基于柔性直流输电的mmc换流阀控制装置及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于柔性直流输电技术领域，具体涉及一种基于柔性直流输电的MMC换流阀控制装置及控制方法。
【背景技术】
[0002]模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)柔性直流输电作为近年来兴起的高压直流输电技术，因其具有无需无功补偿和电网支撑换相、开关损耗小、容量升级方便，并且输出电压谐波含量低等优势，得到越来越广泛的应用。
[0003]模块化多电平换流器的原理拓扑简图如图1所示，三个相单元并联形成直流母线，每个相单元包括两个桥臂，分别为上桥臂和下桥臂，因此，每个换流器包括有6个桥臂；桥臂也称为直流输电系统中的换流阀(converter valve);每个桥臂由η个规格相同的子模块SM (submodule)和一个电抗Ltl串联组成，具有受控单向导通特性。其工作原理为:控制装置通过适当的调制方式，产生触发脉冲，进而控制每个子模块SM的导通和关断，实现三相多电平交流电压的输出和直流电压的维持。
[0004]在柔性直流工程中，换流器作为系统的核心部件，是影响整个换流系统性能、运行方式、设备成本及运行损耗等的关键因素。换流器控制装置是换流器的核心硬件平台，与算法软件配合，担负协调控制整个换流器可靠工作的重要任务。
[0005]随着新能源并网及孤岛输电等需要增加，柔性直流工程容量越来越大，电压等级越来越高，需要的桥臂耐压值提高，由于每个桥臂由η个规格相同的子模块SM组成，导致控制装置需要控制的子模块数量上升，需要控制的子模块SM数量非常多，甚至多达两千个左右。因此，控制装置需要在一个控制周期内，同时控制两千个左右的子模块SM，根据系统需要，控制周期往往只有几十到几百毫秒，所以对控制装置的通讯及运算等能力提出了较高的要求，而传统控制器难以满足上述要求。
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于柔性直流输电的MMC换流阀控制装置及控制方法，可有效解决上述问题。
[0007]本发明采用的技术方案如下:
[0008]本发明提供一种基于柔性直流输电的MMC换流阀控制装置，所述MMC换流阀控制装置包括三级控制系统，分别为:第一级控制系统、第二级控制系统和第三级控制系统；
[0009]其中，所述第一级控制系统包括主控箱Α、接口箱Α、主控箱B和接口箱B ;所述第二级控制系统包括运算箱Α、运算箱B和录播箱；所述第三级控制系统包括若干个脉冲箱；
[0010]所述主控箱Α、所述接口箱A和所述运算箱A组成第I换流阀控制系统；所述主控箱A的第I接口与所述接口箱A双向通信；所述主控箱A的第2接口与所述运算箱A的第I接口双向通信；所述运算箱A的第2接口与所述录播箱双向通信；所述运算箱A的第3接口与各个所述脉冲箱双向通信；
[0011]所述主控箱B、所述接口箱B和所述运算箱B组成第2换流阀控制系统；所述主控箱B的第I接口与所述接口箱B双向通信；所述主控箱B的第2接口与所述运算箱B的第I接口双向通信；所述运算箱B的第2接口与所述录播箱双向通信；所述运算箱B的第3接口与各个所述脉冲箱双向通信；
[0012]此外，所述主控箱A和所述主控箱B双向通信，由此使所述第I换流阀控制系统和所述第2换流阀控制系统构成双冗余热备份体系。
[0013]优选的，所述主控箱A和所述接口箱A之间采用多芯屏蔽线连接；所述主控箱A和所述运算箱A之间、所述运算箱A和各个所述脉冲箱之间均采用光纤通信方式，通信协议为SR1 ;所述主控箱B和所述接口箱B之间、所述主控箱B和所述运算箱B之间、所述运算箱B和各个所述脉冲箱之间均采用光纤通信方式，通信协议为SR10。
[0014]优选的，所述主控箱A、所述运算箱A和所述脉冲箱均包括双冗余供电电源以及若干个功能板卡组成。
[0015]优选的，所述主控箱A所包括的功能板卡包括五类，分别为:主控板卡、第I扩展板卡、输入输出板卡、录播板卡以及通讯板卡；所述主控板卡分别与所述第I扩展板卡、所述输入输出板卡、所述通讯板卡以及所述录播板卡通信连接；其中，所述第I扩展板卡用于与运算箱A通讯连接；所述通讯板卡用于与上级系统通信连接；所述输入输出板卡用于与若干个I/O接口连接；所述录播板卡用于存储和显示所述主控板卡传输的信息；
[0016]所述运算箱A所包括的功能板卡包括四类，分别为:运算板卡、通讯板卡和第2扩展板卡；所述运算板卡通过所述第2扩展板卡与所述主控箱A的第I扩展板卡进行数据传输通信；所述运算板卡的设置数量为6组，每组所述运算板卡对应模块化多电平换流器中的一个桥臂，用于与所述脉冲箱中用于采集或控制一个桥臂的所有脉冲板通信，具体为:用于唯一对所述桥臂的状态信息进行解算，或者，用于唯一对所述主控箱A向该桥臂下发的控制指令进行解算；所述通讯板卡用于将所述运算板卡解算到的相关信息存储到所述录播箱；
[0017]所述脉冲箱所包括的功能板卡包括两类，分别为:扩展板卡及6-12块脉冲板；1块所述脉冲板对应所述桥臂中的1-8个子模块SM，实现对各个所述子模块SM投入、切除的控制，或者，实现对所述子模块SM运行状态信息的采集；所述扩展板卡用于将一个脉冲箱所包含的所有脉冲板进行汇总，并连接到所述运算箱A的对应运算板卡上，实现与所述运算箱A进行数据传输通信。
[0018]优选的，每个所述功能板卡均包括:主处理器、辅助处理器、时钟网络、电源系统、背板电源、背板通讯接口和至少一个功能接口电路；
[0019]所述背板电源通过所述电源系统分别向所述时钟网络、所述辅助处理器和所述主处理器供电；
[0020]所述时钟网络分别与所述主处理器和所述辅助处理器连接，用于提供所述主处理器和所述辅助处理器的工作时钟；
[0021]所述主处理器和所述辅助处理器之间通过双向通讯；所述辅助处理器还与所述背板通讯接口双向通信；所述功能接口电路分别与所述主处理器和所述辅助处理器双向通信；其工作原理为:所述功能接口电路同时向所述主处理器和所述辅助处理器上传待处理数据；所述主处理器和所述辅助处理器协同工作，所述主处理器用于进行高速浮点运算；所述辅助处理器用于进行通信处理以及进行辅助运算处理。
[0022]优选的，所述主处理器为DSP ;所述辅助处理器为FPGA ;所述功能接口电路为网口、485/CAN通讯接口、光电输出驱动电路和/或1接口。
[0023]本发明还提供一种基于柔性直流输电的MMC换流阀控制方法，包括子模块SM工作状态采集流程和子模块SM工作状态控制流程:
[0024]所述子模块SM工作状态采集流程包括以下步骤:
[0025]SI，同一脉冲箱由若干个脉冲板和扩展板卡组成；每个脉冲板与1-8个子模块SM连接，所述脉冲板采集各个所述子模块SM的工作状态信息，并将各个所述子模块SM的工作状态信息上传给所述扩展板卡；
[0026]所述扩展板卡汇总同一脉冲箱所对应的所有子模块SM的工作状态信息，并将所述同一脉冲箱所对应的所有子模块SM的工作状态信息分别上传给运算箱A的一块运算板卡和运算箱B的一块运算板卡；
[0027]S2，所述运算箱A共配置有6组运算板卡，每组所述运算板卡对应一个桥臂，每组所述运算板卡和属于同一桥臂的多个脉冲箱连接，用于接收来自各个所述脉冲箱的所有子模块SM的工作状态信息，并对所述同一桥臂所对应的所有子模块SM的工作状态信息进行预处理，滤除干扰，通过算法统计得到对应桥臂的工作状