CN107069938B - 一种用于柔性直流输电换流阀数据冗余控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于柔性直流输电换流阀数据冗余控制方法，包括顺控状态机及顺控状态数据冗余同步控制、阀控控制和保护功能投退数据冗余同步控制、阀控子模块旁路数据冗余同步控制和环流抑制控制器数据冗余同步控制，两套阀控使用双冗余通信设计，备用阀控系统接收主阀控系统运行状态、控制及保护投退、环流抑制控制积分和输出、子模块旁路数据，可保证备用阀控系统实时和主阀控系统运行状态和控制输出保持一致，在系统发生冗余切换时能够大程度的减少切换对系统造成的轻微扰动，在备用系统掉电及恢复时刻可跟随主系统的运行状态及已存储的重要的子模块旁路的历史数据，为运行人员的对柔直系统的监控提供便利。

Description

一种用于柔性直流输电换流阀数据冗余控制方法
技术领域
本发明涉及柔性直流输电和电力电子应用技术领域，特别涉及一种用于柔性直流输电换流阀数据冗余控制方法。
背景技术
基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的柔性直流输电系统具有向无源系统或者弱交流系统供电、实现有功和无功快速独立控制、易于构成多端网络系统、谐波含量极低、无需额外滤波器等优点，并且MMC-HVDC子模块级联级数不受限制使得基于MMC的柔性直流输电在电压等级和输送容量上可媲美于传统直流输电。基于MMC的柔性直流输电和两电平三电平柔性直流输电相比较不仅极大的降低了系统的投入成本而且使系统具有高电压、强电流、大容量等特点，使得MMC-HVDC在直流输电领域有了更为广阔的前景。
随着国内外基于MMC柔性直流输电工程的建立和投入使用，MMC-HVDC的优势进一步体现和证明。MMC-HVDC系统安全稳定运行是其发展与实际应用的关键因素，因此减小或避免柔直系统运行过程中由于控制引起的扰动或由于信号上传引起的监视上的视觉误区是柔性直流输电稳定持久运行的一个重要环节。
在柔性直流输电换流阀采用两套阀控双冗余设计中还存在一些技术问题：
1、为了保证阀控顺控的逻辑严谨，阀控中的顺控状态机需要和上层换流器控制顺控状态机配合，柔直系统解锁运行后在备用阀控系统掉电或检修恢复时，顺控状态机中的一些一次设备状态量或模拟量已不能满足顺控从停运逐步走到运行的条件要求。
2、在双套阀控中分别进行保护及控制功能的投退操作存在某套阀控运行人员忘操作的概率，在系统发生冗余切换时刻可能会导致柔直系统扰动较大或保护误动作的风险。
3、柔直系统解锁满功率运行时刻阀控A/B由于桥臂电流采样MU设备A/B延时和误差不一致导致的环流抑制控制输出结果有差别，以及上层换流器控制器A/B下发调制波也存在误差，因此柔直系统在冗余切换时由于两套系统控制输出不同步而引起的切换扰动较大。
4、在柔直系统运行过程中可能发生冗余模块的故障旁路，阀控需要实时记录每个旁路子模块的号码、旁路时间、旁路原因，若此时备用系统处于掉电或检修状态，则无法存储旁路信息。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于柔性直流输电换流阀数据冗余控制方法，两套阀控使用双冗余通信设计，备用阀控系统接收主阀控系统运行状态、控制及保护投退、环流抑制控制积分和输出、子模块旁路数据，可保证备用阀控系统实时和主阀控系统运行状态和控制输出保持一致，在系统发生冗余切换时能够大程度的减少切换对系统造成的轻微扰动，在备用系统掉电及恢复时刻可跟随主系统的运行状态及已存储的重要的子模块旁路的历史数据，为运行人员的对柔直系统的监控提供便利。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种用于柔性直流输电换流阀数据冗余控制方法，在主阀控主控箱和备用阀控主控箱之间设置两套光纤通信通道，通过两套光纤通信通道由主阀控主控箱向备用阀控主控箱直接发送同步数据，包括顺控状态机及顺控状态数据、阀控控制和保护功能投退数据、阀控子模块旁路数据和环流抑制控制器数据，备用阀控实时接收并跟随主套阀控发送的同步数据，具体步骤包括：
步骤一、对本阀控进行主备状态判断，如果本阀控为主阀控则不进行同步数据接收，如果本阀控为备用阀控则进行同步数据接收；
步骤二、判断通信通道1是否正常，如果通道1正常则使用通信通道1进行同步数据接收；
步骤三、如果通信通道1不正常则判断通信通道2是否正常，如果通信通道2正常则使用通信通道2进行同步数据接收，如果通信通道2不正常则不进行同步数据接收；
步骤四、通信通道1或通道2接收的同步数据包括：顺控状态机及顺控状态数据、阀控控制和保护功能投退数据、阀控子模块旁路数据和环流抑制控制器数据。
步骤四中所述的顺控状态机及顺控状态数据具体为：在备用阀控系统掉电或检修恢复时，备用阀控直接接收主阀控已经执行过的状态机序号和状态机状态位，直接跟随主阀控的状态，备用阀控不再由顺控状态机顺序执行。
步骤四中所述的阀控控制和保护功能投退数据具体为：主阀控主控箱在每个控制周期会下发控制和保护投退状态至备用阀控主控箱，备用阀控主控箱每个控制周期接收到主系统阀控发送的控制和保护投退状态并更新自身状态，当主阀控进行保护及控制功能的投退操作时，备用阀控跟随主阀控保护控制投退操作结果，此时备用阀控操作无效。
步骤四中所述的阀控子模块旁路数据具体包含了每个桥臂已旁路子模块序号、已旁路子模块故障码、每个桥臂总旁路模块个数，在备用阀控处于掉电或检修状态则无法存储旁路信息时，备用阀控接收主阀控记录的阀控子模块旁路数据信息，接收掉电或检修期间丢失的子模块旁路历史数据。
步骤四中所述的环流抑制控制器数据具体为：环流抑制控制积分输出、环流抑制的使能、环流抑制控制器比例和积分、环流抑制控制器的积分限幅和输出限幅，备用阀控跟随主阀控环流抑制控制积分输出和控制器输出，可使主阀控系统和备用阀控系统避免在柔直系统解锁满功率运行时刻阀控A/B由于桥臂电流采样MU设备A/B延时和误差不一致导致的环流抑制控制器输出结果有差别，使得主备阀控控制输出结果一致，冗余切换时刻不会引起系统较大扰动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提出的一种用于柔性直流输电换流阀数据冗余控制方法，在备用阀控系统掉电或检修恢复时，备用阀控直接接收主阀控已经执行过的状态机序号和状态机状态位，直接跟随主阀控的状态，备用阀控不再由顺控状态机顺序执行。采用备用阀控跟随主阀控状态机和顺控状态设计方案，在备用阀控系统恢复正常工作时可直接同步到主阀控运行及工作状态。
2、本发明提出的一种用于柔性直流输电换流阀数据冗余控制方法，当主阀控进行保护及控制功能的投退操作时，采用备用阀控跟随主阀控保护控制投退设计方案值在主阀控操作，备用阀控操作无效并且备用阀控跟随主阀控操作结果，可以避免在双套阀控中分别进行保护及控制功能的投退操作存在的某套阀控运行人员忘操作，在系统发生冗余切换时刻可能会导致柔直系统扰动较大或保护误动作的风险。
3、本发明提出的一种用于柔性直流输电换流阀数据冗余控制方法，在备用阀控处于掉电或检修状态则无法存储旁路信息时，备用阀控接收主阀控记录的阀控子模块旁路数据信息，接收掉电或检修期间丢失子模块旁路历史数据。
4、本发明提出的一种用于柔性直流输电换流阀数据冗余控制方法，可使主阀控系统和备用阀控系统避免在柔直系统解锁满功率运行时刻阀控A/B由于桥臂电流采样MU设备A/B延时和误差不一致时导致的环流抑制控制输出结果有差别，能够让主备阀控控制输出结果一致，冗余切换时刻不会引起较大扰动。
附图说明
图1是本发明的一种用于柔性直流输电换流阀数据冗余控制方法的控制结构图；
图2是本发明的一种用于柔性直流输电换流阀数据冗余控制方法的数据同步判断逻辑图；
图3是本发明的一种用于柔性直流输电换流阀数据冗余控制方法的阀控主控制箱主备传输内容图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，一种用于柔性直流输电换流阀数据冗余控制方法，在主阀控主控箱和备用阀控主控箱之间设置两套光纤通信通道，通过两套光纤通信通道由主阀控主控箱向备用阀控主控箱直接发送同步数据，包括顺控状态机及顺控状态数据冗余同步控制、阀控控制和保护功能投退数据冗余同步控制、阀控子模块旁路数据冗余同步控制和环流抑制控制器数据冗余同步控制。
如图2所示，具体步骤包括：
步骤一、对本阀控进行主备状态判断，如果本阀控为主阀控则不进行同步数据接收，如果本阀控为备用阀控则进行同步数据接收；
步骤二、判断通信通道1是否正常，如果通道1正常则使用通信通道1进行同步数据接收；
步骤三、如果通信通道1不正常则判断通信通道2是否正常，如果通信通道2正常则使用通信通道2进行同步数据接收，如果通信通道2不正常则不进行同步数据接收；
步骤四、通信通道1或通道2接收的同步数据包括：顺控状态机及顺控状态数据、阀控控制和保护功能投退数据、阀控子模块旁路数据和环流抑制控制器数据。
步骤四中所述的顺控状态机及顺控状态数据具体为：在备用阀控系统掉电或检修恢复时，备用阀控直接接收主阀控已经执行过的状态机序号和状态机状态位，直接跟随主阀控的状态，备用阀控不再由顺控状态机顺序执行。
如图3所示，步骤四中所述的阀控控制和保护功能投退数据具体为：主阀控主控箱在每个控制周期会下发控制和保护投退状态至备用阀控主控箱，备用阀控主控箱每个控制周期接收到主系统阀控发送的控制和保护投退状态并更新自身状态，当主阀控进行保护及控制功能的投退操作时，备用阀控跟随主阀控保护控制投退操作结果，此时备用阀控操作无效。
步骤四中所述的阀控子模块旁路数据具体包含了每个桥臂已旁路子模块序号、已旁路子模块故障码、每个桥臂总旁路模块个数，在备用阀控处于掉电或检修状态则无法存储旁路信息时，备用阀控接收主阀控记录的阀控子模块旁路数据信息，接收掉电或检修期间丢失的子模块旁路历史数据。
步骤四中所述的环流抑制控制器数据具体为：环流抑制控制积分输出、环流抑制的使能、环流抑制控制器比例和积分、环流抑制控制器的积分限幅和输出限幅，备用阀控跟随主阀控环流抑制控制积分输出和控制器输出，可使主阀控系统和备用阀控系统避免在柔直系统解锁满功率运行时刻阀控A/B由于桥臂电流采样MU设备A/B延时和误差不一致时导致的环流抑制控制输出结果有差别，能够让主备阀控控制输出结果一致，冗余切换时刻不会引起系统较大扰动。
本发明的方法适用于基于MMC的柔性直流输电系统阀控之间数据同步，消除冗余切换过程中阀控控制系统对整个柔直系统造成的扰动。
本发明方法的控制结构如图1所示，其中阀控主控箱A/B负责和上层换流器控制通信，接收并处理上层换流器控制下发的控制数据和主备信号，阀控主控箱A/B在上层控制下发调制波及控制命令基础上附加自身状态机和环流抑制控制，将控制结果发送桥臂控制器A/B，经脉冲分配控制器选择实现对每个桥臂的独立控制。其中阀控主控箱A/B之间经使用60044-8协议的双通道冗余通信，在通信通道1通信正常时使用通道1阀控A/B进行冗余数据接收发送，在通道1通信故障时阀控A/B使用通道2进行冗余数据的接收和发送。备用阀控主控箱在正常工作状态下实时接收处于主运行状态的阀控主控箱数据，使得在备用阀控主控箱在故障、检修、掉电恢复时刻能够跟随主阀控控制器状态，避免造成两套阀控状态机、控制器状态、存储数据不一致，以及切换过程中由于MU采样A/B延时、精度、误差不同对柔直系统造成较大的扰动。阀控之间数据冗余控制方法保证了阀控主备控制器状态和阀控动态控制的实时一致性，进一步保证柔直系统的安全稳定运行。
1、顺控状态机及顺控状态数据冗余
在图1所示控制系统结构中通信通道1通信正常时通过通道1主阀控系统发送状态机序号和状态机状态位至备用阀控系统，备用阀控系统实时接收跟随到主阀控系统状态机序号和状态机状态位，如图2所示。若通信通道1通信故障时，则两套阀控之间顺控状态机和顺控状态的发送和接收采用通信通道2。通信通道1或通道2故障时阀控主控箱A/B会上报后台监控系统告警提示，两个通道同时故障时备用阀控系统不接收主阀控系统数据。若系统解锁后备用阀控系统处于掉电或检修状态，备用阀控系统在恢复正常工作时刻可直接跟随主阀控系统状态机及顺控状态位，阀控主备系统处于相同顺控状态机和状态位，后台监控系统显示状态相同。
2、阀控控制和保护功能投退数据冗余
在图1中阀控主控箱A和阀控主控箱B之间任一通道通信正常时，主阀控主控箱在每个控制周期会下发控制和保护投退状态至备用阀控主控箱，备用阀控主控箱每个控制周期接收到主系统阀控发送的控制和保护投退状态并更新自身状态，在两个通信通道都通信故障时备用阀控系统不接收主系统数据，图2所示。在主阀控系统操作投入或退出某个控制或保护功能备用阀控系统控制或保护会同时跟随，在备用阀控系统检修或掉电恢复正常工作状体时可直接跟随至主阀控系统的控制和保护的投退状态。
3、阀控子模块旁路数据冗余
图1中通信通道1通信正常时主阀控系统发送自身存储的子模块旁路数据，图2中的子模块旁路数据包含了每个桥臂已旁路子模块序号、已旁路子模块故障码、每个桥臂总旁路模块个数。通信通道1故障时通过通信通道2发送和接收模块旁路数据，在通信通道1和通信通道2同时故障时备用阀控主控箱不接收主阀控主控箱子模块旁路数据。在备用阀控主控箱发生掉电或设备故障恢复时刻通过跟随主阀控主控箱6个桥臂的旁路子模块序号、已旁路子模块故障码、6个桥臂总旁路模块个数。
4、环流抑制控制器数据冗余
图1中通信通道1通信正常时主阀控主控箱通过通信通道1发送环流抑制控制器积分输出和总控制器输出至备用阀控主控箱，若通信通道1通信故障则由通信通道2完成环流抑制控制数据的发送和接收。在通信通道1和通信通道2同时故障时备用阀控主控箱不接收主阀控主控箱环流抑制控制器数据。由于MU A/B套桥臂电流处理误差和延时不同造成阀控主控箱中环流抑制控制器积分和输出不一致，在整个柔直系统进行冗余切换时会造成控制系统调制波的跳变，对整个柔直系统的稳定运行造成扰动，环流抑制控制数据的跟随使得阀控主控箱A/B输出调制波时刻保持一致，消除了在系统切换过程中阀控系统对柔直系统稳定运行的干扰因素。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (1)

1.一种用于柔性直流输电换流阀数据冗余控制方法，在主阀控主控箱和备用阀控主控箱之间设置两套光纤通讯通道，通过两套光纤通讯通道由主阀控主控箱向备用阀控主控箱直接发送同步数据，其特征在于，包括顺控状态机及顺控状态数据、阀控控制和保护功能投退数据、阀控子模块旁路数据和环流抑制控制器数据，备用阀控实时接收并跟随主套阀控发送的同步数据，具体步骤包括：
步骤一、对本阀控进行主备状态判断，如果本阀控为主阀控则不进行同步数据接收，如果本阀控为备用阀控则进行同步数据接收；
步骤二、判断通讯通道1是否正常，如果通道1正常则使用通讯通道1进行同步数据接收；
步骤三、如果通讯通道1不正常则判断通讯通道2是否正常，如果通讯通道2正常则使用通讯通道2进行同步数据接收，如果通讯通道2不正常则不进行同步数据接收；
步骤四、通讯通道1或通道2接收的同步数据包括：顺控状态机及顺控状态数据、阀控控制和保护功能投退数据、阀控子模块旁路数据和环流抑制控制器数据；
所述的顺控状态机及顺控状态数据具体为：在备用阀控系统掉电或检修恢复时，备用阀控直接接收主阀控已经执行过的状态机序号和状态机状态位，直接跟随主阀控的状态，备用阀控不再由顺控状态机顺序执行；
所述的阀控控制和保护功能投退数据具体为：主阀控主控箱在每个控制周期会下发控制和保护投退状态至备用阀控主控箱，备用阀控主控箱每个控制周期接收到主系统阀控发送的控制和保护投退状态并更新自身状态，当主阀控进行保护及控制功能的投退操作时，备用阀控跟随主阀控保护控制投退操作结果，备用阀控操作无效；
所述的阀控子模块旁路数据具体包含了每个桥臂已旁路子模块序号、已旁路子模块故障码、每个桥臂总旁路模块个数，在备用阀控处于掉电或检修状态则无法存储旁路信息时，备用阀控接收主阀控记录的阀控子模块旁路数据信息，接收掉电或检修期间丢失的子模块旁路历史数据；
所述的环流抑制控制器数据具体为：环流抑制控制积分输出、环流抑制的使能、环流抑制控制器比例和积分、环流抑制控制器的积分限幅和输出限幅，备用阀控跟随主阀控环流抑制控制积分输出和控制器输出，可使主阀控系统和备用阀控系统避免在柔直系统解锁满功率运行时刻阀控A/B由于桥臂电流采样MU设备A/B延时和误差不一致时导致的环流抑制控制输出结果有差别，使得主备阀控控制输出结果一致，冗余切换时刻不会引起系统较大扰动。
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