基于柔性直流輸電的mmc換流閥控制裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于柔性直流輸電的MMC換流閥控制裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)柔性直流輸電作為近年來興起的高壓直流輸電技術(shù)，因其具有無需無功補(bǔ)償和電網(wǎng)支撐換相、開關(guān)損耗小、容量升級(jí)方便，并且輸出電壓諧波含量低等優(yōu)勢(shì)，得到越來越廣泛的應(yīng)用。
[0003]模塊化多電平換流器的原理拓?fù)浜?jiǎn)圖如圖1所示，三個(gè)相單元并聯(lián)形成直流母線，每個(gè)相單元包括兩個(gè)橋臂，分別為上橋臂和下橋臂，因此，每個(gè)換流器包括有6個(gè)橋臂；橋臂也稱為直流輸電系統(tǒng)中的換流閥(converter valve);每個(gè)橋臂由η個(gè)規(guī)格相同的子模塊SM (submodule)和一個(gè)電抗Ltl串聯(lián)組成，具有受控單向?qū)ㄌ匦浴Ｆ涔ぷ髟頌?控制裝置通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)制方式，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，進(jìn)而控制每個(gè)子模塊SM的導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)三相多電平交流電壓的輸出和直流電壓的維持。
[0004]在柔性直流工程中，換流器作為系統(tǒng)的核心部件，是影響整個(gè)換流系統(tǒng)性能、運(yùn)行方式、設(shè)備成本及運(yùn)行損耗等的關(guān)鍵因素。換流器控制裝置是換流器的核心硬件平臺(tái)，與算法軟件配合，擔(dān)負(fù)協(xié)調(diào)控制整個(gè)換流器可靠工作的重要任務(wù)。
[0005]隨著新能源并網(wǎng)及孤島輸電等需要增加，柔性直流工程容量越來越大，電壓等級(jí)越來越高，需要的橋臂耐壓值提高，由于每個(gè)橋臂由η個(gè)規(guī)格相同的子模塊SM組成，導(dǎo)致控制裝置需要控制的子模塊數(shù)量上升，需要控制的子模塊SM數(shù)量非常多，甚至多達(dá)兩千個(gè)左右。因此，控制裝置需要在一個(gè)控制周期內(nèi)，同時(shí)控制兩千個(gè)左右的子模塊SM，根據(jù)系統(tǒng)需要，控制周期往往只有幾十到幾百毫秒，所以對(duì)控制裝置的通訊及運(yùn)算等能力提出了較高的要求，而傳統(tǒng)控制器難以滿足上述要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種基于柔性直流輸電的MMC換流閥控制裝置及控制方法，可有效解決上述問題。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]本發(fā)明提供一種基于柔性直流輸電的MMC換流閥控制裝置，所述MMC換流閥控制裝置包括三級(jí)控制系統(tǒng)，分別為:第一級(jí)控制系統(tǒng)、第二級(jí)控制系統(tǒng)和第三級(jí)控制系統(tǒng)；
[0009]其中，所述第一級(jí)控制系統(tǒng)包括主控箱Α、接口箱Α、主控箱B和接口箱B ;所述第二級(jí)控制系統(tǒng)包括運(yùn)算箱Α、運(yùn)算箱B和錄播箱；所述第三級(jí)控制系統(tǒng)包括若干個(gè)脈沖箱；
[0010]所述主控箱Α、所述接口箱A和所述運(yùn)算箱A組成第I換流閥控制系統(tǒng)；所述主控箱A的第I接口與所述接口箱A雙向通信；所述主控箱A的第2接口與所述運(yùn)算箱A的第I接口雙向通信；所述運(yùn)算箱A的第2接口與所述錄播箱雙向通信；所述運(yùn)算箱A的第3接口與各個(gè)所述脈沖箱雙向通信；
[0011]所述主控箱B、所述接口箱B和所述運(yùn)算箱B組成第2換流閥控制系統(tǒng)；所述主控箱B的第I接口與所述接口箱B雙向通信；所述主控箱B的第2接口與所述運(yùn)算箱B的第I接口雙向通信；所述運(yùn)算箱B的第2接口與所述錄播箱雙向通信；所述運(yùn)算箱B的第3接口與各個(gè)所述脈沖箱雙向通信；
[0012]此外，所述主控箱A和所述主控箱B雙向通信，由此使所述第I換流閥控制系統(tǒng)和所述第2換流閥控制系統(tǒng)構(gòu)成雙冗余熱備份體系。
[0013]優(yōu)選的，所述主控箱A和所述接口箱A之間采用多芯屏蔽線連接；所述主控箱A和所述運(yùn)算箱A之間、所述運(yùn)算箱A和各個(gè)所述脈沖箱之間均采用光纖通信方式，通信協(xié)議為SR1 ;所述主控箱B和所述接口箱B之間、所述主控箱B和所述運(yùn)算箱B之間、所述運(yùn)算箱B和各個(gè)所述脈沖箱之間均采用光纖通信方式，通信協(xié)議為SR10。
[0014]優(yōu)選的，所述主控箱A、所述運(yùn)算箱A和所述脈沖箱均包括雙冗余供電電源以及若干個(gè)功能板卡組成。
[0015]優(yōu)選的，所述主控箱A所包括的功能板卡包括五類，分別為:主控板卡、第I擴(kuò)展板卡、輸入輸出板卡、錄播板卡以及通訊板卡；所述主控板卡分別與所述第I擴(kuò)展板卡、所述輸入輸出板卡、所述通訊板卡以及所述錄播板卡通信連接；其中，所述第I擴(kuò)展板卡用于與運(yùn)算箱A通訊連接；所述通訊板卡用于與上級(jí)系統(tǒng)通信連接；所述輸入輸出板卡用于與若干個(gè)I/O接口連接；所述錄播板卡用于存儲(chǔ)和顯示所述主控板卡傳輸?shù)男畔ⅲ?br>[0016]所述運(yùn)算箱A所包括的功能板卡包括四類，分別為:運(yùn)算板卡、通訊板卡和第2擴(kuò)展板卡；所述運(yùn)算板卡通過所述第2擴(kuò)展板卡與所述主控箱A的第I擴(kuò)展板卡進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸通信；所述運(yùn)算板卡的設(shè)置數(shù)量為6組，每組所述運(yùn)算板卡對(duì)應(yīng)模塊化多電平換流器中的一個(gè)橋臂，用于與所述脈沖箱中用于采集或控制一個(gè)橋臂的所有脈沖板通信，具體為:用于唯一對(duì)所述橋臂的狀態(tài)信息進(jìn)行解算，或者，用于唯一對(duì)所述主控箱A向該橋臂下發(fā)的控制指令進(jìn)行解算；所述通訊板卡用于將所述運(yùn)算板卡解算到的相關(guān)信息存儲(chǔ)到所述錄播箱；
[0017]所述脈沖箱所包括的功能板卡包括兩類，分別為:擴(kuò)展板卡及6-12塊脈沖板；1塊所述脈沖板對(duì)應(yīng)所述橋臂中的1-8個(gè)子模塊SM，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)所述子模塊SM投入、切除的控制，或者，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述子模塊SM運(yùn)行狀態(tài)信息的采集；所述擴(kuò)展板卡用于將一個(gè)脈沖箱所包含的所有脈沖板進(jìn)行匯總，并連接到所述運(yùn)算箱A的對(duì)應(yīng)運(yùn)算板卡上，實(shí)現(xiàn)與所述運(yùn)算箱A進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸通信。
[0018]優(yōu)選的，每個(gè)所述功能板卡均包括:主處理器、輔助處理器、時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)、電源系統(tǒng)、背板電源、背板通訊接口和至少一個(gè)功能接口電路；
[0019]所述背板電源通過所述電源系統(tǒng)分別向所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)、所述輔助處理器和所述主處理器供電；
[0020]所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)分別與所述主處理器和所述輔助處理器連接，用于提供所述主處理器和所述輔助處理器的工作時(shí)鐘；
[0021]所述主處理器和所述輔助處理器之間通過雙向通訊；所述輔助處理器還與所述背板通訊接口雙向通信；所述功能接口電路分別與所述主處理器和所述輔助處理器雙向通信；其工作原理為:所述功能接口電路同時(shí)向所述主處理器和所述輔助處理器上傳待處理數(shù)據(jù)；所述主處理器和所述輔助處理器協(xié)同工作，所述主處理器用于進(jìn)行高速浮點(diǎn)運(yùn)算；所述輔助處理器用于進(jìn)行通信處理以及進(jìn)行輔助運(yùn)算處理。
[0022]優(yōu)選的，所述主處理器為DSP ;所述輔助處理器為FPGA ;所述功能接口電路為網(wǎng)口、485/CAN通訊接口、光電輸出驅(qū)動(dòng)電路和/或1接口。
[0023]本發(fā)明還提供一種基于柔性直流輸電的MMC換流閥控制方法，包括子模塊SM工作狀態(tài)采集流程和子模塊SM工作狀態(tài)控制流程:
[0024]所述子模塊SM工作狀態(tài)采集流程包括以下步驟:
[0025]SI，同一脈沖箱由若干個(gè)脈沖板和擴(kuò)展板卡組成；每個(gè)脈沖板與1-8個(gè)子模塊SM連接，所述脈沖板采集各個(gè)所述子模塊SM的工作狀態(tài)信息，并將各個(gè)所述子模塊SM的工作狀態(tài)信息上傳給所述擴(kuò)展板卡；
[0026]所述擴(kuò)展板卡匯總同一脈沖箱所對(duì)應(yīng)的所有子模塊SM的工作狀態(tài)信息，并將所述同一脈沖箱所對(duì)應(yīng)的所有子模塊SM的工作狀態(tài)信息分別上傳給運(yùn)算箱A的一塊運(yùn)算板卡和運(yùn)算箱B的一塊運(yùn)算板卡；
[0027]S2，所述運(yùn)算箱A共配置有6組運(yùn)算板卡，每組所述運(yùn)算板卡對(duì)應(yīng)一個(gè)橋臂，每組所述運(yùn)算板卡和屬于同一橋臂的多個(gè)脈沖箱連接，用于接收來自各個(gè)所述脈沖箱的所有子模塊SM的工作狀態(tài)信息，并對(duì)所述同一橋臂所對(duì)應(yīng)的所有子模塊SM的工作狀態(tài)信息進(jìn)行預(yù)處理，濾除干擾，通過算法統(tǒng)計(jì)得到對(duì)應(yīng)橋臂的工作狀