CN107707105A - 适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑及方法，所述通讯网络拓扑包括多个脉冲板、多个收发光纤和多个功率单元，每个脉冲板中均含有多个脉冲板光口，多个功率单元分成若干功率单元组，每个功率单元组中至少包括两个功率单元，至少有一个功率单元通过收发光纤经由脉冲板光口与脉冲板相连接，功率单元组中的功率单元之间还进行光纤互联。增加了功率单元之间的通讯连接，使单元间可通过光纤进行信息交互。在此基础上使功率单元间的通讯网络互联可分为若干种，能够满足高压大容量的柔直模块化多电平换流阀系统的具有高可靠性要求并且换流阀包含功率单元级数较多的场合要求，节省通讯设备，减少故障率。

Description

适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑及方法
技术领域
本发明涉及电力系统柔性直流输电、配电技术领域，特别涉及一种适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑及方法。
背景技术
基于模块化多电平换流器(MMC:Modular Multilevel Converter)拓扑的高压直流输电(HVDC:High Voltage Direct Current)是直流输电中的新兴技术，作为输配电网的一种能量传递型式，其具有开关损耗小、模块化生产方便、容量灵活可配置、相对输出电压谐波含量低等优势，被越来越广泛的应用于新能源并网、非同步电网互联、孤岛供电、配网增容和多端直流输电中。
模块化多电平的换流阀是换流器的核心组件，主要任务是接收换流器下发的调制比、相角差参数，通过适当的调制方式，结合电容电压平衡控制策略等，产生带有触发阀组导通关断命令的控制指令，下发给每个功率单元，由功率单元的开通关断组合完成能量的交换及电能的传输。
模块化多电平换流阀拓扑如图1所示，一个换流阀有A、B、C三相共6个桥臂，每个桥臂由n个规格相同的子模块SM和一个电抗L串联组成。换流阀在运行时，阀控控制每个SM的定时开通及关断，可拟合所需交流正弦电压等输出。要实现对每个功率单元的控制，需要将阀控开关命令等发送到每一个功率单元，功率单元要反馈自身的工作状态、电容电压等给阀控，目前的工程都采用光纤通讯的形式。如图2所示，是阀控通过光纤和功率单元连接的通讯网络拓扑图。其中功率单元的数量根据实际工程配置，每个单元通过一组光纤fn和阀控的脉冲板一对收发光口相连，通讯数据通过光纤和光口进行传输。功率单元的数量决定了脉冲板的数量，从而决定了阀控脉冲屏的规模。
在电网电压较低时，一般对应的功率单元数量较少，这样一对一的通讯链接适用；但随着高压大容量的柔直需求逐渐增多，功率模块的数量也迅速增加，传统换流阀内部一对一连接的通讯故障率相应会有增加、需要的光纤数量、工程成本也对应上升……这样的问题传统的通讯网络拓扑无法避免，本新型通讯网络拓扑可以很好的解决以上问题。
发明内容
为了解决背景技术中所述问题，本发明提供一种适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑及方法，网络拓扑中增加了功率单元之间的通讯连接，使单元间可通过光纤进行信息交互。在此基础上使功率单元间的通讯网络互联可分为若干种，能够满足高压大容量的柔直模块化多电平换流阀系统的具有高可靠性要求并且换流阀包含功率单元级数较多的场合要求，节省通讯设备，减少故障率。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑，包括多个脉冲板、多个收发光纤和多个功率单元，每个脉冲板中均含有多个脉冲板光口，多个功率单元分成若干功率单元组，每个功率单元组中至少包括两个功率单元，至少有一个功率单元通过收发光纤经由脉冲板光口与脉冲板相连接，功率单元组中的功率单元之间还进行光纤互联。
在每个所述的功率单元组中，多个功率单元之间可以为依次相连，还可以为两两互联。
在每个所述的功率单元组中，可以将每个功率单元均通过收发光纤经由脉冲板光口与脉冲板相连接。
在每个所述的功率单元组中，还可以仅将其中任意一个功率单元通过收发光纤经由脉冲板光口与脉冲板相连接。
在每个所述的功率单元组中，还可以将任意两个功率单元通过收发光纤经由脉冲板光口与脉冲板相连接，其中一个功率单元通过接收光纤由脉冲板光口与脉冲板相连接，另一个功率单元通过发射光纤经由脉冲板光口与脉冲板相连接。在这种网络连接结构中的通讯方法为：在每个所述的功率单元组中，控制功率单元间的信息传递方向，即阀控下发的控制数据，先传给功率单元组内的功率单元1，再由1传给2……最后传给组内第n个功率单元；而功率单元的状态信息由功率单元1传给2,2将1+2的信息传给3……最后功率单元n收到组内所有功率单元的状态等信息，通过光纤接口上传给阀控。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的一种适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑，网络拓扑中增加了功率单元之间的通讯连接，使单元间可通过光纤进行信息交互。在此基础上使功率单元间的通讯网络互联可分为若干种，能够满足高压大容量的柔直模块化多电平换流阀系统的具有高可靠性要求并且换流阀包含功率单元级数较多的场合要求，节省通讯设备，减少故障率。
2、本发明的一种适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑，多个功率单元之间可以为依次相连，还可以为两两互联，两两互联时可靠性高，依次相连时节省网络设备资源。
3、本发明的一种适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑方法，控制功率单元间的信息传递方向，减少了每个功率单元互联信息的处理时间。
附图说明
图1为本发明背景技术中的柔直模块化多电平换流阀的拓扑图；
图2为本发明的背景技术中的现有技术的柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑图；
图3为本发明的一种适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑实施例一图；
图4为本发明的一种适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑实施例二图；
图5为本发明的一种适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑实施例三图；
图6为本发明的一种适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑实施例四图；
图7为本发明的一种适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑实施例五图。
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。
一种适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑，包括多个脉冲板、多个收发光纤和多个功率单元，每个脉冲板中均含有多个脉冲板光口，多个功率单元分成若干功率单元组，每个功率单元组中至少包括两个功率单元，至少有一个功率单元通过收发光纤经由脉冲板光口与脉冲板相连接，功率单元组中的功率单元之间还进行光纤互联。
在每个所述的功率单元组中，多个功率单元之间可以为依次相连，还可以为两两互联。
在每个所述的功率单元组中，可以将每个功率单元均通过收发光纤经由脉冲板光口与脉冲板相连接。
在每个所述的功率单元组中，还可以仅将其中任意一个功率单元通过收发光纤经由脉冲板光口与脉冲板相连接。
在每个所述的功率单元组中，还可以将任意两个功率单元通过收发光纤经由脉冲板光口与脉冲板相连接，其中一个功率单元通过接收光纤由脉冲板光口与脉冲板相连接，另一个功率单元通过发射光纤经由脉冲板光口与脉冲板相连接。
【具体实施例一】
如图3所示换流阀控制器内部链接不变，脉冲箱内插有脉冲板(脉冲箱未)，同样脉冲板的每对光口通过一组光纤，与固定的一个功率单元相连，创新的网络拓扑中增加了功率单元之间的通讯，使单元间可通过光纤进行信息交互。功率单元间的通讯网络互联又可分为若干种，下述为每种互联网络拓扑的描述。
如图3所示为将功率单元分为若干组，考虑到通讯时间和通讯信息量等，每组的功率单元数量n有：脉冲板收发光纤对数量≥n≥2。被分到一组中的功率单元除了分别和阀控有光纤对(一收一发两根光纤及对应接口为一个光纤对)连接，功率单元间还有两两光纤对互联，其中每组的任意一根和阀控互联的光纤对都可以传输组内所有功率单元的状态等阀控所需信息，功率单元间互联的光纤对传输互联的两个功率单元的信息。
如图3将功率单元分为三个一组，则功率单元11、12、13的全部状态信息等数据，可以通过任意一组通讯光纤f11、f12、f13发送给所连接的阀控脉冲板1的光口对：11、12、13接收，阀控对这三个功率单元的控制信息也可通过任意一组通讯光纤：f11、f12、f13发送给功率单元11、12、13。功率单元间两两互联，功率单元11、12通过光纤对F11-12互联，功率单元12、13通过光纤对F12-13互联，功率单元11、13通过光纤对F11-13互联，互联的每组通讯光纤互相传输阀控下发的控制命令和功率单元间的状态等信息。如此的分组互联能大大降低单根光纤故障给功率单元带来的旁路风险，提高阀的可靠性，降低因通讯网络光纤接口、光纤故障带来的阀运行期间的故障。
【具体实施例二】
实施例一中的通讯网络拓扑的改进在可靠性提高的同时也增加了工程成本，为在相对降低互联成本的同时提高可靠性，可将上述通讯网络拓扑修改为组内的功率单元依次互联，即大大降低了两两互联的光纤接口和光纤对的数量，又比原功率单元间无互联的通讯网络拓扑可靠性有所提高。即如图4中所示，将图2每组功率单元间通讯的F11-13、F21-23、Fn1-n3通讯光纤撤除，功率单元13的状态等信息通过F12-13传输到功率单元12后，再将两个功率单元的信息等一起通过F11-12传输给功率单元11。类似的，功率单元11的信息也可通过功率单元12传递给功率单元13。如果分组中的功率单元数量为n，则每个功率单元增加1对互联通讯光纤，第n个功率单元的状态等信息通过n-1个功率单元传递到第1个功率单元。目前的芯片技术及通讯技术可为如上互联提供软、硬件支持。
【具体实施例三】
以上的功率单元间都是增加了互联，没有减少光纤的整体数量。在功率单元数量众多而对可靠性要求相对低的情况下，可以采用如图5所示的功率单元通讯拓扑结构，不但可以减少互联的光纤，还可减少阀控脉冲屏内板卡数量。其特点在与对功率单元进行分组，每组数量n：脉冲板收发光纤对数量≥n≥2。组间的功率单元两两互联，每组采用至少一组通讯光纤和阀控的脉冲板接口相连，组间的每对通讯光纤互相发送阀控的控制指令和功率单元的状态信息等，然后通过至少一组的和换流阀脉冲板连接的光纤和阀控间进行信息交互。如图5所示，将功率单元分为三个一组，则功率单元11、12、13间分别通过光纤对F11-12、F12-13、F11-13互联，然后一组的功率单元状态等信息通过光纤对f11上传给阀控，阀控通过f11下发三个功率单元的控制信息。
【具体实施例四】
在实施例三中，特别的如果每组功率单元数量较多，并且换流阀功率单元有一定冗余，则可采用功率单元间链型互相连接，去掉两两互联的多余的光纤对，可进一步节省光纤接口及光纤成本，但可靠性会有所降低。如图6所示，如采用功率单元间链式互联，则去掉图5中F11-13、F21-23、Fn1-n3光纤对及对应光纤接口即可。功率单元13的状态等信息通过功率单元12传给功率单元11，然后组内功率单元状态等信息通过f11传递给阀控脉冲版对应接口，阀控的控制信息通过该接口将控制信息下发给功率单元11，再通过功率单元12将控制信息传递给功率单元13。
【具体实施例五】
如图7所示，为了减少每个功率单元互联信息的处理时间，还可控制功率单元间的信息传递方向。即阀控下发的控制数据，可以先传给组内的功率单元1，再由1传给2……最后传给组内第n个功率单元；而功率单元的状态等信息由功率单元1传给2,2将1+2的信息传给3……最后功率单元n收到组内所有功率单元的状态等信息，通过光纤接口上传给阀控。如图7所示，功率单元被分为三个一组，阀控通过f11a将控制信息传递给功率单元11，11传递给12,12传递给13；而功率单元的状态等信息从11传递给12,12将自身和11的状态信息一起传递给13，功率单元13通过f11b将组内单元信息反馈给阀控。
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 (6)

1.一种适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑，包括多个脉冲板、多个收发光纤和多个功率单元，每个脉冲板中均含有多个脉冲板光口，多个功率单元分成若干功率单元组，其特征在于，每个功率单元组中至少包括两个功率单元，至少有一个功率单元通过收发光纤经由脉冲板光口与脉冲板相连接，功率单元组中的功率单元之间还进行光纤互联。
2.根据权利要求1所述的一种适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑，其特征在于，在每个所述的功率单元组中，多个功率单元之间可以为依次相连，还可以为两两互联。
3.根据权利要求1-2所述的一种适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑，其特征在于，在每个所述的功率单元组中，每个功率单元均通过收发光纤经由脉冲板光口与脉冲板相连接。
4.根据权利要求1-2所述的一种适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑，其特征在于，在每个所述的功率单元组中，仅将其中任意一个功率单元通过收发光纤经由脉冲板光口与脉冲板相连接。
5.根据权利要求1-2所述的一种适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑，其特征在于，在每个所述的功率单元组中，将任意两个功率单元通过收发光纤经由脉冲板光口与脉冲板相连接，其中一个功率单元通过接收光纤由脉冲板光口与脉冲板相连接，另一个功率单元通过发射光纤经由脉冲板光口与脉冲板相连接。
6.权利要求5所述的一种适用于柔直模块化多电平换流阀的通讯网络拓扑的通讯方法，其特征在于，在每个所述的功率单元组中，控制功率单元间的信息传递方向，即阀控下发的控制数据，先传给功率单元组内的功率单元1，再由1传给2……最后传给组内第n个功率单元；而功率单元的状态信息由功率单元1传给2,2将1+2的信息传给3……最后功率单元n收到组内所有功率单元的状态等信息，通过光纤接口上传给阀控。
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