[发明专利]模块化多电平换流器的阀基控制设备和方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及高压直流输电技术领域，更具体而言，涉及用于高压大容量模块化多电平换流器柔性直流输电系统中的换流器阀基控制设备和对应的方法。

背景技术

柔性直流输电技术（HVDC Flexible）是以可关断器件、脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）技术和电压源型换流器为基础的新型直流输电技术。模块化多电平换流器（Module Multilevel Convertor，MMC）使用多电平的阶梯波来直接拟合正弦波，在高电压大容量的应用场合，可大大降低换流器的谐波含量和损耗，是目前柔性直流输电技术领域中最常采用的换流器拓扑结构。

MMC柔性直流输电技术是一种基于全控型器件IGBT的新型直流输电技术，其中的换流器由大量完全相同的子模块组成。在系统运行过程中，换流器中的每个子模块都需要进行独立、实时、准确的控制和保护，这一点与基于晶闸管直接串联的常规高压直流输电有着本质地区别。

发明专利申请《一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备》（申请号201110064078.4，申请日2011.03.16，以引用的方式将其全文并入本文）阐述了由中国电力科学研究院申请的适用于小容量的MMC柔性直流输电使用的阀基控制设备。但是这个发明不太适用于模块数目巨大的大容量MMC柔性直流输电技术和工程。因为在大容量MMC柔性直流输电工程中，模块数目巨大，有时单个桥臂有几百个独立的子模块，同一个桥臂的子模块很难实现在同一个控制单元中完成控制和保护。

因此，需要有新的发明来满足日益增长的大容量MMC柔性直流输电技术和工程对阀基控制设备的需求。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了模块化多电平换流器的阀基控制设备和方法，其能够满足大容量MMC柔性直流输电的需求。

根据一个方面，提供了一种用于基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统中的换流器阀基控制设备，该模块化多电平换流器具有包括级联的多个子模块的桥臂，该换流器阀基控制设备包括以分层控制架构构造的如下部件：电流控制单元，用于实现换流器的电流控制与实时桥臂子模块投入数量的产生并获取桥臂的电流方向，并且发送数量信息和电流方向信息；桥臂汇总控制单元，用于根据接收的每个子模块的状态以及从电流控制单元接收的数量信息和电流方向信息来确定需要投入或切出的子模块，并且发送确定结果；以及桥臂分段控制单元，用于根据从桥臂汇总控制单元接收的确定结果实现各个子模块的投入或切出，并且获取每个子模块的状态并将其发送至桥臂汇总控制单元。

在优选实施例中，换流器阀基控制设备包括一套电流控制单元、六套桥臂汇总控制单元以及多个桥臂分段控制单元。

在优选实施例中，每个桥臂的控制由一个桥臂汇总控制单元和若干个桥臂分段控制单元实现，由桥臂分段控制单元完成换流器的子模块的控制和保护，由桥臂汇总控制单元完成桥臂的故障汇总和协调控制。

在优选实施例中，电流控制单元、桥臂汇总控制单元以及桥臂分段控制单元都是双冗余设计。

在优选实施例中，电流控制单元、桥臂汇总控制单元以及桥臂分段控制单元都热备份运行。

在优选实施例中，通过电流控制单元、桥臂汇总控制单元以及桥臂分段控制单元对换流器阀基控制设备的状态的识别，根据主从状态，实现换流器阀基控制设备的冗余运行。

在优选实施例中，主备用系统分别用光纤发送一频率信号进行状态标志。

根据另一方面，提供了一种基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统，包括如上所述的换流器阀基控制设备。

根据又一方面，提供了一种用于基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统中的换流器阀基控制方法，该模块化多电平换流器具有包括级联的多个子模块的桥臂，所述方法包括：实现换流器的电流控制与实时桥臂子模块投入数量的产生并获取桥臂的电流方向，并且发送数量信息和电流方向信息；根据接收的每个子模块的状态以及接收的数量信息和电流方向信息来确定需要投入或切出的子模块，并且发送确定结果；以及根据接收的确定结果实现各个子模块的投入或切出，并且获取并发送每个子模块的状态。

一个优点在于将MMC柔性直流输电换流器阀基控制设备按照不同的功能需求划分为3个层次的功能单元，将换流器阀基控制设备的各项功能分散到多个硬件设备中，以减轻单个硬件处理器的负荷。

另一优点在于通过此分层架构及各个单元的通信方式较好地解决了MMC柔性直流输电换流器在实际工况下海量数据实时通信问题。

另一优点在于总体上保证了换流器控制指令执行及故障上报信息的准确性和实时性。