CN104467382B - 一种链式电压源型换流器的移相触发装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种链式电压源型换流器的移相触发装置及控制方法，通过COM通信板采集相应链结控制器的电压、温度和链结故障状态信息，通过CPU板通过计算后发送控制信息，PWM板能够接收CPU板的调制时钟周期信号，输出若干列PWM脉冲序列发送到相应的链结控制器中，采用多重化技术、多电平技术或PWM技术，能够消除次数较低的谐波，并使如7、11等较高次数谐波减小到可以接受的程度；本发明采用数字控制技术，提高了系统的稳定性和可靠性，并且使得STATCOM具有更快的响应速度，因而更适合抑制电压闪变；本发明采用该控制系统的STATCOM控制更加灵活，它具有调节速度快，调节范围广，在感性和容性运行工况下均可连续快速调节，响应速度可达毫秒级等优点。

Description

一种链式电压源型换流器的移相触发装置及控制方法
技术领域
本发明涉及柔性交流输电技术领域，具体涉及一种链式电压源型换流器的移相触发装置及控制方法。
背景技术
随着电力电子技术的发展，特别是具有可关断电力电子器件的发展，如绝缘栅极晶体管(IGBT)，门极可关断晶闸管(GTO)，促进了HVDC输电技术的一次重大变革。由于采用全控型器件构成的电压源换流器，以及脉宽调制控制技术为基础，使得电压源型换流器直流输电技术(VSC-HVDC)有同时控制有功功率和无功功率,动态补偿母线无功功率，稳定交流母线电压等功能。本装置研究主要用于基于模块化多电平换流器的STATCOM,目前国内关于STATCOM模块化多电平换流器主要是CPS-SPWM的调制原理即MMC逆变器采用CPS-SPWM(载波移相正选脉宽调制)技术，在较低的开关频率下，选用相同的调制波，但每一个模块对应的三角载波依次移相1/N的载波周期相位，通过比较得到N列PWM脉冲序列，每一时刻的运行电压最终合成就可以得到该桥臂的输出电压。
STATCOM--静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator),是当今无功补偿领域最新技术的代表，属于灵活柔性交流输电系统(FACTS)的重要组成部分。STATCOM并联于电网中，相当于一个可控的无功电流源，其无功电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿电网系统所需无功功率，对电网无功功率实现动态无功补偿。STATCOM的基本原理是利用可关断大功率电力电子器件(如IGBT，GTO等)组成自换相桥式电路，经过电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。
但是目前电力系统主要用的无功补偿设备还是SVC(Static Var Compensator),静止无功补偿器是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制。当电压变化时静止补偿器能快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要，同时还能做到分相补偿；对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性；而SVC本身要产生一定量的谐波，如TCR型的5、7次特征次谐波量比较大，占基波值的5％～8％；其他如SR，TCT等也产生3、5、7、11等次的高次谐波，这给SVC系统的滤波器设计带来许多困难。SVC系统的快速响应方面，整个系统地快速性可靠性，控制的灵活性和谐波抑制方面都存在一定的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种链式电压源型换流器的移相触发装置及控制方法，具有调节速度快，调节范围广，在感性和容性运行工况下均可连续快速调节，响应速度可达毫秒级等优点。
为了达到上述目的，一种链式电压源型换流器的移相触发装置，包括与控制保护单元连接的CPU板，CPU板分别与若干PWM板和若干COM通信板相连，若干PWM板和若干COM通信板均连接若干链结控制器；
所述CPU板能够接收控制保护单元的电压指令信号，将其转换为调制时钟周期信号，还能够接收COM通信板反馈的每一个链结控制器的电压、温度和链结故障状态信息，通过计算后发送控制信息；
所述PWM板能够接收CPU板的调制时钟周期信号，输出若干列PWM脉冲序列发送到相应的链结控制器中；
所述COM通信板能够根据CPU板的控制信息控制每一个链结控制器的使能信号和旁路信号。
所述PWM板包括接收CPU板的调制时钟周期信号的PWM板CPU，PWM板CPU还连接有电源模块和光电转换电路，光电转换电路连接有光信号接口，还包括16对光纤输出口。
所述PWM板CPU为Altera公司生产的FPGA，其型号为EP2C8Q208C8N，CPU连接有25mhz晶振，另外还包含有四路LED状态指示灯。
所述COM通信板包括接收CPU板的控制信息的COM通信板CPU，COM通信板CPU还连接有电源模块和光电转换电路，光电转换电路连接有光信号接口，还包括16个光纤输出口。
所述COM通信板CPU为Altera公司生产的FPGA，其型号为EP2C8Q208C8N，CPU连接有25mhz晶振，另外还包含有四路LED状态指示灯。
所述CPU板通过总线分别与若干PWM板和若干COM通信板相连，若干PWM板和若干COM通信板通过光纤与若干链结控制器相连，CPU板通过光纤与控制保护相连。
一种链式电压源型换流器的移相触发装置的控制方法，CPU板接收控制保护单元的电压指令信号，将其转换为调制时钟周期信号，PWM板接收CPU板的调制时钟周期信号，输出若干列PWM脉冲序列发送到相应的链结控制器中；
COM通信板对每一个链结进行监控，接收链结控制器发送回来的电压、温度和链结故障状态信息，并发送到CPU板，由CPU板进行判断链结故障状态和进行相应的算法控制，通过COM通信板控制各个链结控制器的使能信号和旁路信号。
PWM板包括光电转换模块，数据处理模块，以及相关算法模块，数据处理和相关算法模块将CPU板发送过来的数据和指令经过相应算法处理实现对CPS-PWM脉冲移相和修正功能，最终生成一系列的CPS-PWM触发脉冲，光电转换模块是将CPS-PWM触发脉冲的电信号转换成PWM脉冲序列光信号，传送给下级链结控制器。
COM通信板包括光电转换模块，数据处理模块，相关算法模块，光电转换模块的作用是使光信号和电信号相互转换，光电转换模块接收下级链结控制器发送过来的链结电压，温度，故障状态数据包，也能够发送旁路信号和使能信号。
与现有技术相比，一种链式电压源型换流器的移相触发装置的CPU板接收上级控制保护单元下发的电压指令信号，产生调制时钟周期信号并根据调制时钟产生的中断通过相关软件算法模块生成基准CPS-PWM(载波移相)脉冲序列信号，脉冲序列信号发送给相应的链结控制器中，通过COM通信板的根据CPU板控制各个链结的使能信号和旁路信号，本装置结构简单，改变连接模式时，只需要对软件稍作调整就能实现。
进一步的，本装置具有链结自动冗余切换的功能，当某一相中N(N>＝16)个链结控制器中的一个链结出现故障，本装置将会自动将控制连接切换为N-1个链结的控制系统，将出现故障的链结自动旁路出去，链结自动重新编号，PWM通道间移相自动切换为1/(N-1)的载波周期，保证了整个系统在某一个链结出现故障的时候还能继续正常运行。
一种链式电压源型换流器的移相触发装置控制方法能够用于STATCOM的桥式电路采用多重化技术、多电平技术或PWM技术，能够消除次数较低的谐波，并使如7、11等较高次数谐波减小到可以接受的程度；本方法采用数字控制技术，提高了系统的稳定性和可靠性，并且使得STATCOM具有更快的响应速度，因而更适合抑制电压闪变；本方法采用该控制系统的STATCOM控制更加灵活，它具有调节速度快，调节范围广，在感性和容性运行工况下均可连续快速调节，响应速度可达毫秒级等优点。
进一步的，本方法的COM通信板的反馈，使CPU板控制发送旁路(SCR)信号和使能(EN)信号，实现使链结投入运行和出现故障时及时切除的功能。
附图说明
图1是本发明单相触发控制48个级联链结的信号传输以及装置链结示意图；
图2是本发明PWM板的硬件结构框图；
图3是本发明PWM板的功能结构框图；
图4是本发明COM通信板的硬件结构框图；
图5是本发明COM通信板的功能框图；
图6是本发明三相触发控制每相16个级联链结的信号传输以及装置链结示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，一种链式电压源型换流器的移相触发装置，包括与控制保护单元连接的CPU板，CPU板分别与若干PWM板和若干COM通信板相连，若干PWM板和若干COM通信板均连接若干链结控制器；
CPU板能够接收控制保护单元的电压指令信号，将其转换为调制时钟周期信号，还能够接收COM通信板反馈的每一个链结控制器的电压、温度和链结故障状态信息，通过计算后发送控制信息；PWM板能够接收CPU板的调制时钟周期信号，输出若干列PWM脉冲序列发送到相应的链结控制器中；COM通信板能够根据CPU板的控制信息控制每一个链结控制器的使能信号和旁路信号。
CPU板通过总线分别与若干PWM板和若干COM通信板相连，若干PWM板和若干COM通信板通过光纤与若干链结控制器相连，CPU板通过光纤与控制保护相连。
参见图2，PWM板包括接收CPU板的调制时钟周期信号的PWM板CPU，PWM板CPU还连接有电源模块和光电转换电路，光电转换电路连接有光信号接口，还包括16对光纤输出口。
参见图4，COM通信板包括接收CPU板的控制信息的COM通信板CPU，COM通信板CPU还连接有电源模块和光电转换电路，光电转换电路连接有光信号接口，还包括16个光纤输出口。
COM通信板CPU和PWM板CPU均为Altera公司生产的FPGA，其型号为EP2C8Q208C8N，CPU连接有25mhz晶振，另外还包含有四路LED状态指示灯。
一种链式电压源型换流器的移相触发装置的控制方法为：CPU板接收控制保护单元的电压指令信号，将其转换为调制时钟周期信号，PWM板接收CPU板的调制时钟周期信号，输出若干列PWM脉冲序列发送到相应的链结控制器中；
COM通信板对每一个链结进行监控，接收链结控制器发送回来的电压、温度和链结故障状态信息，并发送到CPU板，由CPU板进行判断链结故障状态和进行相应的算法控制，通过COM通信板控制各个链结控制器的使能信号和旁路信号。
参见图3，PWM板包括光电转换模块，数据处理模块，以及相关算法模块，数据处理和相关算法模块将CPU板发送过来的数据和指令经过相应算法处理实现对CPS-PWM脉冲移相和修正功能，最终生成一系列的CPS-PWM触发脉冲，光电转换模块是将CPS-PWM触发脉冲的电信号转换成PWM脉冲序列光信号，传送给下级链结控制器。
参见图5，COM通信板包括光电转换模块，数据处理模块，相关算法模块，光电转换模块的作用是使光信号和电信号相互转换，光电转换模块接收下级链结控制器发送过来的链结电压，温度，故障状态数据包，也能够发送旁路信号和使能信号。
参见图1和图6，本装置由于一个PWM板卡可以驱动最多16个级联链结，一台装置上有3块PWM板卡，所以可以根据需要将装置设定为触发单相48个级联链结或者触发三相每相16个链结的工作模式，同理3块COM通信板则也可以设定为测控单相48个级联连接模式和3相每相16个级联链结模式，只需要对软件稍作调整就能实现。

Claims (5)

1.一种链式电压源型换流器的移相触发装置，其特征在于：包括与控制保护单元连接的CPU板，CPU板分别与若干PWM板和若干COM通信板相连，若干PWM板和若干COM通信板均连接若干链结控制器；
所述CPU板能够接收控制保护单元的电压指令信号，将其转换为调制时钟周期信号，还能够接收COM通信板反馈的每一个链结控制器的电压、温度和链结故障状态信息，通过计算后发送控制信息；
所述PWM板能够接收CPU板的调制时钟周期信号，输出若干列PWM脉冲序列发送到相应的链结控制器中；
所述COM通信板能够根据CPU板的控制信息控制每一个链结控制器的使能信号和旁路信号；
所述PWM板包括接收CPU板的调制时钟周期信号的PWM板CPU，PWM板CPU还连接有电源模块和光电转换电路，光电转换电路连接有光信号接口，还包括16对光纤输出口；
所述PWM板CPU为Altera公司生产的FPGA，其型号为EP2C8Q208C8N，CPU连接有25mhz晶振，另外还包含有四路LED状态指示灯；
所述COM通信板包括接收CPU板的控制信息的COM通信板CPU，COM通信板CPU还连接有电源模块和光电转换电路，光电转换电路连接有光信号接口，还包括16个光纤输出口；
CPU板接收控制保护单元的电压指令信号，将其转换为调制时钟周期信号，PWM板接收CPU板的调制时钟周期信号，输出若干列PWM脉冲序列发送到相应的链结控制器中；
COM通信板对每一个链结进行监控，接收链结控制器发送回来的电压、温度和链结故障状态信息，并发送到CPU板，由CPU板进行判断链结故障状态和进行相应的算法控制，通过COM通信板控制各个链结控制器的使能信号和旁路信号。
2.根据权利要求1所述的一种链式电压源型换流器的移相触发装置，其特征在于：所述COM通信板CPU为Altera公司生产的FPGA，其型号为EP2C8Q208C8N，CPU连接有25mhz晶振，另外还包含有四路LED状态指示灯。
3.根据权利要求1所述的一种链式电压源型换流器的移相触发装置，其特征在于：所述CPU板通过总线分别与若干PWM板和若干COM通信板相连，若干PWM板和若干COM通信板通过光纤与若干链结控制器相连，CPU板通过光纤与控制保护相连。
4.根据权利要求1所述的一种链式电压源型换流器的移相触发装置的控制方法，其特征在于：PWM板包括光电转换模块，数据处理模块，以及相关算法模块，数据处理和相关算法模块将CPU板发送过来的数据和指令经过相应算法处理实现对CPS-PWM脉冲移相和修正功能，最终生成一系列的CPS-PWM触发脉冲，光电转换模块是将CPS-PWM触发脉冲的电信号转换成PWM脉冲序列光信号，传送给下级链结控制器。
5.根据权利要求1所述的一种链式电压源型换流器的移相触发装置的控制方法，其特征在于：COM通信板包括光电转换模块，数据处理模块，相关算法模块，光电转换模块的作用是使光信号和电信号相互转换，光电转换模块接收下级链结控制器发送过来的链结电压，温度，故障状态数据包，也能够发送旁路信号和使能信号。
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