CN103036402B - 一种用于高压大容量柔性直流输电的阀基控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于高压大容量柔性直流输电的阀基控制设备，柔性直流输电系统包括模块化多电平换流器；阀基控制设备包括感受单元、策略单元、公共信息单元、预处理agent、演绎agent、监视agent和执行agent；感受单元采集模块化多电平换流器的数据，传给预处理agent和演绎agent进行数据处理，将处理后的数据传给策略单元，策略单元根据得到的数据进行控制，将控制信号传给执行agent，控制模块化多电平换流器；监视agent用于监视阀基控制设备采集的数据；公共信息单元保存传输的数据，并用于数据共享。本发明解决了阀控技术上的大规模高速信息采集问题、复杂决策运算以及综合评价保护等问题。

Description

一种用于高压大容量柔性直流输电的阀基控制设备

技术领域

本发明属于电力系统的电力电子直流输电领域，具体涉及一种用于高压大容量柔性直流输电的阀基控制设备。

背景技术

阀基控制设备（VBC）是模块化多电平柔性直流输电控制保护系统和换流阀的接口设备，主要用于完成阀的控制、监视和保护。每当控制保护系统下发阀的控制命令时，VBC就根据该命令投切或者旁路换流阀。

模块化多电平柔性直流换流阀由IGBT、晶闸管、旁路开关等不同开关组件组成，因此，如果对每个子模块的不同组件进行不同的控制，不仅要求VBC在很短的控制周期内完成所有子模块的巡检，还要求根据不同的巡检信息完成一次电容电压平衡控制，对每个子模块发出不同的投切指令。

由于模块化多电平（MMC）技术在高压直流输电领域应用时，换流阀需要数百乃至数千只子模块串联，而每个子模块都必须单独控制，同时，分布式布置的储能电容器，使各子模块电容电压的均衡分配非常困难，而各相之间由于能量分配不均衡而导致的换流器内部环流，也会致使电流波形发生畸变，因此，电压平衡算法和环流抑制算法是整个系统能够稳定运行的前提；此外，系统的安全综合评价体系和保护策略，也是系统可靠运行的保障；而所有这些大规模数据信息的采集、处理，以及复杂算法、策略决策的实现，都需要在几十微秒的周期内完成，因此，对于MMC系统的阀基控制技术来说，建立良好适用的体系架构，是直接决定MMC系统控制长期稳定可靠运行成败与否的关键所在。

图1是现有阀基控制技术设备模型图，图中，相对于常规直流输电技术的阀基电子（VBE）技术，柔性直流输电技术的阀基控制技术更加强调对子模块的控制，包括子模块电容电压平衡控制研究、环流抑制研究以及综合评价保护研究等策略与决策。高压大容量柔性直流输电系统的阀基控制内容包括信息采集，演绎分析，调制，环流抑制策略，子模块电容电压平衡控制策略，安全综合评价，保护策略，决策形成等一系列工作和需求。

模块化多电平换流阀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。对中小容量柔性直流输电应用，柔性直流输电阀基控制设备的架构主要以单个的智能单元为功能模块，通过冗余热备份架构实现数据采集、数据处理和算法实现等功能，但在高压大容量系统应用下，上述架构在系统采集能力、处理能力和决策、评价效率执行等方面都将无法满足运行要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于高压大容量柔性直流输电的阀基控制设备，解决了阀控技术上的大规模高速信息采集问题、复杂决策运算以及综合评价保护等问题。

本发明提供的一种用于高压大容量柔性直流输电系统的阀基控制设备，所述柔性直流输电系统采用模块化多电平换流器技术；其改进之处在于，所述阀基控制设备包括感受单元、策略单元、公共信息单元、预处理agent、演绎agent、监视agent和执行agent；

所述感受单元采集所述模块化多电平换流器的数据，传给所述预处理agent和所述演绎agent进行数据处理，将处理后的数据传给所述策略单元，所述策略单元根据得到的数据进行控制，将控制信号传给所述执行agent，控制所述模块化多电平换流器；

所述监视agent用于监视所述阀基控制设备采集的数据，包括子模块状态、桥臂电流、子模块电压信息、系统运行情况、故障情况等所有信息；

所述公共信息单元保存传输的数据，并用于数据共享。

其中，所述感受单元采集所述模块化多电平换流器的数据包括：电压、DIDO信息和阀信息。

其中，所述感受单元包括至少一个agent；当两个以上agent工作时，agent直接采用并行的方式采集数据。

其中，所述策略单元包括策略agent和保护agent；

所述策略agent用于产生电容电压平衡策略和环流抑制策略；

所述保护agent用于评价智能综合安全和判定阀基保护策略。

其中，所述公共信息单元包括至少一个agent。

其中，所述预处理agent是将感受单元采集的数据经过求导、微分、积分处理，生成系统策略需要的参量。

其中，所述演绎agent是将感受单元采集的数据进行谐波计算、阈值判读、状态判断、系统阻抗计算和故障相判别。

其中，所述感受单元、所述预处理agent、所述演绎agent和所述策略单元之间采用千兆光网络互联；

所述公共信息单元分别与所述监视agent、所述感受单元、所述预处理agent、所述演绎agent和所述策略单元之间采用千兆光网络互联；

所述执行agent与所述策略单元通过千兆光网络互联。

其中，所述策略单元将处理后的数据传给级控系统，所述级控系统用于监控数据。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

本发明阀基控制设备VBC采取多agent系统，作为高压大容量柔性直流输电系统阀基控制的技术架构，具有非常好的技术优势。分布式人工智能技术使逻辑上和物理上分散的系统并行、协调地求解问题。按控制系统的要求，从功能上划分为多个agent系统，互相通信，彼此协调，共同完成大的复杂系统的控制作业任务。该系统不仅具备一般分布式系统所具有的资源共享、可靠性强、实时性强、易于扩展等特点，而且通过各agent简单相互协调和协作即可解决大规模的复杂问题，使系统具有很强的灵活性和鲁棒性。

本发明采取多agent系统架构，以多agent系统分布式计算和自身的智能性、实时性、共享性等特点，解决了阀控技术上的大规模高速信息采集问题、复杂决策运算以及综合评价保护等问题。

本发明功能模块架构以多个agent进行底层定义，实现了电流控制和桥臂控制功能的同时，使控制风险的分散性也得到了保证；

本发明多agent技术替代单独的智能功能模块，将策略算法由原有的传统控制策略实现转为高级的智能优化算法（如神经网络优化算法、遗传与禁忌混合算法、多目标动态优化算法等）实现成为可能，从根本上增强了系统的处理能力，突破了系统的复杂算法解决能力的瓶颈。

本发明通过多agent互联网络架构取代原有的双冗余热备份架构，多个局域专用千兆网络互联的agent加上专用接收接口，将大规模的阀状态和桥臂信息进行统一的采集接收和处理决策；

本发明完整的调度机制和智能调度策略，结构不会受节点的动态增加或减少的影响，使系统具有良好的可扩放性；

本发明通信接口包括端到端光纤通信技术和前兆局域网络，大大提高了系统采集能力、数据吞吐量，并降低了系统控制延时。

本发明多agent系统完整的调度机制和智能调度策略很好的实现智能优化算法，包括环流抑制、子模块电容电压平衡以及综合保护评价等复杂算法的实现。

附图说明

图1为本发明提供的多agent系统阀基设备架构体系图。

图2为本发明提供的阀基控制技术设备模型图。

图3为本发明提供的策略多agent网络分布式协商与调度。

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。

本实施例提供的一种用于高压大容量柔性直流输电的阀基控制设备，其模型图如图2所示，所述柔性直流输电系统包括模块化多电平换流器；所述阀基控制设备包括感受单元、策略单元、公共信息单元、预处理agent、演绎agent、监视agent和执行agent；

所述感受单元采集所述模块化多电平换流器的数据，传给所述预处理agent和所述演绎agent进行数据处理，将处理后的数据传给所述策略单元，所述策略单元根据得到的数据进行控制，将控制信号传给所述执行agent，控制所述模块化多电平换流器；

所述监视agent用于监视所述阀基控制设备采集的数据，包括子模块状态、桥臂电流、子模块电压信息、系统运行情况、故障情况等所有信息；

所述公共信息单元保存传输的数据，并用于数据共享；

所述策略单元将处理后的数据传给级控系统，所述级控系统用于监控数据。

其阀基控制设备内的具体连接关系为：所述感受单元、所述预处理agent、所述演绎agent和所述策略单元之间采用千兆光网络互联；所述公共信息单元分别与所述监视agent、所述感受单元、所述预处理agent、所述演绎agent和所述策略单元之间采用千兆光网络互联；所述执行agent与所述策略单元通过千兆光网络互联。

本实施例的感受单元采集所述模块化多电平换流器的数据包括：电压、DIDO信息和阀信息。感受单元包括至少一个agent；当两个以上agent工作时，agent直接采用并行的方式采集数据。

本实施例的策略单元包括策略agent和保护agent；所述策略agent用于产生电容电压平衡策略和环流抑制策略；所述保护agent用于评价智能综合安全和判定阀基保护策略。

本实施例的公共信息单元包括至少一个的agent，agent间相互通信，完成存储数据和信息共享功能。

本实施例的预处理agent是将感受单元采集的数据经过求导、微分、积分处理，生成系统策略需要的参量。参量包括电流变化率、电压变化率和阀值等。

本实施例的演绎agent是将感受单元采集的数据进行谐波计算、阈值判读、状态判断、系统阻抗计算和故障相判别。

图3是策略多agent网络分布式协商与调度。图中，整个阀基控制设备的每个单元都有一个完整的调度机制和智能调度策略，结构不会受节点的动态增加或减少的影响，系统具有良好的可扩放性。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种用于高压大容量柔性直流输电系统的阀基控制设备，所述柔性直流输电系统采用模块化多电平换流器技术；其特征在于，所述阀基控制设备包括感受单元、策略单元、公共信息单元、预处理agent、演绎agent、监视agent和执行agent；

所述感受单元采集所述模块化多电平换流器的数据，传给所述预处理agent和所述演绎agent进行数据处理，将处理后的数据传给所述策略单元，所述策略单元根据得到的数据进行控制，将控制信号传给所述执行agent，控制所述模块化多电平换流器；

所述监视agent用于监视所述阀基控制设备采集的数据；

所述公共信息单元保存传输的数据，并用于数据共享；

所述感受单元采集所述模块化多电平换流器的数据包括：电压、DIDO信息和阀信息；

所述感受单元包括至少一个agent；当两个以上agent工作时，agent直接采用并行的方式采集数据；

所述策略单元包括策略agent和保护agent；

所述策略agent用于产生电容电压平衡策略和环流抑制策略；

所述保护agent用于评价智能综合安全和判定阀基保护策略；

所述公共信息单元包括至少一个agent；

所述预处理agent是将感受单元采集的数据经过求导、微分、积分处理，生成系统策略需要的参量。

2.如权利要求1所述的阀基控制设备，其特征在于，所述演绎agent是将感受单元采集的数据进行谐波计算、阈值判读、状态判断、系统阻抗计算和故障相判别。

3.如权利要求1所述的阀基控制设备，其特征在于，所述感受单元、所述预处理agent、所述演绎agent和所述策略单元之间采用千兆光网络互联；

所述公共信息单元分别与所述监视agent、所述感受单元、所述预处理agent、所述演绎agent和所述策略单元之间采用千兆光网络互联；

所述执行agent与所述策略单元通过千兆光网络互联。

4.如权利要求1所述的阀基控制设备，其特征在于，所述策略单元将处理后的数据传给级控系统，所述级控系统用于监控数据。