CN111103486A - 一种柔性直流换流阀子模块类型识别方法及阀基控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于柔性直流输电技术领域，具体涉及一种柔性直流换流阀子模块类型识别方法及阀基控制器。该方法首先向子模块控制器下发指令，所述指令为包含控制开关管T3导通的指令或者包含控制开关管T4导通的指令；其中，开关管T3为全桥子模块第二桥臂的上开关管，开关管T4为全桥子模块第二桥臂的下开关管；然后根据子模块控制器反馈的执行指令的情况，判断子模块类型：若执行指令有效，为全桥子模块；若执行指令无效，为半桥子模块。本发明能够对子模块的类型进行简单、准确、有效的识别，防止在系统解锁后，由于子模块类型识别错误导致的对子模块控制不当、子模块电压不均衡的情况出现，为系统的可靠运行打下基础。

Description

一种柔性直流换流阀子模块类型识别方法及阀基控制器
技术领域
本发明属于柔性直流输电技术领域，具体涉及一种柔性直流换流阀子模块类型识别方法及阀基控制器。
背景技术
随着电力电子技术的发展，基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电已经得到了越多越广泛的关注。MMC的基本思想是采用多个子模块级联的方式，降低每一个子模块上的电压受力。由于其模块化、级联型、易扩展的特点，其得到了广泛应用。
传统的模块化多电平换流器，通常采用如图1-2所示的半桥子模块作为基础单元。如图1-2所示，半桥子模块包括一个桥臂，该桥臂上的上开关管为开关管T1，下开关管为开关管T2。但是，传统的半桥子模块在直流端路故障发生时无法通过自身特性迅速抑制故障电流，必须依靠交流断路器或直流断路器才能清除故障电流。
为了解决上述问题，出现了如图1-1所示的全桥子模块。如图1-1所示，全桥子模块包括两个桥臂，分别为第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂上的上开关管为开关管T1，第一桥臂上的下开关管为开关管T2，第二桥臂上的上开关管为开关管T3，第二桥臂上的下开关管为开关管T4。当发生直流短路故障时，可以通过闭锁换流器来抑制故障电流。但由于全桥子模块所需开关管为半桥子模块的两倍，增加了换流器的建造成本。
为此，提出了将半桥子模块和全桥子模块混联组成MMC的桥臂，即混合式模块化多电平换流器，以在维持直流故障穿越能力的基础上降低系统成本。此时，阀基控制器需要在各个开关管上电工作后对子模块的类型进行准确有效的识别，以对不同的子模块下发不同的指令，实现对应的功能，否则，如若发错对象，将对子模块的控制不当，无法实现相应功能，致使各个子模块之间电压不均衡。
发明内容
本发明提供了一种柔性直流换流阀子模块类型识别方法及阀基控制器，用以解决对混合式模块化多电平换流器中子模块类型识别错误导致子模块之间电压不均衡的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案包括：
本发明的一种柔性直流换流阀子模块类型识别方法，包括如下步骤：向子模块控制器下发指令，所述指令为包含控制开关管T3导通的指令或者包含控制开关管T4导通的指令；其中，开关管T3为全桥子模块第二桥臂的上开关管，开关管T4为全桥子模块第二桥臂的下开关管；根据子模块控制器反馈的执行指令的情况，判断子模块类型：若执行指令有效，为全桥子模块；若执行指令无效，为半桥子模块。
本发明的一种阀基控制器，包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现如下方法：向子模块控制器下发指令，所述指令为包含控制开关管T3导通的指令或者包含控制开关管T4导通的指令；其中，开关管T3为全桥子模块第二桥臂的上开关管，开关管T4为全桥子模块第二桥臂的下开关管；根据子模块控制器反馈的执行指令的情况，判断子模块类型：若执行指令有效，为全桥子模块；若执行指令无效，为半桥子模块。
上述技术方案的有益效果为：本发明根据全桥子模块和半桥子模块的硬件结构特点，即全桥子模块相较于半桥子模块多了开关管T3和开关管T4的特点，通过对子模块控制器下发包含控制开关管T3导通的指令或者下发包含控制开关管T4导通的指令，并根据子模块控制器反馈的开关管执行导通指令的情况来确定子模块为全桥子模块或半桥子模块，以对子模块的类型进行简单、准确、有效的识别，防止在系统解锁后，由于子模块类型识别错误导致的对子模块控制不当、子模块电压不均衡的情况出现，为系统的可靠运行打下基础。
作为方法及阀基控制器的进一步改进，所述包含控制开关管T3导通的指令为：控制开关管T3导通，控制开关管T3导通且控制开关管T2导通，或者控制开关管T3导通且控制开关管T1导通；其中，开关管T1为全桥子模块第一桥臂的上开关管，开关管T2为全桥子模块第一桥臂的下开关管。
作为方法及阀基控制器的进一步改进，所述包含控制开关管T4导通的指令为：控制开关管T4导通，控制开关管T4导通且控制开关管T2导通，或者控制开关管T4导通且控制开关管T1导通；其中，开关管T1为全桥子模块第一桥臂的上开关管，开关管T2为全桥子模块第一桥臂的下开关管。
作为方法及阀基控制器的进一步改进，在判断得到子模块类型后，将判断得到的子模块的类型存储在掉电保存设备中。
附图说明
图1-1是现有技术的全桥子模块的拓扑图；
图1-2是现有技术的半桥子模块的拓扑图；
图2是本发明的柔性直流换流阀的阀基控制器和各个子模块控制器的通信连接示意图；
图3-1是本发明的方法实施例1的仅开关管T4导通且电流为正时全桥子模块电流通路示意图；
图3-2是本发明的方法实施例1的仅开关管T4导通且电流为负时全桥子模块电流通路示意图；
图4-1是本发明的方法实施例2的仅开关管T3导通且电流为正时全桥子模块电流通路示意图；
图4-2是本发明的方法实施例2的仅开关管T3导通且电流为负时全桥子模块电流通路示意图；
图5-1是本发明的方法实施例3的开关管T2和开关管T4导通且电流为正时全桥子模块电流通路示意图；
图5-2是本发明的方法实施例3的开关管T2和开关管T4导通且电流为负时全桥子模块电流通路示意图；
图6-1是本发明的方法实施例4的开关管T1和开关管T3导通且电流为正时全桥子模块电流通路示意图；
图6-2是本发明的方法实施例4的开关管T1和开关管T3导通且电流为负时全桥子模块电流通路示意图；
图7-1是本发明的方法实施例5的开关管T2和开关管T3导通且电流为正时全桥子模块电流通路示意图；
图7-2是本发明的方法实施例5的开关管T2和开关管T3导通且电流为负时全桥子模块电流通路示意图；
图8-1是本发明的方法实施例6的开关管T1和开关管T4导通且电流为正时全桥子模块电流通路示意图；
图8-2是本发明的方法实施例6的开关管T1和开关管T4导通且电流为负时全桥子模块电流通路示意图。
具体实施方式
方法实施例1：
该实施例提供了一种柔性直流换流阀子模块类型识别方法，以识别出来是半桥子模块还是全桥子模块。
其中，全桥子模块的拓扑图如图1-1所示，包括四个开关管(均为IGBT)，分别为第一桥臂上的开关管T1、T2、第二桥臂上的开关管T3和开关管T4，硬件配备四个IGBT驱动器和状态反馈单元；半桥子模块的拓扑图如图1-2所示，包括两个开关管(均为IGBT)，硬件配备两个IGBT驱动器和状态反馈单元。
为了实现该方法，对应的系统如图2所示，包括阀基控制器，以及各个子模块的中控板(即各个子模块对应的子模块控制器)。中控板实现对应子模块中开关管的开通、关断控制，以及开关管的状态反馈；阀基控制器与各个中控板之间通过光纤连接。下面对该方法进行详细说明。
首先，换流阀充电过程中，阀基控制器检测到各个子模块的电容电压值达到中控板正常工作阈值后，在系统解锁前，对所有子模块的中控板均下发控制开关管T4导通的指令。
然后，全桥子模块的中控板在接收到控制开关管T4导通的指令后，执行开关管T4导通的指令。此时，当电流为正时，电路流通图如图3-1所示，对电容进行充电，当电流为负时，电路流通图如图3-2所示，不对电容进行充电，其充电特性和半桥子模块一致，也即全桥子模块能够和半桥子模块的电容电压保持均衡，避免电容电压发散。全桥子模块的中控板检测到开关管T4导通状态为有效并上传至阀基控制器，也即全桥子模块的中控板上传执行指令有效给阀基控制器。
半桥子模块的中控板在接收到开关管T4导通指令后，由于半桥子模块硬件不具备开关管T4，中控板检测到开关管T4导通状态为无效并上传至阀基控制器，也即半桥子模块的中控板上传执行指令无效给阀基控制器。
接着，阀基控制器接收各个中控板返回的执行指令情况来确定子模块类型，即若执行指令有效则为全桥子模块，执行指令无效则为半桥子模块。同时，实时更新内部的功率模块类型库，存储于EEPROM等掉电保存设备。
方法实施例2：
实施例1中，阀基控制器下发的指令为控制开关管T4导通的指令。与实施例1的不同仅在于，阀基控制器下发的指令为控制开关管T3导通的指令。此时，当电流为正时，全桥子模块的电路流通图如图4-1所示，不对电容进行充电，当电流为负时，全桥子模块的电路流通图如图4-2所示，对电容进行充电。由于半桥子模块硬件不具备开关管T3，故当阀基控制器下发控制开关管T3导通的指令时，半桥子模块返回的执行指令情况是无效，全桥子模块返回的执行指令情况是有效，故可根据此来对子模块类型进行判断。
方法实施例3：
实施例1中，阀基控制器下发的指令为控制开关管T4导通的指令。与实施例1的不同仅在于，阀基控制器下发的指令为控制开关管T2导通的指令且控制开关管T4导通的指令。此时，当电流为正时，全桥子模块的电路流通图如图5-1所示，不对电容进行充电，当电流为负时，全桥子模块的电路流通图如图5-2所示，不对电容进行充电。由于半桥子模块硬件不具备开关管T4，故当阀基控制器下发控制开关管T4导通的指令时，半桥子模块返回的执行指令情况是无效，全桥子模块返回的执行指令情况是有效，故可根据此来对子模块类型进行判断。
方法实施例4：
实施例1中，阀基控制器下发的指令为控制开关管T4导通的指令。与实施例1的不同仅在于，阀基控制器下发的指令为控制开关管T1导通的指令且控制开关管T3导通的指令。此时，当电流为正时，全桥子模块的电路流通图如图6-1所示，不对电容进行充电，当电流为负时，全桥子模块的电路流通图如图6-2所示，不对电容进行充电。由于半桥子模块硬件不具备开关管T3，故当阀基控制器下发控制开关管T3导通的指令时，半桥子模块返回的执行指令情况是无效，全桥子模块返回的执行指令情况是有效，故可根据此来对子模块类型进行判断。
方法实施例5：
实施例1中，阀基控制器下发的指令为控制开关管T4导通的指令。与实施例1的不同仅在于，阀基控制器下发的指令为控制开关管T2导通的指令且控制开关管T3导通的指令。此时，当电流为正时，全桥子模块的电路流通图如图7-1所示，对电容进行放电，当电流为负时，全桥子模块的电路流通图如图7-2所示，对电容进行充电。由于半桥子模块硬件不具备开关管T3，故当阀基控制器下发控制开关管T3导通的指令时，半桥子模块返回的执行指令情况是无效，全桥子模块返回的执行指令情况是有效，故可根据此来对子模块类型进行判断。
方法实施例6：
实施例1中，阀基控制器下发的指令为控制开关管T4导通的指令。与实施例1的不同仅在于，阀基控制器下发的指令为控制开关管T1导通的指令且控制开关管T4导通的指令。此时，当电流为正时，全桥子模块的电路流通图如图8-1所示，对电容进行充电，当电流为负时，全桥子模块的电路流通图如图8-2所示，对电容进行放电。由于半桥子模块硬件不具备开关管T4，故当阀基控制器下发控制开关管T4导通的指令时，半桥子模块返回的执行指令情况是无效，全桥子模块返回的执行指令情况是有效，故可根据此来对子模块类型进行判断。
阀基控制器实施例：
该实施例提供了一种阀基控制器，该阀基控制器包括存储器和处理器，处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现一种柔性直流换流阀子模块类型识别方法，在方法实施例1～6中已对该方法做了详细介绍，这里不再赘述。

Claims (8)

1.一种柔性直流换流阀子模块类型识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
向子模块控制器下发指令，所述指令为包含控制开关管T3导通的指令或者包含控制开关管T4导通的指令；其中，开关管T3为全桥子模块第二桥臂的上开关管，开关管T4为全桥子模块第二桥臂的下开关管；
根据子模块控制器反馈的执行指令的情况，判断子模块类型：若执行指令有效，为全桥子模块；若执行指令无效，为半桥子模块。
2.根据权利要求1所述的柔性直流换流阀子模块类型识别方法，其特征在于，所述包含控制开关管T3导通的指令为：控制开关管T3导通，控制开关管T3导通且控制开关管T2导通，或者控制开关管T3导通且控制开关管T1导通；其中，开关管T1为全桥子模块第一桥臂的上开关管，开关管T2为全桥子模块第一桥臂的下开关管。
3.根据权利要求1所述的柔性直流换流阀子模块类型识别方法，其特征在于，所述包含控制开关管T4导通的指令为：控制开关管T4导通，控制开关管T4导通且控制开关管T2导通，或者控制开关管T4导通且控制开关管T1导通；其中，开关管T1为全桥子模块第一桥臂的上开关管，开关管T2为全桥子模块第一桥臂的下开关管。
4.根据权利要求1～3任一项所述的柔性直流换流阀子模块类型识别方法，其特征在于，在判断得到子模块类型后，将判断得到的子模块的类型存储在掉电保存设备中。
5.一种阀基控制器，其特征在于，包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现如下方法：
向子模块控制器下发指令，所述指令为包含控制开关管T3导通的指令或者包含控制开关管T4导通的指令；其中，开关管T3为全桥子模块第二桥臂的上开关管，开关管T4为全桥子模块第二桥臂的下开关管；
根据子模块控制器反馈的执行指令的情况，判断子模块类型：若执行指令有效，为全桥子模块；若执行指令无效，为半桥子模块。
6.根据权利要求5所述的阀基控制器，其特征在于，所述包含控制开关管T3导通的指令为：控制开关管T3导通，控制开关管T3导通且控制开关管T2导通，或者控制开关管T3导通且控制开关管T1导通；其中，开关管T1为全桥子模块第一桥臂的上开关管，开关管T2为全桥子模块第一桥臂的下开关管。
7.根据权利要求5所述的阀基控制器，其特征在于，所述包含控制开关管T4导通的指令为：控制开关管T4导通，控制开关管T4导通且控制开关管T2导通，或者控制开关管T4导通且控制开关管T1导通；其中，开关管T1为全桥子模块第一桥臂的上开关管，开关管T2为全桥子模块第一桥臂的下开关管。
8.根据权利要求5～7任一项所述的阀基控制器，其特征在于，在判断得到子模块类型后，将判断得到的子模块的类型存储在掉电保存设备中。
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