專(zhuān)利名稱(chēng)：適用于大容量mmc柔性直流輸電系統(tǒng)的橋臂匯總保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高壓大容量柔性直流輸電換流器的控制領(lǐng)域，具體涉及一種適用于大容量MMC柔性直流輸電系統(tǒng)的橋臂匯總保護(hù)系統(tǒng)。
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)?；谀K化多電平(MMC)技術(shù)的高壓大容量柔性直流輸電換流閥，所需串接的子模塊高達(dá)數(shù)百只乃至數(shù)千只，各子模塊必須單獨(dú)進(jìn)行控制，閥基控制設(shè)備通過(guò)采用分層分段處理方式對(duì)每個(gè)子模塊進(jìn)行單獨(dú)控制，作為閥基控制設(shè)備的中間單元——橋臂匯總單元，是將多個(gè)橋臂分段單元的整個(gè)橋臂的子模塊信息進(jìn)行匯總、整理、匯總電壓平衡處理以及橋臂整體保護(hù)策略實(shí)施的中間單元。當(dāng)前，基于全控型電力電子器件IGBT的各種電力電子電路已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用于電力系統(tǒng)、機(jī)車(chē)牽引、航空航天等領(lǐng)域。隨著電力電子技術(shù)及材料、制造工藝的發(fā)展，IGBT器件的通流能力也越來(lái)越強(qiáng)，使其在直流輸電領(lǐng)域也得到重要的發(fā)揮空間，直接促進(jìn)了柔性直流輸電技術(shù)的誕生和發(fā)展。與傳統(tǒng)的高壓直流輸電技術(shù)不同，柔性直流輸電換流器以由IGBT串聯(lián)構(gòu)成的高壓換流閥替代了晶閘管串聯(lián)換流閥，形成了電壓源型的柔性直流換流器。柔性直流輸電可以實(shí)現(xiàn)向遠(yuǎn)距離的中小型孤立、弱負(fù)荷進(jìn)行供電；可以進(jìn)行獨(dú)立、準(zhǔn)確、靈活的有功/無(wú)功功率控制，提高系統(tǒng)潮流傳輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性；在潮流反轉(zhuǎn)時(shí)直流電壓極性不變，方便構(gòu)成多端直流輸電系統(tǒng)；在相聯(lián)系統(tǒng)短路時(shí)不增加系統(tǒng)的短路容量，有利于限制短路電流，阻止系統(tǒng)的故障擴(kuò)散；可以提供無(wú)功支持和頻率控制，用于風(fēng)電場(chǎng)和分布式發(fā)電等可再生能源并網(wǎng)有著特殊的優(yōu)勢(shì)；在相聯(lián)電網(wǎng)故障后能夠提供黑啟動(dòng)電源，力口快電網(wǎng)故障后的快速恢復(fù)能力；換流站占地面積相對(duì)于普通直流大為減小。柔性直流輸電技術(shù)豐富的性能優(yōu)勢(shì)吸引了眾多科研技術(shù)人員投入到相關(guān)的研究及實(shí)踐工作中，其靈活的控制性能也使得柔性直流的控制保護(hù)方法和控制保護(hù)裝置成為了柔性直流技術(shù)的研究熱點(diǎn)。在基于模塊化多電平換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的柔性直流的控制中，對(duì)換流器子模塊內(nèi)部的控制保護(hù)是整個(gè)控制保護(hù)系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。本發(fā)明針對(duì)閥基控制設(shè)備VBC的橋臂匯總設(shè)計(jì)了一套完整和智能的控制保護(hù)方案，據(jù)了解目前國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)到有類(lèi)似的針對(duì)MMC換流子模塊內(nèi)部控制保護(hù)方法的相關(guān)技術(shù)專(zhuān)利。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種適用于大容量MMC柔性直流輸電系統(tǒng)的橋臂匯總保護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)橋臂子模塊整體完備的信號(hào)接口和狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，保證了子模塊運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種適用于大容量MMC柔性直流輸電系統(tǒng)的橋臂匯總保護(hù)系統(tǒng)，適用于大容量MMC柔性直流輸電系統(tǒng)的橋臂匯總保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括依次進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的MMC換流閥、VBC和站控系統(tǒng)。本發(fā)明提供的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述MMC換流閥，包括400個(gè)依次連接的橋臂子模塊。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選技術(shù)方案中，所述VBC，包括橋臂分段控制單元、橋臂匯總控制單元、環(huán)流控制單元、光CT合并及接口單元和閥監(jiān)視單元；所述橋臂分段控制單元與所述MMC換流閥進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；所述橋臂匯總控制單元分別與所述橋臂分段控制單元和所述環(huán)流控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；所述光CT合并及接口單元和所述閥監(jiān)視單元分別與所述環(huán)流控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選技術(shù)方案中，所述橋臂分段控制單元，包括8個(gè)分別與所述MMC換流閥進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的所述橋臂分段模塊。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選技術(shù)方案中，所述橋臂匯總控制單元，包括并列設(shè)置的電壓平衡控制模塊、內(nèi)部故障診斷模塊、電壓狀態(tài)評(píng)估模塊和策略邏輯模塊。本發(fā)明提供的第五優(yōu)選技術(shù)方案中，所述電壓平衡控制模塊，根據(jù)所述MMC換流閥的各分段平均電壓，進(jìn)行整體子模塊電壓調(diào)節(jié)平衡。本發(fā)明提供的第六優(yōu)選技術(shù)方案中，所述電壓平衡控制模塊，以排序或者查表的方式進(jìn)行整體子模塊電壓調(diào)節(jié)平衡。本發(fā)明提供的第七優(yōu)選技術(shù)方案中，所述內(nèi)部故障診斷模塊，通訊判斷和自身狀態(tài)判斷，對(duì)電流單元和橋臂分段控制單元之間的通訊狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；判斷橋臂子模塊電壓和的閾值，通過(guò)各段上傳的子模塊電壓和，與閾值進(jìn)行比較判斷，對(duì)各段子模塊電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)；橋臂各段子模塊旁路數(shù)和整體橋臂旁路數(shù)，與閥值進(jìn)行比較判斷，評(píng)估橋臂整體運(yùn)行狀態(tài)；其中，橋臂各段分別包括數(shù)量小于60個(gè)的子模塊。本發(fā)明提供的第八優(yōu)選技術(shù)方案中，所述電壓狀態(tài)評(píng)估模塊，根據(jù)各個(gè)橋臂子模塊的電壓和判斷系統(tǒng)是否處于過(guò)電壓或者欠電壓狀態(tài)，根據(jù)超出量規(guī)定故障的等級(jí)，做出保護(hù)動(dòng)作。本發(fā)明提供的第九優(yōu)選技術(shù)方案中，所述策略邏輯模塊，對(duì)于橋臂的故障狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)策略，以嚴(yán)重故障、一般故障和故障警告分別進(jìn)行保護(hù)處理。本發(fā)明提供的第十優(yōu)選技術(shù)方案中，所述站控系統(tǒng)，包括與所述VBC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的PCP和與所述PCP連接的運(yùn)行人員工作站。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的一種適用于大容量MMC柔性直流輸電系統(tǒng)的橋臂匯總保護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)橋臂子模塊整體完備的信號(hào)接口和狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，保證了子模塊運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性;配置了一套完整合理的橋臂匯總控制保護(hù)方案，設(shè)計(jì)了完整的橋臂電壓平衡控制保護(hù)模式，實(shí)現(xiàn)了與整個(gè)閥基控制設(shè)備控制和保護(hù)的協(xié)調(diào)配合;而且，子模塊控制器與上級(jí)控制系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)了異步串行通信，信息交互量大、交互靈活且通信速度快，保證了換流站控制系統(tǒng)整體的信息流通;再者，采用DSP+FPGA邏輯元件為核心，方便功能的升級(jí)，降低了硬件開(kāi)發(fā)成本。


圖1為適用于大容量MMC柔性直流輸電系統(tǒng)的橋臂匯總保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，一種適用于大容量MMC柔性直流輸電系統(tǒng)的橋臂匯總保護(hù)系統(tǒng)，包括依次進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的MMC換流閥、VBC和站控系統(tǒng)。所述MMC換流閥，包括400個(gè)依次連接的橋臂子模塊。所述VBC，包括橋臂分段控制單元、橋臂匯總控制單元、環(huán)流控制單元、光CT合并及接口單元和閥監(jiān)視單元；所述橋臂分段控制單元與所述MMC換流閥進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；所述橋臂匯總控制單元分別與所述橋臂分段控制單元和所述環(huán)流控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；所述光CT合并及接口單元和所述閥監(jiān)視單元分別與所述環(huán)流控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。光CT合并及接口單元的作用是采集橋臂電流；閥監(jiān)視單元，對(duì)閥的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，是上傳上位機(jī)，由操作人員進(jìn)行監(jiān)視。所述橋臂分段控制單元，包括8個(gè)分別與所述MMC換流閥進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的所述橋臂分段模塊。所述橋臂匯總控制單元，包括并列設(shè)置的電壓平衡控制模塊、內(nèi)部故障診斷模塊、電壓狀態(tài)評(píng)估模塊和策略邏輯模塊。所述電壓平衡控制模塊，根據(jù)所述MMC換流閥的各分段平均電壓，進(jìn)行整體子模塊電壓調(diào)節(jié)平衡。所述電壓平衡控制模塊，以排序或者查表的方式進(jìn)行整體子模塊電壓調(diào)節(jié)平衡。所述內(nèi)部故障診斷模塊，通訊判斷和自身狀態(tài)判斷，對(duì)電流單元和橋臂分段控制單元之間的通訊狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);判斷橋臂子模塊電壓和的閾值，通過(guò)各段上傳的子模塊電壓和，與閾值進(jìn)行比較判斷，對(duì)各段子模塊電壓進(jìn)行調(diào)節(jié);橋臂各段子模塊旁路數(shù)和整體橋臂旁路數(shù)，與閥值進(jìn)行比較判斷，評(píng)估橋臂整體運(yùn)行狀態(tài);其中，橋臂各段分別包括數(shù)量小于60個(gè)的子模塊。所述電壓狀態(tài)評(píng)估模塊，根據(jù)各個(gè)橋臂子模塊的電壓和判斷系統(tǒng)是否處于過(guò)電壓或者欠電壓狀態(tài)，根據(jù)超出量規(guī)定故障的等級(jí)，做出保護(hù)動(dòng)作。所述策略邏輯模塊，對(duì)于橋臂的故障狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)策略，以嚴(yán)重故障、一般故障和故障警告分別進(jìn)行保護(hù)處理。所述站控系統(tǒng)，包括與所述VBC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的PCP和與所述PCP連接的運(yùn)行人
員工作站。通過(guò)以下實(shí)施例對(duì)適用于大容量MMC柔性直流輸電系統(tǒng)的橋臂匯總保護(hù)系統(tǒng)作進(jìn)一步描述。VBC閥基控制設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖如附圖1所示，其中的橋臂匯總控制單元核心是處理器DSP+可編程器件FPGA，接口包括與環(huán)流單元的協(xié)議通信和8個(gè)橋臂分段控制單元的信息通信，對(duì)8個(gè)橋臂分段單元的閥信息進(jìn)行統(tǒng)一采集，采用整體橋臂的電壓平衡策略，同時(shí)，對(duì)橋臂總體子模塊進(jìn)行統(tǒng)一的安全評(píng)價(jià)及保護(hù)策略實(shí)施。首先，以橋臂整體作為保護(hù)對(duì)象，對(duì)整體橋臂的重要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，以此對(duì)單個(gè)橋臂的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，分析其是否處于正常狀態(tài)；其次，對(duì)整體橋臂各子模塊電壓進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)對(duì)各時(shí)刻各子模塊最大最小值進(jìn)行閥值保護(hù)，對(duì)橋臂運(yùn)行狀況進(jìn)行整體把握；第三，對(duì)整體橋臂和各分段的旁路狀況等其他重要信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以此判斷橋臂子模塊運(yùn)行整體情況，保證整體橋臂子模塊的安全運(yùn)行；最后，對(duì)于橋臂的故障狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)策略的實(shí)施，以嚴(yán)重故障、一般故障和故障警告分別進(jìn)行保護(hù)處理；
橋臂匯總控制實(shí)現(xiàn)的控制保護(hù)功能主要包括:1.通過(guò)橋臂各分段的電壓平衡策略，對(duì)橋臂整體進(jìn)行電壓平衡控制；2.實(shí)現(xiàn)與VBC內(nèi)部其他各單元的接口，包括輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)換、輸入信號(hào)的檢測(cè)和多種故障的診斷；3.實(shí)現(xiàn)對(duì)橋臂整體及各分段子模塊儲(chǔ)能電容電壓值的測(cè)量及其過(guò)電壓保護(hù)；4.結(jié)合自身運(yùn)行狀態(tài)和閥基控制的控制命令實(shí)現(xiàn)一套面向執(zhí)行橋臂各分段的動(dòng)作優(yōu)先級(jí)邏輯；1.橋臂整體進(jìn)行電壓平衡控制通過(guò)橋臂整體的各分段平均電壓，以排序或者查表的方式進(jìn)行整體子模塊電壓調(diào)節(jié)平衡，完成子模塊的電壓平衡策略；2.內(nèi)部接口及故障診斷通訊判斷和自身狀態(tài)判斷，對(duì)電流單元和橋臂分段控制單元之間的通訊狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，評(píng)估二次系統(tǒng)的自身狀態(tài)；橋臂各段子模塊電壓和的閾值判斷，通過(guò)各段上傳的子模塊電壓和，與閾值進(jìn)行比較判斷，通過(guò)投切策略，對(duì)各段子模塊電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)；橋臂各段子模塊旁路數(shù)判斷和整體橋臂旁路數(shù)判斷，與閥值進(jìn)行比較判斷，評(píng)估橋臂整體運(yùn)行狀態(tài)；3.電壓狀態(tài)評(píng)估橋臂整體電壓和的判斷，設(shè)定閾值，判斷系統(tǒng)過(guò)電壓、欠電壓狀態(tài)，根據(jù)超出量規(guī)定故障等級(jí)，作出相應(yīng)策略保護(hù)，如附表I ;
權(quán)利要求
1.一種適用于大容量MMC柔性直流輸電系統(tǒng)的橋臂匯總保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:依次進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的MMC換流閥、VBC和站控系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述MMC換流閥，包括:400個(gè)依次連接的橋臂子模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述VBC，包括:橋臂分段控制單元、橋臂匯總控制單元、環(huán)流控制單元、光CT合并及接口單元和閥監(jiān)視單元；所述橋臂分段控制單元與所述MMC換流閥進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；所述橋臂匯總控制單元分別與所述橋臂分段控制單元和所述環(huán)流控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；所述光CT合并及接口單元和所述閥監(jiān)視單元分別與所述環(huán)流控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述橋臂分段控制單元，包括:8個(gè)分別與所述MMC換流閥進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的所述橋臂分段模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述橋臂匯總控制單元，包括:并列設(shè)置的電壓平衡控制模塊、內(nèi)部故障診斷模塊、電壓狀態(tài)評(píng)估模塊和策略邏輯模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓平衡控制模塊，根據(jù)所述MMC換流閥的各分段平均電壓，進(jìn)行整體子模塊電壓調(diào)節(jié)平衡。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓平衡控制模塊，以排序或者查表的方式進(jìn)行整體子模塊電壓調(diào)節(jié)平衡。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)部故障診斷模塊，通訊判斷和自身狀態(tài)判斷，對(duì)電流單元和橋臂分段控制單元之間的通訊狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；判斷橋臂子模塊電壓和的閾值，通過(guò)各段上傳的子模塊電壓和，與閾值進(jìn)行比較判斷，對(duì)各段子模塊電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)；橋臂各段子模塊旁路數(shù)和整體橋臂旁路數(shù)，與閥值進(jìn)行比較判斷，評(píng)估橋臂整體運(yùn)行狀態(tài)；其中，橋臂各段分別包括數(shù)量小于60個(gè)的子模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓狀態(tài)評(píng)估模塊，根據(jù)各個(gè)橋臂子模塊的電壓和判斷系統(tǒng)是否處于過(guò)電壓或者欠電壓狀態(tài)，根據(jù)超出量規(guī)定故障的等級(jí)，做出保護(hù)動(dòng)作。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述策略邏輯模塊，對(duì)于橋臂的故障狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)策略，以嚴(yán)重故障、一般故障和故障警告分別進(jìn)行保護(hù)處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述站控系統(tǒng)，包括:與所述VBC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的PCP和與所述PCP連接的運(yùn)行人員工作站。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種適用于大容量MMC柔性直流輸電系統(tǒng)的橋臂匯總保護(hù)系統(tǒng)，包括依次進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的MMC換流閥、VBC和站控系統(tǒng)。本發(fā)明提供的適用于大容量MMC柔性直流輸電系統(tǒng)的橋臂匯總保護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)橋臂子模塊整體完備的信號(hào)接口和狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，保證了子模塊運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H02J13/00GK103078400SQ20121053398
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者賀之淵, 姜喜瑞, 楊岳峰, 高陽(yáng), 王韌秋 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞電力工程有限公司, 遼寧省電力有限公司大連供電公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司