CN106329557B - 多极柔性直流输电系统的控制装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多极柔性直流输电系统的控制装置，包括依次连接的多极控制层、极控制层和换流阀控制层；所述多极控制层用于协调控制多个柔性直流极的有功功率和无功功率，以实现全站有功和无功的总体控制目标；所述极控制层用于完成对单个柔性直流极有功和无功的独立控制；所述换流阀控制层用于完成对换流器的控制。本发明还公开了一种多极柔性直流输电系统的控制系统和一种多极柔性直流输电系统的控制方法。总之，本发明可以实现多个柔性直流极的协调控制，满足实际多极柔性直流输电工程运行整体控制的要求。

Description

多极柔性直流输电系统的控制装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及电力电子领域的控制装置，具体涉及一种多极柔性直流输电系统的控制装置、系统及方法。

背景技术

柔性直流输电技术采用电压源型换流器，可以独立调节有功功率和无功功率，控制灵活方便；受端系统可以为无源网络，不需要外加换相电压；不需要交流侧提供无功功率且能够起到无功补偿的作用，动态补偿交流母线无功功率，稳定交流电压；换流站间无需通讯，易于构成多端直流输电系统，因此是电力系统传输的发展方向之一。

基于电压源型换流器的柔性直流输电系统具有多种拓扑结构，主要包括两电平、三电平、模块化多电平等，其中模块化多电平拓扑结构由于输出特性优良，易于扩展等特点，已逐渐成为柔性直流输电技术发展的主流，模块化多电平又包含半桥、全桥、类全桥等结构。一般将由整流、逆变两侧各一组电压源型换流器、电抗器、换流变压器、直流线路、接地极等构成能够完成直流功率传输的柔性直流输电系统定义为一个柔性直流极，以模块化多电平半桥拓扑结构为例，典型的单极柔性直流输电系统结构如图1所示。

随着对其输电能力要求的不断提高，柔性直流输电系统的容量和电压等级越来越高。为了实现更大容量功率传输的要求，可以采用增加单个极的换流器模块数量以提高其电压等级的方式来实现，但过多的模块级联将极大的增加换流阀控制设备的控制难度，因此采用双极或多极的系统结构形式，通过增加柔性直流极的个数来提升输电容量的方式成为了一种可行的选择，可行的双极、多极系统结构分别如图2、图3所示。

柔性直流输电系统可以实现有功和无功的独立控制，对于单极系统只需要根据控制目标要求直接调整本极的有功和无功输出即可达成控制目标，单极柔性直流控制装置已有较成熟的配置方案。对于多极系统，如采用各极独立控制的方式，将很难满足系统整体控制目标的实现要求，因此单极柔性直流输电系统的控制装置无法满足多极系统的控制要求，目前针对多极柔性直流输电系统的控制装置尚未见有可行的配置方案。

另外，由于多极系统输送容量巨大，对控制装置的可靠性要求也更高，因此需要针对多极系统进行专门的配置设计，使控制装置满足多极柔性直流输电系统工程运行的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术不足,结合多极柔性直流输电系统的特点及需求，提出了一种多极柔性直流输电系统的控制装置、系统及方法。本发明可以实现多个柔性直流极的协调控制，满足多极柔性直流输电系统整体控制的要求。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：多极柔性直流输电系统的控制装置,包括依次连接的多极控制层、极控制层和换流阀控制层，其特征在于：所述多极控制层用于协调控制柔性直流极的有功功率和无功功率，以实现全站有功和无功的总体控制目标；所述极控制层用于完成对柔性直流极有功和无功的独立控制；所述换流阀控制层用于完成对换流器的控制。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述多极控制层包含全站有功功率控制模块、全站无功功率控制模块、交流电压控制模块、有功功率分配模块、无功功率分配模块、功率调制模块、频率控制模块、模式控制模块和站间通讯模块；所述多极控制层根据所选定的控制模式自动有效相应的控制模块；功率调制模块用于向全站有功功率控制模块输入全站功率调制量，频率控制模块用于向全站有功功率控制模块输入全站频率控制量，以实现全站统一的功率调制控制和频率控制；全站有功功率控制模块根据全站功率调制量、全站频率控制量以及运行人员输入的总有功功率参考值计算得出总有功功率指令并将其输入有功功率分配模块；有功功率分配模块根据各极的运行状态及预定的分配策略对总有功功率指令进行分配计算，得出各极的有功功率分配指令；全站无功功率控制模块根据运行人员输入的总无功功率参考值计算得出全站无功功率控制模式下对应的总无功功率指令；交流电压控制模块根据运行人员输入的交流电压参考值计算得出交流电压控制模式下对应的总无功功率指令；模式控制模块用于发出模式选择指令对全站无功功率控制模式和交流电压控制模式进行选择，并根据所选定的控制模式自动有效相应的控制模块并得出最终的总无功功率指令；无功功率分配模块根据各极的运行状态及预定的分配策略对总无功功率指令进行分配计算，得出各极的无功功率分配指令。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述极控制层包含极有功功率控制模块、极无功功率控制模块、极直流电压控制模块、极电流指令计算控制模块、极电流指令限制模块、极交流电流控制模块；各极的控制装置按极进行配置，并根据所选定的控制模式自动有效相应的控制模块；所述极无功功率控制模块接收多极控制层下发的该极无功功率分配指令并经计算得出该极的极无功功率指令；极有功功率控制模块接收多极控制层下发的该极有功功率分配指令并经计算得出该极的极有功功率指令；极直流电压控制模块根据该极的直流电压控制要求计算得出对应的有功功率指令；所述模式控制模块通过模式选择指令对有功功率控制模式和直流电压控制模式进行选择，并根据所选定的控制模式自动有效相应的控制模块并得出该极最终的极有功功率指令；所述极有功功率指令和极无功功率指令经极电流指令计算控制模块和极电流指令限制模块依次处理后得出极电流指令；所述极电流指令经极交流电流控制模块处理后得出该极各桥臂的极桥臂电压参考波并发送给换流阀控制层。

作为本发明进一步改进的技术方案，换流阀控制层包括依次连接的电流平衡控制模块、电压平衡控制模块和桥臂子模块脉冲分配模块；桥臂子模块脉冲分配模块用于与换流器相连接；所述极桥臂电压参考波经电流平衡控制模块、电压平衡控制模块和桥臂子模块脉冲分配模块依次处理后产生各桥臂的触发脉冲。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述多极控制层中的有功功率分配模块采取预定的分配策略进行总有功功率指令在各极间的分配，所述预定的分配策略包括：(1)总有功功率指令在各运行极之间平均分配或者(2)总有功功率指令按照各运行极的直流电压正比分配；所述多极控制层中的无功功率分配模块采取预定的策略进行总无功功率指令在各极间的分配，所述预定的分配策略包括：(1)总无功功率指令在各运行极之间平均分配或者(2)总无功功率指令按照各运行极的直流电压正比分配或者(3)总无功功率指令按照各运行极的换流变阀侧电压正比分配或者(4)总无功功率指令按照各运行极的调制比正比分配。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述多极控制层包括互为冗余的第一多极控制和第二多极控制；所述极控制层包括互为冗余的第一极控制和第二极控制；所述换流阀控制层包含互为冗余的第一桥臂控制和第二桥臂控制；第一多极控制和第二多极控制之间、各极的第一极控制和第二极控制之间分别采用光纤进行连接通信，并可以相互切换；第一多极控制、第二多极控制、第一极控制以及第二极控制两两之间采用光纤连接，以实现高可靠的数据交换；第一极控制与第一桥臂控制连接，第二极控制与第二桥臂控制连接。

为解决上述技术问题，本发明采取的另一种技术方案为：多极柔性直流输电系统的控制系统，包括本站和对站，其特征在于：所述本站和对站通过光纤或电缆连接；所述本站和对站均为上述的多极柔性直流输电系统的控制装置。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述本站内各极的无功功率控制模式相同；所述本站内各极的有功功率控制模式相同；所述对站内各极的无功功率控制模式相同；所述对站内各极的有功功率控制模式相同；所述本站的无功功率控制模式和对站的无功功率控制模式相同或者不同；所述本站内各极的有功功率控制模式和对站内各极的有功功率控制模式不同。

为解决上述技术问题，本发明采取的第三种技术方案为：采用上述多极柔性直流输电系统的控制装置实现的多极柔性直流输电系统的控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采取的第四种技术方案为：采用上述多极柔性直流输电系统的控制系统实现的多极柔性直流输电系统的控制方法。

本发明提供了一种多极柔性直流输电系统的控制装置，所述控制装置包括依次连接的多极控制层、极控制层、换流阀控制层。

多极控制层用于实现多个柔性直流极的有功和无功的协调控制，保证全站有功和无功总体控制目标的达成，该层配置的主要功能模块包括：全站有功功率控制模块、全站无功功率控制模块、交流电压控制模块、有功功率分配模块、无功功率分配模块、功率调制模块、频率控制模块、模式控制模块和站间通讯模块，各模块功能及配合关系说明如下：

在多极控制层中，功率调制模块和频率控制模块分别向全站有功功率控制模块输入全站功率调制量和全站频率控制量，实现全站统一的功率调制控制和频率控制。全站有功功率控制模块根据全站功率调制量、全站频率控制量以及运行人员输入的总有功功率参考值计算得出总有功功率指令并将其输入有功功率分配模块；有功功率分配模块根据各极的运行状态及预定的分配策略对总有功功率指令进行分配计算，得出各极的有功功率分配指令。全站无功功率控制模块计算得出全站无功功率控制模式下对应的总无功功率指令，交流电压控制模块计算得出交流电压控制模式下对应的总无功功率指令，通过模式控制模块对全站无功功率控制模式和交流电压控制模式进行选择，并根据所选定的控制模式自动有效相应的控制模块并得出最终的总无功功率指令；无功功率分配模块根据各极的运行状态及预定的分配策略对总无功功率指令进行分配计算，得出各极的无功功率分配指令。

极控制层按极进行装置的配置，用于完成对每个柔性直流极有功和无功的独立控制，该层配置的主要功能模块包括：极有功功率控制模块、极无功功率控制模块、极直流电压控制模块、极电流指令计算控制模块、极电流指令限制模块、极交流电流控制模块和站间通讯模块，各模块功能及配合关系说明如下：

在极控制层中，极无功功率控制模块接收多极控制层下发的该极无功功率分配指令并经计算得出该极的无功功率指令。极有功功率控制模块接收多极控制层下发的该极有功功率分配指令并经计算得出该极的有功功率指令，极直流电压控制模块根据该极的直流电压控制要求计算得出对应的有功功率指令，通过模式控制模块对有功功率控制模式和直流电压控制模式进行选择，并根据所选定的控制模式自动有效相应的控制模块并得出该极最终的有功功率指令。该极的有功功率指令和无功功率指令经极电流指令计算控制模块和极电流指令限制模块依次处理后得出该极的电流指令。该极的电流指令经极交流电流控制模块处理后得出该极各桥臂的电压参考波。

换流阀控制层用于完成对该极换流器的控制，该层配置的主要功能模块包括：电流平衡控制模块、电压平衡控制模块和桥臂子模块脉冲分配模块，桥臂子模块脉冲分配模块用于与换流器相连接。从极控制层下发的该极各桥臂的电压参考波经电流平衡控制模块、电压平衡控制模块和桥臂子模块脉冲分配模块依次处理后产生各桥臂的触发脉冲。

对于有功和无功控制模式的选择采用各极统一的方式以保证各极有功、无功功率的统一协调控制。

对于总有功指令的分配策略，经研究分析可以采取在各运行极之间平均分配或者按照各运行极的直流电压正比分配两种策略；对于总无功指令的分配策略，经研究分析可以采取在各运行极之间平均分配、按照各运行极的直流电压正比分配、按照各运行极的换流变阀侧电压正比分配或者按照各运行极的调制比正比分配四种策略，以满足不同的应用需要。

为提高多极柔性直流输电系统运行的可靠性，各控制层均采取冗余配置，并采用高可靠光纤进行连接，主要包括：

(1)多极控制层包括互为冗余的第一多极控制和第二多极控制；

(2)极控制层包括各极的互为冗余的第一极控制和第二极控制；

(3)换流阀控制层包含各极的互为冗余的第一桥臂控制和第二桥臂控制；

(4)第一多极控制和第二多极控制之间、各极的第一极控制和第二极控制之间分别采用光纤进行连接通信，可以相互切换；

(5)第一、第二多极控制与各极的第一、第二极控制之间两两采用光纤连接，实现高可靠的数据交换；

(6)各极的极控制均通过光纤与该极的桥臂控制相连，其中第一极控制与第一桥臂控制连接，第二极控制与第二桥臂控制连接。

采用上述方案后，本发明的有益效果为：

1.采用冗余设计，并在上、下层次间采用高可靠光纤进行交叉通信，保证多极柔性直流输电系统运行的可靠性；

2.采用分层设计，包含多极控制层、极控制层和换流阀控制层，各层功能独立，结构清晰；

3.在多极控制层中实现了全站有功功率控制、全站无功功率控制、交流电压控制、功率调制控制、频率控制等整体控制功能，并通过对总有功和总无功指令的按极分配实现了多极的整体协调控制；

4.在极控制层及换流阀控制层中实现对单极的独立控制，某一极的控制装置故障不会影响其他极的继续正常运行。

5.提出了适用于多极柔性直流输电系统的可行的总有功和总无功指令分配策略。

总之，本发明所述的适用于多极柔性直流输电系统的控制装置、系统及方法可以实现多个柔性直流极有功和无功的协调控制,既满足多极柔性直流输电系统整体控制的要求，也满足系统运行的高可靠性要求。

附图说明

图1为典型单极柔性直流输电系统结构示意图；

图2为双极柔性直流输电系统结构示意图；

图3为多极柔性直流输电系统结构示意图；

图4为本发明提供的多极柔性直流输电系统控制装置功能配置示意图；

图5为本发明提供的多极柔性直流输电系统控制装置冗余结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

实施例1

本多极柔性直流输电系统的控制装置可以实现多极的协调控制，满足多极系统整体控制的要求；另外，由于多极系统输送容量巨大，对控制系统的可靠性要求也更高，因此需要针对多极系统进行专门的配置设计，使控制系统满足多极柔性直流输电系统工程运行的要求。

参见图4和图5，本多极柔性直流输电系统的控制装置,包括依次连接的多极控制层、极控制层和换流阀控制层；所述多极控制层用于协调控制多个柔性直流极的有功功率和无功功率，以实现全站有功和无功的总体控制目标；所述极控制层用于完成对单个柔性直流极有功和无功的独立控制；所述换流阀控制层用于完成对换流器的控制。

作为优选方案，所述多极控制层包含全站有功功率控制模块、全站无功功率控制模块、交流电压控制模块、有功功率分配模块、无功功率分配模块、功率调制模块、频率控制模块、模式控制模块和站间通讯模块；所述多极控制层根据所选定的控制模式自动有效相应的控制模块；功率调制模块用于向全站有功功率控制模块输入全站功率调制量,频率控制模块用于向全站有功功率控制模块输入全站频率控制量,以实现全站统一的功率调制控制和频率控制；全站有功功率控制模块根据全站功率调制量、全站频率控制量以及运行人员输入的总有功功率参考值计算得出总有功功率指令并将其输入有功功率分配模块；有功功率分配模块根据各极的运行状态及预定的分配策略对总有功功率指令进行分配计算，得出各极的有功功率分配指令；全站无功功率控制模块根据运行人员输入的总无功功率参考值计算得出全站无功功率控制模式下对应的总无功功率指令；交流电压控制模块根据运行人员输入的交流电压参考值计算得出交流电压控制模式下对应的总无功功率指令；模式控制模块用于发出模式选择指令对全站无功功率控制模式和交流电压控制模式进行选择，并根据所选定的控制模式自动有效相应的控制模块并得出最终的总无功功率指令；无功功率分配模块根据各极的运行状态及预定的分配策略对总无功功率指令进行分配计算，得出各极的无功功率分配指令。

所述极控制层包含极有功功率控制模块、极无功功率控制模块、极直流电压控制模块、极电流指令计算控制模块、极电流指令限制模块、极交流电流控制模块；各极的控制装置按极进行配置，并根据所选定的控制模式自动有效相应的控制模块；所述极无功功率控制模块接收多极控制层下发的该极无功功率分配指令并经计算得出该极的极无功功率指令；极有功功率控制模块接收多极控制层下发的该极有功功率分配指令并经计算得出该极的极有功功率指令；极直流电压控制模块根据该极的直流电压控制要求计算得出对应的有功功率指令；所述模式控制模块通过模式选择指令对有功功率控制模式和直流电压控制模式进行选择，并根据所选定的控制模式自动有效相应的控制模块并得出该极最终的极有功功率指令；所述极有功功率指令和极无功功率指令经极电流指令计算控制模块和极电流指令限制模块依次处理后得出极电流指令；所述极电流指令经极交流电流控制模块处理后得出该极各桥臂的极桥臂电压参考波并发送给换流阀控制层。

换流阀控制层包括依次连接的电流平衡控制模块、电压平衡控制模块和桥臂子模块脉冲分配模块；桥臂子模块脉冲分配模块用于与换流器相连接；所述极桥臂电压参考波经电流平衡控制模块、电压平衡控制模块和桥臂子模块脉冲分配模块依次处理后产生各桥臂的触发脉冲。

所述多极控制层中的有功功率分配模块采取预定的分配策略进行总有功功率指令在各极间的分配，所述预定的分配策略包括：(1)总有功功率指令在各运行极之间平均分配或者(2)总有功功率指令按照各运行极的直流电压正比分配；所述多极控制层中的无功功率分配模块采取预定的策略进行总无功功率指令在各极间的分配，所述预定的分配策略包括：(1)总无功功率指令在各运行极之间平均分配或者(2)总无功功率指令按照各运行极的直流电压正比分配或者(3)总无功功率指令按照各运行极的换流变阀侧电压正比分配或者(4)总无功功率指令按照各运行极的调制比正比分配。

所述多极控制层包括互为冗余的第一多极控制和第二多极控制；所述极控制层包括各极的互为冗余的第一极控制和第二极控制；所述换流阀控制层包含各极的互为冗余的第一桥臂控制和第二桥臂控制；第一多极控制和第二多极控制之间、各极的第一极控制和第二极控制之间分别采用光纤进行连接通信，并可以相互切换；第一、第二多极控制和各极的第一、第二极控制之间两两采用光纤进行连接，以实现高可靠的数据交换；各极的极控制均通过光纤与该极的桥臂控制相连，其中第一极控制与第一桥臂控制连接，第二极控制与第二桥臂控制连接。

如图4所示，本实施例1的多极柔性直流输电系统的控制装置包括依次连接的多极控制层、极控制层、换流阀控制层。

多极控制层用于实现多个柔性直流极的有功和无功的协调控制，保证全站有功和无功总体控制目标的达成，该层配置的主要功能模块包括：全站有功功率控制模块、全站无功功率控制模块、交流电压控制模块、有功功率分配模块、无功功率分配模块、功率调制模块、频率控制模块、模式控制模块和站间通讯模块，各模块功能及配合关系说明如下：

在多极控制层中，功率调制模块和频率控制模块分别向全站有功功率控制模块输入全站功率调制量和全站频率控制量并形成总有功功率指令，实现全站统一的功率调制控制和频率控制。全站有功功率控制模块根据全站功率调制量、全站频率控制量以及运行人员输入的总有功功率参考值计算得出总有功功率指令并将其输入有功功率分配模块；有功功率分配模块根据各极的运行状态及预定的分配策略对总有功功率指令进行分配计算，得出各极的有功功率分配指令。全站无功功率控制模块根据运行人员输入的总无功功率参考值计算得出全站无功功率控制模式下对应的总无功功率指令，交流电压控制模块根据运行人员输入的交流电压参考值计算得出交流电压控制模式下对应的总无功功率指令，通过模式控制模块对全站无功功率控制模式和交流电压控制模式进行选择，并根据所选定的控制模式自动有效相应的控制模块并得出最终的总无功功率指令；无功功率分配模块根据各极的运行状态及预定的分配策略对总无功功率指令进行分配计算，得出各极的无功功率分配指令。

极控制层按极进行装置的独立配置，用于完成对每个柔性直流极有功和无功的独立控制，该层配置的主要功能模块包括：极有功功率控制模块、极无功功率控制模块、极直流电压控制模块、极电流指令计算控制模块、极电流指令限制模块、极交流电流控制模块和站间通讯模块，各模块功能及配合关系说明如下：

在极控制层中，极无功功率控制模块接收多极控制层下发的该极无功功率分配指令并经计算得出该极的无功功率指令；极有功功率控制模块接收多极控制层下发的该极有功功率分配指令并经计算得出对应的有功功率指令，极直流电压控制模块根据该极的直流电压控制要求计算得出该极的有功功率指令，通过模式控制模块对有功功率控制模式和直流电压控制模式进行选择，并根据所选定的控制模式自动有效相应的控制模块并得出该极最终的有功功率指令。该极的有功功率指令和无功功率指令经极电流指令计算控制模块和极电流指令限制模块依次处理后得出该极的电流指令。该极的电流指令经极交流电流控制模块处理后得出该极各桥臂的电压参考波。

换流阀控制层用于完成对该极换流器的控制，该层配置的主要功能模块包括：电流平衡控制模块、电压平衡控制模块和桥臂子模块脉冲分配模块，桥臂子模块脉冲分配模块与换流器相连接。从极控制层下发的该极各桥臂的电压参考波经电流平衡控制模块、电压平衡控制模块和桥臂子模块脉冲分配模块依次处理后产生各桥臂的触发脉冲。

对于多极柔性直流输电系统的控制装置中无功和有功控制模式的选择，采用如下方式：

(1)多极控制层中的无功控制模式可在全站无功功率控制或交流电压控制两种模式中选择一种，同一站内的各极将统一采用所选定的控制模式进行无功控制以保证各极无功功率的统一协调控制；

(2)极控制层中的有功控制模式可在有功功率控制或直流电压控制两种模式中选择一种，同一站内的各极应选用相同的控制模式进行有功控制以保证各极有功功率的统一协调控制。

多极控制层中的有功功率分配模块根据各极的运行状态进行各极有功功率指令的分配，分配策略设计如下：

(1)策略1：总有功功率指令在各运行极之间平均分配

其中，Pord(i)为极i的有功功率分配指令(i∈1…N)，PordT为总有功功率指令，N为运行极的总个数。

该策略下各极分配的有功功率指令相等。

(2)策略2：总有功功率指令按照各运行极的直流电压正比分配

其中，Udc(i)为极i的直流电压(i∈1…N)，Udc1、…、UdcN分别为各运行极的直流电压。

该策略下各极分配的有功功率指令与该极的直流电压水平成正比。

多极控制层中的无功功率分配模块根据各极的运行状态进行各极无功功率指令的分配，分配策略设计如下：

(1)策略1：总无功功率指令在各运行极之间平均分配

其中，Qord(i)为极i的无功功率分配指令(i∈1…N)，QordT为总无功功率指令，N为运行极的总个数。

该策略下各极分配的无功功率指令相等。

(2)策略2：总无功功率指令按照各运行极的直流电压正比分配

该策略下各极分配的无功功率指令与该极的直流电压水平成正比。

(3)策略3：总无功功率指令按照各运行极的换流变阀侧电压正比分配

其中，Uv(i)为极i的换流变阀侧电压有效值或峰值(i∈1…N)，Uv1、…、UvN分别为各运行极的换流变阀侧电压有效值或峰值。

该策略下各极分配的无功功率指令与该极的换流变阀侧电压水平成正比。

(4)策略4：总无功功率指令按照各运行极的调制比正比分配

其中，M(i)为极i的调制比，Uref(i)为极i的桥臂电压参考波峰值，Udc(i)为极i的直流电压(i∈1…N)，M1、…、MN分别为各运行极的调制比。

该策略下各极分配的无功功率指令与该极的调制比成正比。

为提高多极柔性直流输电系统运行的可靠性，各控制层均采取冗余配置及高可靠光纤连接方式，如图5所示，具体包括：

(1)多极控制层包括互为冗余的第一多极控制和第二多极控制；

(2)极控制层包括各极的互为冗余的第一极控制和第二极控制；

(3)换流阀控制层包含各极的互为冗余的第一桥臂控制和第二桥臂控制；

(4)第一多极控制和第二多极控制之间、各极的第一极控制和第二极控制之间分别采用光纤进行连接通信，可以相互切换并始终保证状态更好的一套系统处于“值班”运行状态；

(5)第一、第二多极控制与各极的第一、第二极控制之间两两采用光纤连接，实现高可靠的数据交换；

(6)各极的极控制均通过光纤与该极的桥臂控制相连，其中第一极控制与第一桥臂控制连接，第二极控制与第二桥臂控制连接，并由处于“值班”状态的极控制设备所连接的桥臂控制设备最终向换流器发送触发脉冲。

需要说明的是，根据工程实际需要，可以按照上述思路进行一定的配置调整，主要包括以下方式：

(1)情况1：对于由多个单极系统构成的多极系统，将多极控制层下放至各单极的极控制层中实现以减少设备数量；

(2)情况2：对于由多个按双极划分的子系统构成的多极系统，在多极控制层和极控制层之间增加一层独立的双极控制层，该双极控制层用于实现对各双极子系统的控制，最上层的多极控制层则实现对多个双极子系统的协调控制；

(3)情况3：将“情况2”中多极控制层和极控制层之间增加的双极控制层下放至各单极的极控制层中实现以减少设备数量。

上述所列情况对应的配置调整方案也属于在本发明的设计范围中。

实施例2

本多极柔性直流输电系统的控制系统，包括本站和对站；所述本站和对站通过光纤或电缆连接；所述本站和对站均为实施例1中的多极柔性直流输电系统的控制装置，不再详述。

作为优选方案，所述本站内各极的无功功率控制模式相同；所述本站内各极的有功功率控制模式相同；所述对站内各极的无功功率控制模式相同；所述对站内各极的有功功率控制模式相同；所述本站的无功功率控制模式和对站的无功功率控制模式相同或者不同；所述本站内各极的有功功率控制模式和对站内各极的有功功率控制模式不同。

实施例3

本多极柔性直流输电系统的控制方法采用实施1中的多极柔性直流输电系统的控制装置实现，多极柔性直流输电系统的控制装置的实现过程同实施例1，不再详述。

实施例4

本多极柔性直流输电系统的控制方法采用实施2中的多极柔性直流输电系统的控制系统实现，多极柔性直流输电系统的控制系统的实现过程同实施例2，不再详述。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多极柔性直流输电系统的控制装置,包括依次连接的多极控制层、极控制层和换流阀控制层，其特征在于：

所述多极控制层用于协调控制柔性直流极的有功功率和无功功率，以实现全站有功和无功的总体控制目标；所述极控制层用于完成对柔性直流极有功和无功的独立控制；所述换流阀控制层用于完成对换流器的控制；

所述多极控制层包含全站有功功率控制模块、全站无功功率控制模块、交流电压控制模块、有功功率分配模块、无功功率分配模块、功率调制模块、频率控制模块、模式控制模块和站间通讯模块；所述多极控制层根据所选定的控制模式自动有效相应的控制模块；

功率调制模块用于向全站有功功率控制模块输入全站功率调制量, 频率控制模块用于向全站有功功率控制模块输入全站频率控制量,以实现全站统一的功率调制控制和频率控制；

全站有功功率控制模块根据全站功率调制量、全站频率控制量以及运行人员输入的总有功功率参考值计算得出总有功功率指令并将其输入有功功率分配模块；

有功功率分配模块根据各极的运行状态及预定的分配策略对总有功功率指令进行分配计算，得出各极的有功功率分配指令；

全站无功功率控制模块根据运行人员输入的总无功功率参考值计算得出全站无功功率控制模式下对应的总无功功率指令；

交流电压控制模块根据运行人员输入的交流电压参考值计算得出交流电压控制模式下对应的总无功功率指令；

模式控制模块用于发出模式选择指令对全站无功功率控制模式和交流电压控制模式进行选择，并根据所选定的控制模式自动有效相应的控制模块并得出最终的总无功功率指令；

无功功率分配模块根据各极的运行状态及预定的分配策略对总无功功率指令进行分配计算，得出各极的无功功率分配指令。

2.如权利要求1所述的多极柔性直流输电系统的控制装置，其特征在于：所述极控制层包含极有功功率控制模块、极无功功率控制模块、极直流电压控制模块、极电流指令计算控制模块、极电流指令限制模块、极交流电流控制模块；

极无功功率控制模块接收多极控制层下发的该极无功功率分配指令并经计算得出该极的极无功功率指令；

极有功功率控制模块接收多极控制层下发的该极有功功率分配指令并经计算得出该极的极有功功率指令；

极直流电压控制模块根据该极的直流电压控制要求计算得出对应的极有功功率指令；

模式控制模块通过模式选择指令对有功功率控制模式和直流电压控制模式进行选择，并根据所选定的控制模式自动有效相应的控制模块并得出该极最终的极有功功率指令；

所述最终的极有功功率指令和极无功功率指令经极电流指令计算控制模块和极电流指令限制模块依次处理后得出极电流指令；所述极电流指令经极交流电流控制模块处理后得出该极各桥臂的极桥臂电压参考波并发送给换流阀控制层。

3.如权利要求1所述的多极柔性直流输电系统的控制装置，其特征在于：换流阀控制层包括依次连接的电流平衡控制模块、电压平衡控制模块和桥臂子模块脉冲分配模块；桥臂子模块脉冲分配模块用于与换流器相连接；极桥臂电压参考波经电流平衡控制模块、电压平衡控制模块和桥臂子模块脉冲分配模块依次处理后产生各桥臂的触发脉冲。

4.如权利要求1所述的多极柔性直流输电系统的控制装置，其特征在于：所述多极控制层中的有功功率分配模块采取预定的分配策略进行总有功功率指令在各极间的分配，所述预定的分配策略包括：（1）总有功功率指令在各运行极之间平均分配或者（2）总有功功率指令按照各运行极的直流电压正比分配；所述多极控制层中的无功功率分配模块采取预定的策略进行总无功功率指令在各极间的分配，所述预定的分配策略包括：（1）总无功功率指令在各运行极之间平均分配或者（2）总无功功率指令按照各运行极的直流电压正比分配或者（3）总无功功率指令按照各运行极的换流变阀侧电压正比分配或者（4）总无功功率指令按照各运行极的调制比正比分配。

5.如权利要求1或2或3或4所述的多极柔性直流输电系统的控制装置，其特征在于：所述多极控制层包括互为冗余的第一多极控制和第二多极控制；所述极控制层包括互为冗余的第一极控制和第二极控制；所述换流阀控制层包含互为冗余的第一桥臂控制和第二桥臂控制；第一多极控制和第二多极控制之间、第一极控制和第二极控制之间分别采用光纤进行连接通信，并可以相互切换；第一多极控制、第二多极控制、第一极控制以及第二极控制两两之间采用光纤连接，以实现高可靠的数据交换；其中第一极控制与第一桥臂控制连接，第二极控制与第二桥臂控制连接。

6.一种多极柔性直流输电系统的控制系统，包括本站和对站，其特征在于：所述本站和对站均包括通讯模块,通讯模块之间通过光纤或电缆连接；所述本站和对站均为权利要求1-5中任一项所述的多极柔性直流输电系统的控制装置。

7.如权利要求6所述的多极柔性直流输电系统的控制系统，其特征在于：

所述本站内各极的无功功率控制模式相同；所述本站内各极的有功功率控制模式相同；所述对站内各极的无功功率控制模式相同；所述对站内各极的有功功率控制模式相同；所述本站的无功功率控制模式和对站的无功功率控制模式相同或者不同；所述本站内各极的有功功率控制模式和对站内各极的有功功率控制模式不同。

8.一种采用权利要求1-5中任一项所述的多极柔性直流输电系统的控制装置实现的多极柔性直流输电系统的控制方法。

9.一种采用权利要求6-7中任一项所述的多极柔性直流输电系统的控制系统实现的多极柔性直流输电系统的控制方法。