本发明专利技术提供的控制系统、阀基控制设备和子模块一体化方法，阀基控制设备由对称的两个屏柜组成，屏柜设有供电单元、电流控制单元和桥臂控制单元；阀基控制设备、控制系统和子模块的控制器通过光纤连接。所有通信接口为基于CRC校验的反曼彻斯特编码形式的光纤串行通信方式，大大提高了数据吞吐量，降低了系统控制延时，可以完成模块化多电平柔性直流阀的实时控制及保护功能。本发明专利技术采取电流控制单元和桥臂控制单元的硬件架构，使得系统级的电流平衡控制和阀级的电容电压平衡控制分工明确，满足模块化多电平实时控制的需要。
Control system, valve base control device and sub module integration method
Valve base control device and module integration method of control system, the invention provides the valve base control device is composed of two symmetrical screen cabinet, cabinet is provided with a power supply unit, a current control unit and arm control unit; valve base control equipment, control system and sub module controller connected by optical fiber. All optical fiber communication interface for serial communication CRC checksum of the anti Manchester encoding based on form, greatly improve the data throughput, reduce the system delay, real-time control and protection functions can complete modular multilevel flexible HVDC valve. The invention adopts a current control hardware architecture arm control unit and the bridge, makes the system level and the level of the current balance control valve capacitor voltage balance control clear division of labor, to meet the needs of modular multilevel real-time control.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统的电力电子直流输电领域，具体涉及阀基控制设备、控制系 统和子模块一体化方法。
技术介绍
模块化多电平换流器由多个子模块串联组成，需要根据电容电压及子模块工作状 态对单独的子模块进行不同的实时投切控制，电平数越多，实时控制周期越短，电容电压平 衡控制越难实现。由于子模块包括子模块控制器、IGBT、保护晶闸管和旁路开关组件，而传 统直流输电阀基电子设备仅为执行机构，除了阀监视及保护功能，不具备对不同子模块的 实时控制能力，已经不能满足模块化柔性直流输电阀的控制保护要求，所以需要一种具有 实时控制保护功能的设备满足模块化多电平柔性直流输电的要求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是设计一种控制系统、阀基控 制设备和子模块一体化的方法，可以完成模块化多电平柔性直流阀的实时控制及保护功 能。本专利技术提供的，所述控制系统包括 控制单元，所述子模块(SM)包括子模块控制器(SMC)、IGBT、晶闸管和旁路开关，其改进之 处在于所述阀基控制设备包括屏柜，所述屏柜设有供电单元、电流控制单元和桥臂控制 单元；用光纤依次将所述控制系统的所述控制单元、所述阀基控制设备的所述电流控制 单元、所述阀基控制设备的所述桥臂控制单元和所述子模块的所述子模块控制器的接口连接。本专利技术提供的第一优选方案的一体化的方法，其改进之处在于分别在所述阀基 控制设备与所述子模块控制器之间、所述控制系统与所述阀基控制设备之间设置信号反馈 通道。本专利技术提供的第二优选方案的一体化的方法，其改进之处在于将所述光纤的通 信方式设为基于CRC校验的反曼彻斯特编码形式。本专利技术提供的第三优选方案的一体化的方法，其改进之处在于对所述电流控制 单元采用电流平衡控制所述桥臂控制单元，所述桥臂控制单元采用电压平衡控制所述子模 块。本专利技术提供的第四优选方案的一体化的方法，其改进之处在于所述阀基控制设 备和所述控制系统之间设置4根光纤。本专利技术提供的第五优选方案的一体化的方法，其改进之处在于所述阀基控制设 备和所述子模块之间设置2根光纤。本专利技术提供的较优选方案的一体化的方法，其改进之处在于所述阀基控制设备 和所述控制系统之间设置4根光纤。本专利技术提供的另一优选方案的一体化的方法，其改进之处在于所述阀基控制设 备和所述子模块之间设置2根光纤。与现有技术比，本专利技术的有益效果为本专利技术中的阀基控制设备作为模块化多电平柔性直流输电控制保护系统和子模 块控制器之间的接口设备，可以完成模块化多电平柔性直流阀的实时控制及保护功能。本专利技术采取电流控制单元和桥臂控制单元架构，电流控制单元实现了换流器极电 流平衡控制、桥臂过流保护、实时数据汇总功能，桥臂控制单元实现阀子模块实时控制保护 功能，所有功能单元采取相同的硬件架构，可灵活组合，适用性强；还可使得系统级的电流 平衡控制和阀级的电容电压平衡控制分工明确，同时使得阀级大量的有效数据经过桥臂控 制单元处理后送至电流控制单元，电流控制单元再根据上层控制系统需要反馈的信息进行 有效地筛选，这种并行预处理加数据汇总的方式可以大大提高运算速度，从而满足模块化 多电平实时控制的需要。本专利技术增加了控制系统和阀基控制设备之间，阀基控制设备与子模块控制器之间 单根光纤的信息量，从而大大降低了光纤数量。本专利技术采用基于CRC校验的反曼彻斯特编码方式的同步串行通信，克服了传统脉 冲编码易受干扰、数据信息少、信道利用率低的缺点，降低了系统控制延时，提高了数据吞 吐量和数据传输实时性及可靠性。附图说明图1为本专利技术提供的阀基控制设备硬件配置示意图；图2为本专利技术提供的控制系统、阀基控制设备及子模块控制器接口原理示意图；图3为本专利技术提供的基于CRC校验的反曼彻斯特编码形式示意图；图4为本专利技术提供的阀基控制设备内部硬件架构原理示意图。具体实施例方式阀基控制设备是模块化多电平柔性直流输电控制保护系统和换流阀的接口设备， 主要用于完成阀的控制、监视和保护。每当控制保护系统下发阀的控制命令时，阀基控制设 备就根据该命令投切或者旁路换流阀。下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。图1中，阀基控制设备采取电流控制单元和桥臂控制单元的硬件架构，共由两面 屏柜组成，Al、Bl为两个独立的电流控制单元，A2至A4，B2至B4为6个独立的桥臂控制单 元，A5、B5为两个独立的供电单元，2个电流控制单元实现系统级电流平衡控制、桥臂电流 和电压保护，负责6个桥臂控制单元的控制保护及数据汇总处理，6个桥臂控制单元实现阀 层电压平衡控制，负责所有阀层子模块的控制保护及数据汇总处理。图2中，阀基控制设备分别与上层控制系统和阀层子模块控制器(SMC)接口。阀 基控制设备充分利用与上层控制系统信道资源，通过四根光纤通信进行数据交互，数据分 为控制命令、实时反馈信息、测量信息、事件反馈信息四类。阀基控制设备与下层SMC通过两根光纤通信，分别为子模块触发命令和子模块状态反馈信息。阀基控制设备将接收到的 控制命令处理后，转化为每个子模块不同的投切命令下发给SMC，SMC在收到阀基控制设备 控制指令后将子模块的实时状态反馈给阀基控制设备以待进行下一次处理。所有通信接口 为基于CRC校验的反曼彻斯特编码形式的光纤串行通信方式。图3中，阀基控制设备、上层控制系统及SMC光纤通信采取的基于CRC校验的反 曼彻斯特编码形式，其一帧由起始符、1至16个可选16位字节数据、CRC校验码组成，图中 的一帧以3个16位字节数据为例，3个16位字节数据表示有效信息，此信息既可以是数据 信息，也可以是开关量信息，实际使用中，可以根据数据量大小及通信速率灵活选择数据长度。图4中，阀基控制设备内部，电流控制单元负责与上层控制保护接口，桥臂控制单 元负责与阀层SMC接口。电流控制单元负责协调同步所有桥臂控制单元，桥臂控制单元负 责一个桥臂上N个子模块的控制保护(对于N+1电平拓扑结构来说)。电流控制单元接收上级控制保护系统控制保护命令，并进行电流平衡控制后发出 电压参考命令给6个桥臂控制单元，桥臂控制单元经过电压平衡控制后将子模块的触发命 令发送给SMC实时投切子模块，实现N+1电平的输出。电流控制单元与每个桥臂控制单元仅通过两根光纤实现数据通信，所有通信接口 为基于CRC校验的反曼彻斯特编码形式的光纤通信方式。最后应该说明的是结合上述实施例仅说明本专利技术的技术方案而非对其限制。所 属领域的普通技术人员应当理解到本领域技术人员可以对本专利技术的具体实施方式进行修 改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。权利要求1.，所述控制系统包括控制单元，所述子 模块包括子模块控制器、IGBT、晶闸管和旁路开关，其特征在于所述阀基控制设备包括屏柜，所述屏柜设有供电单元、电流控制单元和桥臂控制单元；用光纤依次将所述控制系统的所述控制单元、所述阀基控制设备的所述电流控制单 元、所阀基控制设备的所述桥臂控制单元和所述子模块的所述子模块控制器的接口连接。2.如权利要求1所述的一体化的方法，其特征在于分别在所述阀基控制设备与所述 子模块控制器之间、所述控制系统与所述阀基控制设备之间设置信号反馈通道。3.如权利要求1所述的一体化的方法，其特征在于将所述光纤的通信方式设为基于 CRC校验的本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．控制系统、阀基控制设备和子模块一体化方法，所述控制系统包括控制单元，所述子模块包括子模块控制器、ＩＧＢＴ、晶闸管和旁路开关，其特征在于：所述阀基控制设备包括屏柜，所述屏柜设有供电单元、电流控制单元和桥臂控制单元；用光纤依次将所述控制系统的所述控制单元、所述阀基控制设备的所述电流控制单元、所阀基控制设备的所述桥臂控制单元和所述子模块的所述子模块控制器的接口连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨岳峰，高阳，王韧秋，张新刚，贺之渊，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：11
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