專利名稱：控制系統(tǒng)、閥基控制設(shè)備和子模塊一體化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的電力電子直流輸電領(lǐng)域，具體涉及閥基控制設(shè)備、控制系 統(tǒng)和子模塊一體化方法。
背景技術(shù)：
模塊化多電平換流器由多個(gè)子模塊串聯(lián)組成，需要根據(jù)電容電壓及子模塊工作狀 態(tài)對(duì)單獨(dú)的子模塊進(jìn)行不同的實(shí)時(shí)投切控制，電平數(shù)越多，實(shí)時(shí)控制周期越短，電容電壓平 衡控制越難實(shí)現(xiàn)。由于子模塊包括子模塊控制器、IGBT、保護(hù)晶閘管和旁路開(kāi)關(guān)組件，而傳 統(tǒng)直流輸電閥基電子設(shè)備僅為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，除了閥監(jiān)視及保護(hù)功能，不具備對(duì)不同子模塊的 實(shí)時(shí)控制能力，已經(jīng)不能滿足模塊化柔性直流輸電閥的控制保護(hù)要求，所以需要一種具有 實(shí)時(shí)控制保護(hù)功能的設(shè)備滿足模塊化多電平柔性直流輸電的要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是設(shè)計(jì)一種控制系統(tǒng)、閥基控 制設(shè)備和子模塊一體化的方法，可以完成模塊化多電平柔性直流閥的實(shí)時(shí)控制及保護(hù)功 能。本發(fā)明提供的控制系統(tǒng)、閥基控制設(shè)備和子模塊一體化方法，所述控制系統(tǒng)包括 控制單元，所述子模塊(SM)包括子模塊控制器(SMC)、IGBT、晶閘管和旁路開(kāi)關(guān)，其改進(jìn)之 處在于所述閥基控制設(shè)備包括屏柜，所述屏柜設(shè)有供電單元、電流控制單元和橋臂控制 單元；用光纖依次將所述控制系統(tǒng)的所述控制單元、所述閥基控制設(shè)備的所述電流控制 單元、所述閥基控制設(shè)備的所述橋臂控制單元和所述子模塊的所述子模塊控制器的接口連接。本發(fā)明提供的第一優(yōu)選方案的一體化的方法，其改進(jìn)之處在于分別在所述閥基 控制設(shè)備與所述子模塊控制器之間、所述控制系統(tǒng)與所述閥基控制設(shè)備之間設(shè)置信號(hào)反饋 通道。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選方案的一體化的方法，其改進(jìn)之處在于將所述光纖的通 信方式設(shè)為基于CRC校驗(yàn)的反曼徹斯特編碼形式。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選方案的一體化的方法，其改進(jìn)之處在于對(duì)所述電流控制 單元采用電流平衡控制所述橋臂控制單元，所述橋臂控制單元采用電壓平衡控制所述子模 塊。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選方案的一體化的方法，其改進(jìn)之處在于所述閥基控制設(shè) 備和所述控制系統(tǒng)之間設(shè)置4根光纖。本發(fā)明提供的第五優(yōu)選方案的一體化的方法，其改進(jìn)之處在于所述閥基控制設(shè) 備和所述子模塊之間設(shè)置2根光纖。
本發(fā)明提供的較優(yōu)選方案的一體化的方法，其改進(jìn)之處在于所述閥基控制設(shè)備 和所述控制系統(tǒng)之間設(shè)置4根光纖。本發(fā)明提供的另一優(yōu)選方案的一體化的方法，其改進(jìn)之處在于所述閥基控制設(shè) 備和所述子模塊之間設(shè)置2根光纖。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明中的閥基控制設(shè)備作為模塊化多電平柔性直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)和子模 塊控制器之間的接口設(shè)備，可以完成模塊化多電平柔性直流閥的實(shí)時(shí)控制及保護(hù)功能。本發(fā)明采取電流控制單元和橋臂控制單元架構(gòu)，電流控制單元實(shí)現(xiàn)了換流器極電 流平衡控制、橋臂過(guò)流保護(hù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)匯總功能，橋臂控制單元實(shí)現(xiàn)閥子模塊實(shí)時(shí)控制保護(hù) 功能，所有功能單元采取相同的硬件架構(gòu)，可靈活組合，適用性強(qiáng)；還可使得系統(tǒng)級(jí)的電流 平衡控制和閥級(jí)的電容電壓平衡控制分工明確，同時(shí)使得閥級(jí)大量的有效數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)橋臂控 制單元處理后送至電流控制單元，電流控制單元再根據(jù)上層控制系統(tǒng)需要反饋的信息進(jìn)行 有效地篩選，這種并行預(yù)處理加數(shù)據(jù)匯總的方式可以大大提高運(yùn)算速度，從而滿足模塊化 多電平實(shí)時(shí)控制的需要。本發(fā)明增加了控制系統(tǒng)和閥基控制設(shè)備之間，閥基控制設(shè)備與子模塊控制器之間 單根光纖的信息量，從而大大降低了光纖數(shù)量。本發(fā)明采用基于CRC校驗(yàn)的反曼徹斯特編碼方式的同步串行通信，克服了傳統(tǒng)脈 沖編碼易受干擾、數(shù)據(jù)信息少、信道利用率低的缺點(diǎn)，降低了系統(tǒng)控制延時(shí)，提高了數(shù)據(jù)吞 吐量和數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性及可靠性。


圖1為本發(fā)明提供的閥基控制設(shè)備硬件配置示意圖；圖2為本發(fā)明提供的控制系統(tǒng)、閥基控制設(shè)備及子模塊控制器接口原理示意圖；圖3為本發(fā)明提供的基于CRC校驗(yàn)的反曼徹斯特編碼形式示意圖；圖4為本發(fā)明提供的閥基控制設(shè)備內(nèi)部硬件架構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式閥基控制設(shè)備是模塊化多電平柔性直流輸電控制保護(hù)系統(tǒng)和換流閥的接口設(shè)備， 主要用于完成閥的控制、監(jiān)視和保護(hù)。每當(dāng)控制保護(hù)系統(tǒng)下發(fā)閥的控制命令時(shí)，閥基控制設(shè) 備就根據(jù)該命令投切或者旁路換流閥。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。圖1中，閥基控制設(shè)備采取電流控制單元和橋臂控制單元的硬件架構(gòu)，共由兩面 屏柜組成，Al、Bl為兩個(gè)獨(dú)立的電流控制單元，A2至A4，B2至B4為6個(gè)獨(dú)立的橋臂控制單 元，A5、B5為兩個(gè)獨(dú)立的供電單元，2個(gè)電流控制單元實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)電流平衡控制、橋臂電流 和電壓保護(hù)，負(fù)責(zé)6個(gè)橋臂控制單元的控制保護(hù)及數(shù)據(jù)匯總處理，6個(gè)橋臂控制單元實(shí)現(xiàn)閥 層電壓平衡控制，負(fù)責(zé)所有閥層子模塊的控制保護(hù)及數(shù)據(jù)匯總處理。圖2中，閥基控制設(shè)備分別與上層控制系統(tǒng)和閥層子模塊控制器(SMC)接口。閥 基控制設(shè)備充分利用與上層控制系統(tǒng)信道資源，通過(guò)四根光纖通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，數(shù)據(jù)分 為控制命令、實(shí)時(shí)反饋信息、測(cè)量信息、事件反饋信息四類。閥基控制設(shè)備與下層SMC通過(guò)兩根光纖通信，分別為子模塊觸發(fā)命令和子模塊狀態(tài)反饋信息。閥基控制設(shè)備將接收到的 控制命令處理后，轉(zhuǎn)化為每個(gè)子模塊不同的投切命令下發(fā)給SMC，SMC在收到閥基控制設(shè)備 控制指令后將子模塊的實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋給閥基控制設(shè)備以待進(jìn)行下一次處理。所有通信接口 為基于CRC校驗(yàn)的反曼徹斯特編碼形式的光纖串行通信方式。圖3中，閥基控制設(shè)備、上層控制系統(tǒng)及SMC光纖通信采取的基于CRC校驗(yàn)的反 曼徹斯特編碼形式，其一幀由起始符、1至16個(gè)可選16位字節(jié)數(shù)據(jù)、CRC校驗(yàn)碼組成，圖中 的一幀以3個(gè)16位字節(jié)數(shù)據(jù)為例，3個(gè)16位字節(jié)數(shù)據(jù)表示有效信息，此信息既可以是數(shù)據(jù) 信息，也可以是開(kāi)關(guān)量信息，實(shí)際使用中，可以根據(jù)數(shù)據(jù)量大小及通信速率靈活選擇數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。圖4中，閥基控制設(shè)備內(nèi)部，電流控制單元負(fù)責(zé)與上層控制保護(hù)接口，橋臂控制單 元負(fù)責(zé)與閥層SMC接口。電流控制單元負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)同步所有橋臂控制單元，橋臂控制單元負(fù) 責(zé)一個(gè)橋臂上N個(gè)子模塊的控制保護(hù)(對(duì)于N+1電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō))。電流控制單元接收上級(jí)控制保護(hù)系統(tǒng)控制保護(hù)命令，并進(jìn)行電流平衡控制后發(fā)出 電壓參考命令給6個(gè)橋臂控制單元，橋臂控制單元經(jīng)過(guò)電壓平衡控制后將子模塊的觸發(fā)命 令發(fā)送給SMC實(shí)時(shí)投切子模塊，實(shí)現(xiàn)N+1電平的輸出。電流控制單元與每個(gè)橋臂控制單元僅通過(guò)兩根光纖實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，所有通信接口 為基于CRC校驗(yàn)的反曼徹斯特編碼形式的光纖通信方式。最后應(yīng)該說(shuō)明的是結(jié)合上述實(shí)施例僅說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制。所 屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解到本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修 改或者等同替換，但這些修改或變更均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.控制系統(tǒng)、閥基控制設(shè)備和子模塊一體化方法，所述控制系統(tǒng)包括控制單元，所述子 模塊包括子模塊控制器、IGBT、晶閘管和旁路開(kāi)關(guān)，其特征在于所述閥基控制設(shè)備包括屏柜，所述屏柜設(shè)有供電單元、電流控制單元和橋臂控制單元；用光纖依次將所述控制系統(tǒng)的所述控制單元、所述閥基控制設(shè)備的所述電流控制單 元、所閥基控制設(shè)備的所述橋臂控制單元和所述子模塊的所述子模塊控制器的接口連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一體化的方法，其特征在于分別在所述閥基控制設(shè)備與所述 子模塊控制器之間、所述控制系統(tǒng)與所述閥基控制設(shè)備之間設(shè)置信號(hào)反饋通道。
3.如權(quán)利要求1所述的一體化的方法，其特征在于將所述光纖的通信方式設(shè)為基于 CRC校驗(yàn)的反曼徹斯特編碼形式。
4.如權(quán)利要求1所述的一體化的方法，其特征在于對(duì)所述電流控制單元采用電流平 衡控制所述橋臂控制單元，所述橋臂控制單元采用電壓平衡控制所述子模塊。
5.如權(quán)利要求1所述的一體化的方法，其特征在于所述閥基控制設(shè)備和所述控制系 統(tǒng)之間設(shè)置4根光纖。
6.如權(quán)利要求1所述的一體化的方法，其特征在于所述閥基控制設(shè)備和所述子模塊 之間設(shè)置2根光纖。
7.如權(quán)利要求2所述的一體化的方法，其特征在于所述閥基控制設(shè)備和所述控制系 統(tǒng)之間設(shè)置4根光纖。
8.如權(quán)利要求2所述的一體化的方法，其特征在于所述閥基控制設(shè)備和所述子模塊 之間設(shè)置2根光纖。
全文摘要
本發(fā)明提供的控制系統(tǒng)、閥基控制設(shè)備和子模塊一體化方法，閥基控制設(shè)備由對(duì)稱的兩個(gè)屏柜組成，屏柜設(shè)有供電單元、電流控制單元和橋臂控制單元；閥基控制設(shè)備、控制系統(tǒng)和子模塊的控制器通過(guò)光纖連接。所有通信接口為基于CRC校驗(yàn)的反曼徹斯特編碼形式的光纖串行通信方式，大大提高了數(shù)據(jù)吞吐量，降低了系統(tǒng)控制延時(shí)，可以完成模塊化多電平柔性直流閥的實(shí)時(shí)控制及保護(hù)功能。本發(fā)明采取電流控制單元和橋臂控制單元的硬件架構(gòu)，使得系統(tǒng)級(jí)的電流平衡控制和閥級(jí)的電容電壓平衡控制分工明確，滿足模塊化多電平實(shí)時(shí)控制的需要。
文檔編號(hào)H02J1/00GK102130452SQ20111006330
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者張新剛, 楊岳峰, 王韌秋, 賀之淵, 高陽(yáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院