一种分布式潮流控制器的载波移相控制装置及控制方法与流程

1.本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种分布式潮流控制器的载波移相控制装置及控制方法。


背景技术：

2.分布式潮流控制器(dpfc)系统中，存在较多的dpfc子单元，每个子单元内部包含有电压源换流器(vsc)单元。为驱动众多子单元中的电压源换流器单元，常用的调制方式为载波移相调制方式，即每个子单元的调制波是完全相同的，每个子单元的载波也具有相同的频率和幅值，但每个子单元的载波相位依次相差一个固定的角度，这样等效叠加后，可以把相对较低的开关频率等效为较高的开关频率，同时还可以大大降低输出电压的谐波含量。
3.现有技术一般为集中式载波移相同步系统，在实现时通过控保装置下发调制波和载波给各个子单元，各个子单元之间存在信息交互。但在实际应用中，存在因子单元间参数传输，以及传输距离等现实因素导致的精度降低，同时存在的子单元旁路、冗余等实际情况都会影响载波移相控制的精度，使得实际控制效果大大减弱。


技术实现要素：

4.为了解决集中式载波移相系统控制精度差和子单元旁路、冗余的问题，本发明提供了一种分布式潮流控制器的载波移相控制装置，包括：
5.阀层控制器和控制保护装置；
6.所述控制保护装置通过光纤与dpfc子单元连接；
7.dpfc子单元串联在电网上；
8.所述阀层控制器连接于所述dpfc子单元内部，用于接收所述控制保护装置发送的同步信号控制所述的dpfc子单元；
9.其中，所述分布式潮流控制器包括dpfc子单元。
10.优选的，所述阀层控制器包括：dpfc子单元控制板和单元控制器；
11.所述dpfc子单元控制板，用于接收控制保护装置下发的同步信号，并将所述同步信号下发给单元控制器；
12.所述单元控制器，用于基于所述同步信号并结合dpfc子单元本身的id号以及当前在线所述dpfc子单元的个数计算载波移相相位角得到所述dpfc子单元本身的载波信号，并基于所述载波信号控制所述dpfc子单元的启停和冗余。
13.优选的，所述控制保护装置包括主备用关系的控制保护装置a和控制保护装置b。
14.优选的，所述单元控制器还用于，当所述dpfc子单元冗余时，根据所述dpfc子单元当前的数量重新计算初始相位角；并基于所述重新计算的初始相位角生成调整后的载波移相初始相位角后得到所述dpfc子单元本身的载波信号来控制所述dpfc子单元。
15.优选的，所述dpfc子单元和所述阀层控制器的个数相等。
16.优选的，所述载波移相相位角按下式计算：
17.载波移相相位角＝180*k/n；
18.式中，k为dpfc子单元本身的id号；n为当前在线dpfc子单元的个数。
19.基于同一发明构思本发明还提供了一种分布式潮流控制器载波移相控制方法，包括：
20.通过控制保护装置将同步信号下发给与所述控制保护装置通过光纤连接的串联在电网上的dpfc子单元；
21.由连接于所述dpfc子单元内部的阀层控制器基于所述同步信号控制所述dpfc子单元；
22.其中，所述分布式潮流控制器包括dpfc子单元。
23.优选的，所述由连接于所述dpfc子单元内部的阀层控制器基于所述同步信号控制所述dpfc子单元包括：
24.由所述阀层控制器内的dpfc子单元控制板，接收所述控制保护装置下发的同步信号，并将所述同步信号下发给所述阀层控制器内的单元控制器；
25.基于所述同步信号由所述单元控制器结合所述dpfc子单元本身的id号以及当前在线所述dpfc子单元的个数计算载波移相相位角得到所述dpfc子单元本身的载波信号，并基于所述载波信号控制所述dpfc子单元的启停和冗余。
26.优选的，还包括：
27.当所述dpfc子单元冗余时，所述dpfc子单元控制器根据dpfc子单元模块当前的数量重新计算初始相位角；
28.基于所述重新计算的初始相位角生成调整后的载波移相初始相位角后得到所述dpfc子单元模块本身的载波信号，并根据所述载波信号控制所述的dpfc子单元。
29.优选的，所述载波移相相位角按下式计算：
30.载波移相相位角＝180*k/n；
31.式中，k为dpfc子单元本身的id号；n为当前在线dpfc子单元的个数。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
33.本发明提供了一种分布式潮流控制器载波移相控制装置，包括：dpfc子单元、阀层控制器和控制保护装置；所述控制保护装置通过光纤与dpfc子单元连接；dpfc子单元串联在电网上；所述阀层控制器连接于所述dpfc子单元内部，用于接收所述控制保护装置发送的同步信号控制所述的dpfc子单元；本发明在dpfc子单元内设置阀层控制器来控制dpfc子单元，使dpfc子单元之间相互独立，实现了远距离的高精度的载波移相调制，提高了灵活性和抗干扰能力。
附图说明
34.图1是本发明提供的一种分布式潮流控制器的载波移相控制装置图；
35.图2是本发明的集中式载波移相控制结构示意图；
36.图3是本发明的分布式载波移相控制图；
37.图4是本发明的载波移相原理图；
38.图5是本发明的一种分布式潮流控制器的载波移相控制方法流程图。
具体实施方式
39.为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
40.实施例1：
41.本发明提供一种分布式潮流控制器的载波移相控制装置，如图1所示，包括:
42.所述控制保护装置通过光纤与dpfc子单元连接；
43.dpfc子单元串联在电网上；
44.所述阀层控制器连接于所述dpfc子单元内部，用于接收所述控制保护装置发送的同步信号控制所述的dpfc子单元；
45.其中，所述分布式潮流控制器包括dpfc子单元。
46.控制保护装置包括主备用关系的控制保护装置a和控制保护装置b。
47.如图1所示，dpfc按照双重化配置2套dpfc控制保护系统，即控制保护系统a和控制保护系统b。dpfc子单元均由一对收发光纤连接，每个dpfc子单元之间无光纤相连接。
48.阀层控制器包括：dpfc子单元控制板和单元控制器；
49.所述dpfc子单元控制板，用于接收控制保护装置下发的同步信号，并将所述同步信号下发给单元控制器；
50.所述单元控制器，用于基于所述同步信号并结合dpfc子单元本身的id号以及当前在线所述dpfc子单元的个数计算载波移相相位角得到所述dpfc子单元本身的载波信号，并基于所述载波信号控制所述dpfc子单元的启停和冗余。
51.分布式移相载波控制为分散形式，各级dpfc子单元之间无需进行信息交互，完全为各自独立的系统。控制保护装置下发载波信息，仅对每个dpfc子单元发送时间间隔为20ms的同步信号。根据下发的同步信号，各个dpfc子单元结合该子单元本身的id号以及当前在线的dpfc子单元个数进行移相载波相位角计算，各自产生自己dpfc子单元的载波信号，实时跟踪同步信号，实现载波移相。
52.所述单元控制器还用于，当所述dpfc子单元冗余时，根据所述dpfc子单元当前的数量重新计算初始相位角；并基于所述重新计算的初始相位角生成调整后的载波移相初始相位角后得到所述dpfc子单元本身的载波信号来控制所述dpfc子单元。
53.dpfc子单元在进行相位角计算时，会根据判断分布式潮流控制器系统是否存在冗余模块，若存在冗余模块，将会更新在线模块数量，重新进行初始相位计算，进而重新生成正确的移相载波初始相位，dpfc子单元获得更新后的初始相位后，将会逐步过渡到新的初始相位角，不会出现相位角由原值突变到新值的情况，引起相位角突变导致的电流突变，保证了系统的稳定性。
54.由图2所示的集中式移相载波控制结构示意图和图3所示的分布式移相载波控制结构示意图，对比可知：常规的集中式移相载波控制在实现时一般为将整个控制系统集成于一个机箱内或一块芯片内，由阀控装置统一产生各个模块的移相载波调制信号，然后再将pwm波信号传输给各个dpfc子单元，同时各个dpfc子单元之间还需要进行参数等数据的信息交互，调制精度受传输距离、子单元冗余等问题影响非常大。
55.dpfc子单元和所述阀层控制器的个数相等。
56.整个系统由控制保护装置和n个dpfc子单元组成,每个子单元配有阀层控制器，该
阀层控制器用于对其连接的dpfc子单元进行控制，使dpfc子单元之间无需进行信息交互，完全独立。
57.载波移相相位角按下式计算：
58.载波移相相位角＝180*k/n；
59.式中，k为dpfc子单元本身的id号；n为当前在线dpfc子单元的个数。
60.分布式移相载波控制方法各个dpfc子单元之间无信息交互，完全独立，根据收取到的同步信号结合dpfc子单元本身的id号k以及当前在线的dpfc子单元个数n进行移相载波相位角计算，移动相角为180*k/n，各自产生自己dpfc子单元的载波信号，实时跟踪同步信号，实现载波移相。
61.实施例2：
62.基于同一种发明构思，本发明还提供了一种分布式潮流控制器的载波移相控制方法，如图5所示:包括:
63.步骤1:通过控制保护装置将同步信号下发给与所述控制保护装置通过光纤连接的串联在电网上的dpfc子单元；
64.步骤2:由连接于所述dpfc子单元内部的阀层控制器基于所述同步信号控制所述dpfc子单元；
65.其中，所述分布式潮流控制器包括dpfc子单元。
66.步骤1中通过控制保护装置将同步信号下发给与所述控制保护装置通过光纤连接的串联在电网上的dpfc子单元，具体包括：
67.当所述dpfc子单元冗余时，所述dpfc子单元控制器根据dpfc子单元当前的数量重新计算初始相位角；
68.基于所述重新计算的初始相位角生成调整后的载波移相初始相位角后得到所述dpfc子单元模块本身的载波信号，并根据所述载波信号控制所述的dpfc子单元。
69.如图4所示,控制保护装置每隔20ms将会通过光纤对每个dpfc子单元发送同步信号，阀层控制器收取到同步信号后，子单元内部的fpga芯片进行自动同步锁相，根据下发的同步信号，并结合子单元本身的id号以及当前在线的dpfc子单元个数，产生移相载波相位角。根据相位角生成2ms一个载波周期，载波周期为500hz的子单元的载波信号，实现载波移相。
70.步骤2中由连接于所述dpfc子单元内部的阀层控制器基于所述同步信号控制所述dpfc子单元,具体包括:
71.由所述阀层控制器内的dpfc子单元控制板，接收所述控制保护装置下发的同步信号，并将所述同步信号下发给所述阀层控制器内的单元控制器；
72.基于所述同步信号由单元控制器结合所述dpfc子单元本身的id号以及当前在线所述dpfc子单元的个数计算载波移相相位角得到所述dpfc子单元本身的载波信号，并基于所述载波信号控制所述dpfc子单元的启停和冗余。
73.由于本移相载波调制控制系统为分布式结构，由多个独立的dpfc子单元组成，且各级子单元之间无信息交互，完全独立,仅通过位于dpfc子单元内部的阀层控制器从控制保护装置收取同步信号，并根据收取到的同步信号结合dpfc子单元本身的id号以及当前在线的dpfc子单元个数进行移相载波相位角计算，产生与阀层控制器连接的dpfc子单元的载
波信号，实时跟踪同步信号，实现载波移相，因此其灵活性高、独立性强，抗干扰能力强，能够实现远距离的高精度移相载波调制。
74.单元控制器可以实时根据系统模块出现的冗余、旁路等情况实时更新dpfc子单元载波移相调制的初始相位，并且从旧相位向新相位转换的过程为逐步转换，不会出现突变，保证了系统的稳定性和可靠性一级载波移相的正确性。
75.本发明的一种分布式潮流控制器的载波移相控制方法可以实时根据系统模块出现的冗余、旁路等情况实时更新子单元移相载波调制的初始相位，并且从旧相位向新相位转换的过程为逐步转换，不会出现突变。
76.载波移相相位角按下式计算：
77.载波移相相位角＝180*k/n；
78.式中，k为dpfc子单元本身的id号；n为当前在线dpfc子单元的个数。
79.本发明中的各个dpfc子单元之间无信息交互，完全独立，根据收取到的同步信号结合子单元本身的id号k以及当前在线的子单元个数n进行移相载波相位角计算，移动相角为180*k/n，各自产生自己子单元的载波信号，实时跟踪同步信号，实现载波移相。
80.显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
81.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
82.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
83.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
84.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
85.以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。