CN102185306A - 一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备，该设备包括电源板、接口板、背板和中央处理板；接口板和电源板设于中央处理板两侧；中央处理板、接口板和电源板设在背板上。本发明采取统一的硬件结构设计，使得阀基控制设备中电流控制单元及桥臂控制单元可以灵活组合，满足不同柔性直流输电工程的需求；采取双中央处理板的设计思路，确保了实时运算的可靠性，提高了中央处理板运算效率；Lvds数据总线和时钟总线同时使用在大大提高数据传输速率的同时，也确保的传输数据的同步性；双中央处理板设计和可供选择的接口板卡设计，提高了数据传输的可靠性，扩展性好；双电源板的设计提高了供电可靠性，并可以带电检修，实现热插拔。

Description

一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备
技术领域：
本发明涉及电力系统的电力电子直流输电领域，具体涉及一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备机箱设计。
背景技术：
柔性直流输电是采用直流作为中介的一种新的输电方式，采用基于可关断型器件的电压源型换流器和先进调制技术进行直流输电，是交流电网的有益补充，可以在实现电力输送的同时，提高现有交流输电系统的输送能力和稳定性，使现有交流输电系统得到更有效的利用。模块化多电平换流器由多个子模块串联组成，其子模块由旁路开关、晶闸管、IGBT、二极管和电容构成。模块化多电平换流器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。同时，由于子模块除了IGBT，还有保护晶闸管、旁路开关等组件，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。
本发明中的阀控单元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。
发明内容：
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是设计一种阀基控制设备，以适应不同柔性直流输电容量等级的需要。
本发明提供的一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备，所述设备包括电源板、接口板、背板和中央处理板；其改进之处在于，所述接口板和所述电源板设于中央处理板两侧；所述中央处理板、所述接口板和所述电源板设在所述背板上。
本发明提供的第一优选方案的阀基控制设备，其改进之处在于，所述中央处理板为并列在一起的两块中央处理板。
本发明提供的第二优选方案的阀基控制设备，其改进之处在于，所述电源板设有两块，设于所述背板的最外侧。
本发明提供的第三优选方案的阀基控制设备，其改进之处在于，所述接口板的数量大于一，每个所述接口板上设有光接收器和光发送器，并且所述接口板与柔性直流换流阀子模块控制单元连接。
本发明提供的第四优选方案的阀基控制设备，其改进之处在于，所述中央处理板与所述背板设置60对导线；所述背板与所述接口板之间设置12对导线。其中一对导线是指2跟导线。
本发明提供的第五优选方案的阀基控制设备，其改进之处在于，所述接口板与所述子模块控制SMC单元之间通过6对收发光纤连接。其中一对光纤是指2根光纤。
本发明提供的较优选方案的阀基控制设备，其改进之处在于，所述电源板设有两块，设于所述背板的最外侧。
本发明提供的另一优选方案的阀基控制设备，其改进之处在于，所述接口板的数量大于一，每个所述接口板上设有光接收器和光发送器，并且所述接口板与柔性直流换流阀子模块控制单元SMC连接。
与现有技术比，本发明的有益效果为：
本发明采取统一的硬件结构设计，使得阀基控制设备VBC中电流控制单元及桥臂控制单元可以灵活组合，满足不同柔性直流输电工程的需求；
本发明采取双中央处理板的设计思路，确保了实时运算的可靠性；
本发明在每个接口板进行数据的预处理，对回报的电容电压进行优先排序，最终将并行数据简化为有效的串行数据上传中央处理板。
本发明将每个接口板负责子模块的回报信息进行预处理后简化成一帧数据上传中央处理板，保留的有效信息，大大缩短了中央处理板对回报信息的传输及处理时间。
本发明的子模块控制命令实时传送给接口板，背板通信速率可到百兆以上，低压差分技术Lvds数据总线和时钟总线同时使用在大大提高数据传输速率的同时，也确保的传输数据的同步性；
双中央处理板设计和可供选择的接口板卡设计，提高了数据传输的可靠性，扩展性好；
接口板首先进行数据预处理后将有效数据上传中央处理板，大大提高了中央处理板运算效率；
双电源板的设计提高了供电可靠性，并可以带电检修，实现热插拔。
附图说明
图1：本发明提供的VBC机箱配置示意图；
图2：VBC控制箱原理图；
图3：VBC控制箱内部Lvds数据流格式示意图；
其中，smab代表第a个sm的第b位。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
图1中，VBC控制箱硬件采取2块电源板、2块中央处理板、10块接口板的配置方式，所有板卡通过背板进行电压及信号的传递。各板卡功能如下：
电源板：将换流站DC110V或DC220V电源转换为5V或15V电源供给中央处理板及接口板。其中，电源板可热插拔，即在通电状态下，电源板如果出现故障，可直接将电源板从机箱中拔掉。
中央处理板：实现阀控制保护算法，数据汇总、数据通信功能。
接口板：实现柔性直流换流阀子模块数据汇总及预处理，数据通信功能。接口板上设有光纤收发器、光纤发送器和LED显示灯。
背板：提供电源及信号传递的通道。
其中，接口板数量可根据下级子模块数量进行适当调整，每块接口板上的光发送器和光接收器数量也可以根据子模块数量进行适当调整。
图2中，两块中央处理板与10块接口板通过背板、Lvds数据总线和同步时钟线进行数据传输，VBC采取双中央处理板(主、从)设计，与每块接口板采取1根时钟线2根数据总线的数据传输方式。每块中央处理板分别通过60对导线经背板与接口板进行数据交互，每块接口板分别通过6对导线(3对收，3对发，传输lvds信号)与主中央处理板进行数据交互，每块接口板分别通过6对导线(3对收，3对发，传输lvds信号)与从中央处理板进行数据交互，每块接口板与6个柔性直流换流阀子模块接口，10块共负责60个子模块的触发及监控。
图3中，接口板将6个柔性直流换流阀子模块SM0～SM5(SM，sub-module，子模块)的数据预处理为两帧有效数据后，采用两条数据总线将信号传到子模块控制器SMC单元然后将反馈信号反馈回中央处理板，一路用于同步时钟，另外两路各负责3路SM信息的发送，其中一条负责子模块SM0～SM2，另一条负责子模块SM3～SM5，且同步串行发送波特率是异步串行发送比特率的3倍，如同步串行比特率12Mbps，异步串行应为为4Mbps，即在接收到第一个比特同步串行数据之后，接口板与SM之间即可以开始异步串行通信，其中异步串行中的校验位是在接口板的FPGA中加入的，发送时高位在前低位在后。这样，在充分利用信道资源的前提下提高了串行通信的速率，实际设计中可以根据接口板下级设备的数量灵活选择数据总线的数量。其中，sm ab代表第a个sm的第b位。如sm00代表第0号sm的发送帧的最高位数据位。
最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明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发明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。

Claims (8)

1.一种模块化多电平柔性直流输电阀基控制设备，所述设备包括电源板、接口板、背板和中央处理板；其特征在于，将所述接口板和所述电源板设于中央处理板两侧；将所述中央处理板、所述接口板和所述电源板设在所述背板上。
2.如权利要求1所述的阀基控制设备，其特征在于，所述中央处理板为并列在一起的两块中央处理板。
3.如权利要求1所述的阀基控制设备，其特征在于，所述电源板设有两块，设于所述背板的最外侧。
4.如权利要求1所述的阀基控制设备，其特征在于，所述接口板的数量大于一，每个所述接口板上设有光接收器和光发送器，并且所述接口板与柔性直流换流阀子模块控制单元连接。
5.如权利要求1所述的阀基控制设备，其特征在于，所述中央处理板与所述背板设置60对导线；所述背板与所述接口板之间设置12对导线。
6.如权利要求1所述的阀基控制设备，其特征在于，所述接口板与所述子模块控制SMC单元之间通过6对光纤连接。
7.如权利要求2所述的阀基控制设备，其特征在于，所述电源板设有两块，设于所述背板的最外侧。
8.如权利要求3所述的阀基控制设备，其特征在于，所述接口板的数量大于一，每个所述接口板上设有光接收器和光发送器，并且所述接口板与柔性直流换流阀子模块控制单元连接。
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