均濾波器，得到對應時鐘瞬時不對稱偏移的平均值；通過當前報文的時鐘瞬時不對稱偏移的平均值，得到當前報文的時鐘偏移；根據各時鐘偏移，對四斷口串聯斷路器的信號傳輸時間進行補償。

技術領域

本發明屬于四斷口智能斷路器分合閘操作同步控制領域，具體的說是應用于四斷口串聯斷路器的信號傳輸時鐘同步的補償方法。

背景技術

在高壓直流輸電系統中，遠距離輸電環節是直流電，發電與用電系統仍然是交流電。隨著直流輸送容量不斷增加，直流落點越來越密集，需要引入直流分層接入技術，即將逆變側的高端和低端換流器分別接入不同電壓等級的交流系統，相應的無功設備也會分層接入不同電壓等級，高低端換流變及相應無功設備將通過交流主變或交流系統形成環網。高壓直流輸電的核心設備是換流器，其實現了交直流電相互轉換。直流系統中換流器工作時會消耗大量無功功率。因此，對于交流側來說，換流站不僅是負荷，同時也是諧波電流源，會使交流電流、電壓波形發生畸變，出現一系列高次諧波。所以換流站內必須設置有大容量的交流濾波器，用以提供無功和濾除諧波。連接交流濾波器的智能斷路器作用是執行投切濾波器的任務，以便在無功控制調節下能夠正確地給換流器提供無功補償，如圖1所示。由于投切不同容量、參數組的智能斷路器電負荷不同，投切大容量組濾波器時對智能斷路器的切斷能力及分合閘的同步性能要求提出了很高的要求。

為滿足特高壓絕緣耐壓、電流分斷能力及分合閘的同步性能，高壓直流輸電系統采用的四斷口智能斷路器，其結構如圖2所示。

智能斷路器引入了采用網絡驅動跳閘的要求，同時要規定網絡跳閘的時間。智能斷路器的分合閘時間是以斷路器自身的能力決定的，當一個控制命令以串行通信的方式被接收時，從裝置開始接收這個通行命令幀的第一個二進制碼開始，直到斷路器熄弧完成。相比于傳統的斷路器操作時間，智能斷路器增加了通信命令接收，并轉換成操作脈沖的時間，智能斷路器的總的動作時間是斷路器本身的動作時間加上通信的處理時間。該斷路器動作時間在許多場合是十分重要的，例如在高壓輸電網的穩定計算，常常會計算出在某種工況下，如果120μs后切除故障，電網是穩定的，如果130μs后才能切除故障，電網穩定可能遭到破壞。

在智能變電站通信體系結構中，作為數字化接口的一次設備，智能斷路器位于過程層。通信網絡結構見圖3。基于IEC61850標準，站控層實現了一體化信息建模及配置。智能斷路器通過傳遞開關信息的GOOSE子網實現開關量信號采集傳輸及分合閘功能，實時性要求高。

智能斷路器的一個重要功能是分合閘相角控制，實現斷路器選相合閘和同步分斷。斷路器的同步分斷指控制斷路器不同相別的弧觸頭在各自相電流為零時實現分斷，從根本上解決過電壓問題，并大幅度提高斷路器的開斷能力。要實現四斷口串聯斷路器同步控制，需要精確計算出控制信號在電壓或電流零點之前的最佳發出時間。因此，在對斷路器本身的動作時間準確測量的基礎上，還應精確掌握智能變電站通信報文的處理時間。要實現同步分斷應具備以下3個條件：1、有足夠高的初始分閘速度，動觸頭在1-2ms內達到能可靠滅弧的開距；2、觸頭分離時刻應在過零前某個時刻，對應原斷路器首開相最小燃弧時間；3、過零點可靠檢測及觸發信號的適時給出。

傳播延遲的不對稱性已成為解決時鐘同步問題的一個重大挑戰。網絡計時機制中邊界時鐘(boundary clock,BC)和透明時鐘(transparent clock,TC)在以下2種情況下可消除延遲的不對稱性。第1種情況，可變排隊延遲的正向和反向路徑引起的不對稱；第2種情況，通過定時數據包在每個方向以不同的路徑造成的不對稱性。值得注意的是，時間支持機制(BC和TC)由于網絡元素之間不同的物理鏈路，不能糾正延遲的不對稱性，因此通過一個校準流程尤為必要。