CN102738818B - 一种直流输电的控制方法及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流输电的控制方法及其控制系统，本发明公开的控制系统包括：换流站控制、阀基电子设备和阀控制单元。本发明的公开的控制方法包括：阀基电子设备用于接收换流站控制的设定值，并将设定值转换为对阀控制单元的动作指令，以及阀控制单元应该执行该指令的时间信息；然后阀基电子设备通过光纤将动作指令和执行该指令的时间信息传送给阀控制单元。在本发明方案中，执行指令的时间既可以是一个绝对的时刻，也可以用相对阀单元收到指令时刻的时间偏移来表示。在高压直流输电的控制系统中，本发明方案降低了高压直流输电对阀基电子设备触发周期的要求和触发时刻精度的要求。

Description

一种直流输电的控制方法及其控制系统

技术领域

本发明属于电力电子领域，特别是指一种直流输电的控制方法及其控制系统。

背景技术

高压直流输电的换流站通常包括在高电位运行的多个阀单元换流阀(高电位的开关)，和低电位运行的阀基电子设备VBE，以及换流站控制。换流站控制用于接受电网指令，计算产生阀基电子设备所需要的设定值，从而实现对换流站的有功、无功、直流电压等进行控制。阀控制单元是指阀单元内部的低电压控制装置，它与阀基电子设备通过光纤通信，并直接控制阀单元内部的功率开关、旁路开关等装置。阀基电子设备接收换流站控制的设定值，将其转换为阀可以接受的指令，通过光纤向阀单元发出控制指令，控制阀单元的开通、关断等。阀单元向阀基电子设备发出状态反馈，告知阀单元当前的状态，阀基电子设备会将相应的信息转送给换流站控制。

目前的高压直流输电系统中(HVDC)，阀基电子设备以简单脉冲形式给出阀单元的指令。比如，在一种基于晶闸管的高压直流输电系统中，阀基电子设备以两个相邻小于30μs的脉冲表示晶闸管触发指令，阀单元收到该指令后，应该立刻触发晶闸管，如图1所示。在一种基于IGBT的高压直流输电系统中，阀基电子设备用一个特定的脉冲串表示阀单元应该切换到正电压输出，以另一个特定的脉冲串表示阀单元应该切换到零电压输出。阀单元在完整收到相应的脉冲串以后，应该立刻执行指令，切换到相应的开关状态，如图2所示。不管对于哪种高压直流输电系统，现在的控制系统设计都要求阀单元在接受到动作指令后，立刻执行(如中国专利公开第CN101170305号，贺之渊等，一种晶闸管触发方法，2008，中国电力科学研究院；中国专利公开第CN101958541号，汤广福，郝长城与张娟，一种用于实现直流输电换流阀可靠触发的串行编码方法，2011，中国电力科学研究院)。

在基于可关断器件的高压直流输电系统中，这种控制系统会要求内部处理器的触发频率很高，特别是在直流电压很高、系统串联的阀单元数目很大的情况下，要求阀基电子设备内部处理器的触发周期很小，否则会影响系统输出的电平数目，从而影响系统输出的谐波(屠卿瑞，徐政与姚为正，模块化多电平换流器型直流输电电平数选择研究.电力系统保护与控制，2010(20)：第33-38+44页)。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种直流输电的控制方法及其控制系统，以解决上述现有技术对处理器触发时刻的精度和频率要求过高的问题。

为了实现上述目的，本发明一种直流输电的控制方法采用如下技术方案：

一种直流输电的控制方法，包括以下步骤：

阀基电子设备发送用于控制阀单元内的功率开关的切换状态的指令；所述指令中包含执行所述指令的时刻信息；

所述阀单元接收所述指令，按照所述时刻信息控制内部的功率开关切换状态。

本发明进一步的改进在于：所述时刻信息包括：基于GPS的时刻或相对于基准时刻的时间间隔信息。

本发明进一步的改进在于：所述控制内部的功率开关切换状态包括：在所述基于GPS的时刻，控制内部的功率开关切换状态；或在基于所述基准时刻的时间间隔结束时，控制内部的功率开关切换状态。

本发明进一步的改进在于：所述基准时刻包括：所述指令的接收时刻、所述指令的结束时刻或所接收的下一条指令的接收时刻。

本发明进一步的改进在于：所述阀基电子设备通过连接的换流站获得需要调节的电压参数；根据所述电压参数通过PWM调制或最近电平逼近的方式确定所述指令中的所述时刻信息；所述电压参数为阀基电子设备所控制的阀单元的输出电压值或这些阀单元的输出电压值与输电系统直流电压的比值。

本发明进一步的改进在于：所述功率开关为IGBT；所述切换状态的操作包括正电平输出、零电平输出或旁路保护。

为了实现上述目的，本发明一种直流输电的控制系统采用如下技术方案：

一种直流输电的控制系统，包括：阀基电子设备，用于发送控制阀单元内的功率开关的切换状态的指令；所述指令中包含执行所述指令的时刻信息；阀单元，用于接收所述指令，按照所述时刻信息控制内部的功率开关的切换状态。

本发明进一步的改进在于：所述系统还包括：换流站，用于通过电网的功率参数确定电压的调节参数，将所述电压调节参数发送至所述阀基电子设备。

本发明进一步的改进在于：所述时刻信息包括：基于GPS的时刻或相对于基准时刻的时间间隔信息；所述基准时刻包括：所述指令的接收时刻、所述指令的结束时刻或所接收的下一条指令的接收时刻。

本发明进一步的改进在于：所述阀单元还用于在所述基于GPS的时刻到达时，控制内部的功率开关切换状态；或在基于所述基准时刻的时间间隔结束时，控制内部的功率开关切换状态。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明方案中，从阀基电子设备到阀控制单元的通信内容将不仅仅包括状态切换指令，而且包括期望执行状态切换的时间信息；动作指令可以为：切换至某一状态(如正电平输出，零电平输出)、旁路保护动作等。

执行指令的时间，既可以是一个绝对的时刻，也可以用相对阀单元收到指令时刻的时间间隔来表示。阀控制单元在收到通讯内容后，将根据通讯中包含的时间信息，在期望的时刻执行状态切换。这样，即使以较长的周期通讯，比如，每500μs通讯一次，阀单元依然可以在准确的时刻进行状态切换。这样将有效提高阀单元的输出精度，从而降低系统产生的谐波。

附图说明

图1是现有的基于晶闸管器件高压直流输电的一种通讯方式的示意图；

图2是现有的基于可关断器件高压直流输电的一种通讯方式的示意图；

图3为本发明实施例所基于的控制系统图；

图4为本发明基于图3所示控制系统的一种具体实现方式图；

图5为本发明实施例的方法流程图；

图6为本发明实施例阀基电子设备和阀控制单元通讯的一种实现方式图；

图7为本发明实施例阀基电子设备和阀控制单元通讯内容的另外一种实现方式示意图；

图8为本发明实施例阀基电子设备和阀控制单元通讯内容的又一种实现方式示意图；

图9为本发明实施例阀基电子设备和阀控制单元通讯内容的又一种实现方式示意图；

图10是基于可关断器件的高压直流输电换流站的一个桥臂示意图；

图11为本发明实施例在图10所示桥臂上的一种实现示意图。

具体实施方式

为清楚说明本发明中的技术方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。

图3为本发明的控制系统图；参见图3所示，该控制系统包括低电位的换流站控制、阀基电子设备以及高电位的阀单元。其中一个换流站包括多个阀；一个阀包括多个阀单元组成三相的变流器。换流站用于通过电网的功率参数确定电压的调节参数，并将该电压调节参数发送至阀基电子设备。

阀单元用于高电压、大电流的开关切换，包括一个阀控制单元用于直接控制阀单元内部的功率开关(如IGBT)和旁路开关的开通、关断。

阀基电子设备(VBE)主要用于指令的转换和光纤通讯，将一种阀输出电压值格式的指令转换为阀单元的具体动作指令(如开通、关断、切换至某一状态等)。主要通过PWM或电平逼近方法实现。阀基电子设备用于接收换流站控制设备的设定值，并将其转换为阀单元可以识别的控制指令，通过光纤向阀单元发送控制指令，从而控制阀单元内部的功率开关、旁路开关的开通、关断。另一方面，阀单元也向阀基电子设备发送状态反馈信号，告知阀单元当前的状态，阀基电子设备也会将相应的信息转送给换流站控制设备。

图4为本发明基于图3所示控制系统的一种具体实现方式图，参见图4，执行如图5所示的方法步骤流程，其实现步骤具体如下：

步骤501：换流站控制设备接受电网的命令(如传100兆有功、50兆无功，或抬高直流电压等)；按照它的控制算法，为每个阀基电子设备计算出设定值(比如：当前阀单元的输出电压值)；

步骤502：阀基电子设备从换流站控制装置取得该设定值；该设定值可以为阀基电子设备所连接的所有阀单元的总输出电压值，也可以是这个总输出电压值与系统直流电压的比值；

步骤503：阀基电子设备通过pwm调制算法、最近电平逼近的方法计算出为了满足该设定值，阀单元所应该执行的动作及执行该动作的时刻信息；

步骤504：阀基电子设备将步骤503所计算出的结果通过光纤传输给相应的阀单元；

步骤505：阀单元在接受到控制指令后，在规定的精确时刻执行该控制指令，从而最后实现了换流站的设定值。

图6为本发明阀基电子设备到阀控制单元通信的一种实现方式图，参见图6，在一次通讯内容中包括有：起始位、状态切换指令、相对本次通讯的起始时刻阀单元执行状态切换指令前应加入的延时时间、校验位信息。具体的执行过程如图7所示，阀单元从收到通讯内容的第一位数据的起始位开始计时，当计时时间等于通讯给出的延时时间时，执行本次通讯中的状态切换指令。进一步地，如果通讯内容中所对应的时间信息中，不需要进行状态切换，则通讯中的状态切换指令将给出一个特殊编码，阀单元不进行任何的动作。

如图8所示，为本实施例阀基电子设备和阀控制单元通讯内容的另外一种实现方式示意图，在该实现中，通讯内容中包含的时间信息为相对下次通讯的起始时刻，执行本次通讯规定的状态切换指令的延长时间。

如图9所示，为本实施例阀基电子设备和阀控制单元通讯内容的又一种实现方式示意图，在该实现中，通讯内容中包含的时间信息为相对本次通讯的结束时刻，执行本次通讯规定的状态切换指令的延时时间。或者还可以为一个绝对的时间点，通过GPS校准。

参见图10，图10是基于可关断器件的高压直流输电换流站的一个桥臂示意图，包括换流站控制设备、阀基电子设备，每个阀基电子设备会控制半个桥臂，每个桥臂包括5个阀单元。当阀基电子设备接收到来自换流站控制设备下一个周期的设定值时，假设设定值随时间连续变化，线性平稳的增加；要求总输出电压随时间线性增加，如图11所示，阀基电子设备将用阶梯波来模拟该输出设定值，并通过最近电平逼近的方法，计算出每个阀单元所应该输出的状态信息和状态切换的精确时刻信息，然后将控制指令和执行该控制指令的精确时刻信息一起发送给阀控制单元。假设，发出的指令为，单元1输出0电压，单元2在ts1时刻从0切换到正电压，单元3在ts2时刻从0切换到正电压，单元4和5输出正电压。最后执行的各阀单元输出总电压结果如图11所示，很好地满足了输入设定的要求。

对于本发明各个实施例中所阐述的装置，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种直流输电的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

阀基电子设备发送用于控制阀单元内的功率开关的切换状态的指令；所述指令中包含执行所述指令的时刻信息；其中，所述阀基电子设备通过连接的换流站获得需要调节的电压参数，根据所述电压参数通过PWM调制或最近电平逼近的方式确定所述指令中的所述时刻信息；

所述电压参数为阀基电子设备所控制的阀单元的输出电压值或这些阀单元的输出电压值与输电系统直流电压的比值；

所述阀单元接收所述指令，按照所述时刻信息控制内部的功率开关切换状态；

所述时刻信息包括：基于GPS的时刻或相对于基准时刻的时间间隔信息；

所述基准时刻包括：所述指令的接收时刻、所述指令的结束时刻或所接收的下一条指令的接收时刻。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制内部的功率开关切换状态包括：

在所述基于GPS的时刻，控制内部的功率开关切换状态；

或在基于所述基准时刻的时间间隔结束时，控制内部的功率开关切换状态。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述功率开关包括IGBT；所述切换状态的操作为正电平输出、零电平输出或旁路保护。

4.一种直流输电的控制系统，其特征在于，包括：

阀基电子设备，用于发送控制阀单元内的功率开关的切换状态的指令；所述指令中包含执行所述指令的时刻信息；其中，所述阀基电子设备通过连接的换流站获得需要调节的电压参数，根据所述电压参数通过PWM调制或最近电平逼近的方式确定所述指令中的所述时刻信息；所述电压参数为阀基电子设备所控制的阀单元的输出电压值或这些阀单元的输出电压值与输电系统直流电压的比值；

阀单元，用于接收所述指令，按照所述时刻信息控制内部的功率开关的切换状态；

所述时刻信息包括基于GPS的时刻或相对于基准时刻的时间间隔信息；

所述基准时刻包括：所述指令的接收时刻、所述指令的结束时刻或所接收的下一条指令的接收时刻。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

换流站，用于通过电网的功率参数确定需要调节的电压参数，将所述电压参数发送至所述阀基电子设备。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述阀单元还用于在所述基于GPS的时刻到达时，控制内部的功率开关切换状态；或在基于所述基准时刻的时间间隔结束时，控制内部的功率开关切换状态。