CN111181190B - 一种直流换流阀阀控系统及其切换控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直流换流阀阀控系统及其切换控制方法和装置，属于直流输电技术领域。本发明通过判断阀控系统的纵向通信情况、换流阀子模块故障个数是否小于换流阀子模块冗余个数进行阀控系统的切换，切换控制过程考虑到了阀控系统的通信情况、换流阀子模块故障个数与冗余子模块之间关系以及子模块与阀控系统之间的通信情况，能够实现阀控系统的精准、可靠地切换，充分利用阀控系统冗余度和子模块冗余度优势，同时降低系统跳闸可能性，提升阀控系统的可靠性和稳定性。

Description

一种直流换流阀阀控系统及其切换控制方法和装置
技术领域
本发明涉及一种直流换流阀阀控系统及其切换控制方法和装置，属于直流输电技术领域。
背景技术
模块化多电平柔性直流输电(MMC-HVDC)是一种基于电压源型换流(VoltageSourced Converters—VSC)技术的新型高压直流输电技术。除了具有传统高压直流输电优点外，柔性直流输电系统还可直接向远距离的小型孤立负荷供电，连接分散电源，运行控制方式灵活多变，可减少输电线路电压降落及闪变，提高电能质量。因此，柔性直流输电技术在孤岛供电、城市电网供电、分布式能源并网等方面具有很高的应用价值。
柔性直流输电换流阀控制系统是整个控制系统的中间环节，在功能上是连接极控与换流阀(子模块)的枢纽。柔直阀控系统运行状态决定了整个柔性直流输电系统动稳态控制性能，是柔性直流输电换流阀控制系统设计的难点。随着柔性直流输电系统容量的增加，每个桥臂上串联的IGBT(子模块)的数量也会迅速增加，需要在阀控系统和子模块以及极控之间传送的信息量也大大增加，阀控系统的稳定性可靠性要求也越来越高，如何设计一种可靠、稳定切换的阀控系统方法，成为该柔直阀控领域的一个重要课题。
由于大容量的柔性直流输电系统每个桥臂上串联子模块数量相当多，对阀控系统的运行要求也越来越高，传统的柔直阀控冗余系统切换根据阀控单个控制板卡通信故障即做出系统切换申请，如果切换后另一个系统仍出现类似问题，则判双系统均异常，这种工况下，阀控系统故障等级并非很严重，但是此时系统跳闸可能性增加；当前大容量柔性直流输电系统单桥臂子模块冗余个数均大于单个控制板卡所控制的子模块个数2-3倍，这种工况下，传统阀控系统切换方法不能很好实现子模块冗余度使用，当桥臂子模块上升到几百个甚至上千个的时候，如果仍采用传统阀控系统切换方法，则对整个柔性直流输电系统稳定性有及其不利的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种直流换流阀阀控系统及其切换控制方法和装置，以解决目前换流阀阀控系统切换过程中存在子模块冗余度使用不够充分，影响直流输电系统稳定性的问题。
本发明为解决上述技术问题提供了一种直流换流阀阀控系统的切换控制方法，该切换控制方法包括以下步骤：
1)若处于备用状态的阀控系统的纵向通信正常，且该阀控系统的换流阀子模块故障个数小于换流阀子模块冗余个数，则将所述处于备用状态的阀控系统设置为可申请使用有效系统，所述的纵向通信正常包括阀控系统的控制机箱和接口机箱之间的通信正常以及换流阀子模块与接口机箱通信异常的个数不大于子模块冗余个数；
2)判断当前运行的阀控系统的换流阀子模块故障个数是否大于换流阀子模块冗余个数或处于备用状态的阀控系统的换流阀子模块故障个数，若大于，则进行阀控系统的切换，切换至所述可申请使用有效系统。
本发明还提供了一种直流换流阀阀控系统的切换控制装置，该控制装置包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明的直流换流阀阀控系统的切换控制方法。
本发明通过判断阀控系统的纵向通信情况、换流阀子模块故障个数是否小于换流阀子模块冗余个数进行阀控系统的切换，切换控制过程考虑到了阀控系统的通信情况、换流阀子模块故障个数与冗余子模块之间关系以及子模块与阀控系统之间的通信情况，能够实现阀控系统的精准、可靠地切换，充分利用阀控系统冗余度和子模块冗余度优势，同时降低系统跳闸可能性，提升阀控系统的可靠性和稳定性。
进一步地，为防止不必要的切换，所述步骤1)中若处于备用状态的阀控系统的换流阀子模块故障个数不小于换流阀子模块冗余个数或纵向通信异常时，则将处于备用状态的阀控系统设置为不可申请使用有效系统。
进一步地，为防止不必要切换，所述步骤2)中若当前运行的阀控系统的换流阀子模块故障个数小于换流阀子模块冗余个数，则不进行阀控系统的切换。
进一步地，为保证最优的阀控系统处于运行状态，所述步骤2)中若当前运行的阀控系统的换流阀子模块故障个数不大于处于备用状态的阀控系统的换流阀子模块故障个数，则不进行阀控系统的切换。
进一步地，为避免不必要的切换判断，当处于备用状态的阀控系统设置为不可申请使用有效系统时，不对当前运行的阀控系统进行切换。
进一步地，为保证阀控系统的可靠性，若处于备用状态的阀控系统设置为不可申请使用有效系统，且当前运行的阀控系统出现异常时，则发送跳闸申请，所述的阀控系统出现异常指的是纵向通信异常、故障子模块个数不小于冗余子模块个数或横向通信异常。
进一步地，横向通信包括两个阀控系统对应的控制机箱之间的通信以及两个阀控系统对应的接口机箱之间的通信。
本发明还提供了一种直流换流阀阀控系统，包括冗余设置的两个阀控系统，若处于备用状态的阀控系统的纵向通信正常，且该阀控系统的换流阀子模块故障个数小于换流阀子模块冗余个数，则将所述处于备用状态的阀控系统设置为可申请使用有效系统，所述的纵向通信正常包括阀控系统的控制机箱和接口机箱之间的通信正常以及换流阀子模块与接口机箱通信异常的个数不大于子模块冗余个数；若当前运行的阀控系统的换流阀子模块故障个数大于处于备用状态的阀控系统的换流阀子模块故障个数，则进行阀控系统的切换，切换至所述可申请使用有效系统。
本发明通过判断阀控系统的纵向通信情况、换流阀子模块故障个数是否小于换流阀子模块冗余个数进行阀控系统的切换，切换控制过程考虑到了阀控系统的通信情况、换流阀子模块故障个数与冗余子模块之间关系以及子模块与阀控系统之间的通信情况，能够实现阀控系统的精准、可靠地切换，充分利用阀控系统冗余度和子模块冗余度优势，同时降低系统跳闸可能性，提升阀控系统的可靠性和稳定性。
附图说明
图1是本发明换流阀阀控系统的结构示意图；
图2是本发明换流阀阀控系统的切换控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
直流换流阀阀控系统实施例
本发明的直流换流阀阀控系统，包括冗余设置的两个阀控系统，若当前运行的阀控系统和另一阀控系统的纵向通信均正常，且另一阀控系统的换流阀子模块故障个数小于换流阀子模块冗余个数，则所述另一阀控系统为可申请使用有效系统，所述的纵向通信包括阀控系统的控制机箱和接口机箱之间的通信以及接口机箱和换流阀子模块之间的通信；若当前运行的阀控系统的换流阀子模块故障个数大于另一阀控系统的换流阀子模块故障个数，则进行阀控系统的切换，切换至所述可申请使用有效系统。
如图1所示，冗余设置的两个阀控系统分别为阀控系统A和阀控系统B，阀控系统A和阀控系统B的结构相同，均包括有控制机箱和接口机箱，每个阀控系统内部的控制机箱和接口机箱之间通过光纤通信连接，接口机箱还和换流阀各子模块通过光纤通信连接，本实施例中换流阀子模块的个数为N，阀控系统A和阀控系统B中的控制机箱之间通信连接，控系统A和阀控系统B中的接口机箱之间通信连接。阀控系统包括有纵向通信和横向通信，纵向通信用于换流阀子模块状态上传，并判断子模块状态综合信息后下发控制指令给子模块，同时上传数据至极控；横向通信用于实现阀控系统A和阀控系统B之间的通信状态互传和子模块状态信息互传。其中一个阀控系统中的控制机箱和接口机箱之间以及接口机箱和换流阀各子模块之间的通信通称为纵向通信；阀控系统A和阀控系统B中的控制机箱之间通信以及接口机箱之间的通信通称为横向通信。阀控系统的纵向通信正常指的是阀控系统中控制机箱和接口机箱之间的通信正常以及以及换流阀子模块与接口机箱通信异常的个数不大于子模块冗余个数；阀控系统的横向通信正常指的是两个阀控系统中控制机箱之间的通信正常以及接口机箱之间通信正常。
换流阀子模块故障个数大于冗余个数，是指当前运行的阀控系统存在该情况时，需要申请切换系统，如果另一个系统不可用(子模块故障个数大于冗余个数或者阀控纵向通信、横向通信异常)，则需要阀控系统上传状态并申请闭锁操作；该条件是阀控系统不能使用的充分条件而非必要条件，即子模块故障个数大于冗余个数，则该阀控系统不可用；而阀控系统不可用，有可能是子模块故障个数大于冗余个数，也有可能是阀控横向通信故障，或者纵向通信故障。如果运行状态子模块故障个数大于冗余子模块个数，或者纵向通信异常，或者横向通信异常，运行状态需要发送至极控申请系统切换，而此时需要判断：(1)是否备用系统的故障子模块个数是否大于运行系统的，如果大于，则备用系统不可用，不执行系统切换而执行闭锁操作；(2)如果小于且子模块故障个数小于冗余个数，同时纵向通信正常，横向通信正常，子模块与接口控制设备通信正常，则备用系统可用，执行系统切换。
该换流阀阀控系统的切换控制流程如图2所示，具体步骤如下。
1.判断各阀控系统的健康状态。
在本实施例中的阀控冗余系统中，采用A/B冗余系统实现极控与换流阀(子模块)的连接，阀控系统健康状态判断主要依据有：(1)阀控内部多个控制层级纵向通信交互状态，及多个链路横向交互通信状态；(2)阀控接入换流阀子模块故障个数与冗余子模块个数之间的关系。
阀控系统内部层级最优健康状态是根据阀控内部纵向通信状态和多个链路横向交互通信状态，阀控系统内部层级纵向通信状态包括两个个方面：(1)阀控系统A与B系统分别对应的控制机箱与接口机箱之间上下行光纤通信状态；(2)阀控A系统与B系统分别对应的接口机箱与换流阀子模块之间上下行光纤通信状态。横向通信状态包括两个方面：(1)阀控系统A和系统B分别对应的控制机箱之间平行交互光纤通信状态；(2)阀控系统A和系统B分别对应的接口机箱之间平行交互状态。
阀控内部控制层级最优健康状态判断解决了以往根据阀控内部通信状态单项指标片面确定阀控健康状态的问题，避免因阀控任一通道通信故障或个别板卡故障造成的系统停机。
2.根据健康状态进行切换控制。
当处于运行状态的阀控系统纵向通信异常或发送横向通信异常，则向极控发送不可使用系统状态申请；当运行阀控系统与子模块通信异常个数大于冗余子模块个数，则向极控发送不可使用系统状态申请；当运行阀控接收到子模块故障个数大于冗余子模块个数时，同样向极控发送不可使用系统状态申请；阀控横向通信交互主备系统的纵向通信结果和子模块故障个数，纵向通信异常或子模块异常个数大于冗余个数的阀控系统向极控发出申请优化系统切换的请求。
只有当阀控系统纵向通信在正常范围，才能作为更优切换备用系统；当前主控系统(处于运行状态的阀控系统)且纵向通信正常，备用系统接收主控系统横向通信状态异常(子模块故障个数大于冗余个数或者子模块故障个数大于备用系统子模块故障个数)时，则阀控产生更优系统切换申请；当前主控系统异常，且此时备用系统纵向通信异常，则不进行系统切换申请，而发送请求跳闸申请；当前主控系统正常，但是子模块存在一定故障个数，且此时备用系统纵向通信正常，但是横向接收主控系统的状态优于备用系统，则不发送系统切换请求，仍使用当前系统。
如图2所示，若当前运行的阀控系统纵向通信状态正常，且另一个(处于备用状态的)阀控系统纵向通信状态也正常，则查看横向交互数据中二者的故障子模块个数(暂定此时均未超过子模块冗余个数)，如果另一个系统的故障子模块个数小于当前运行的阀控系统，则发出优化系统切换申请，否则不申请系统切换，当前运行的阀控系统为最优系统。若当前运行的阀控系统纵向状态正常，且另一个阀控系统纵向状态异常，则将另一个阀控系统置为不可申请使用系统，如果当前系统故障子模块个数小于冗余子模块个数，则当前运行的阀控系统为最优系统，否则无法进行系统切换，向极控发送跳闸申请。若当前运行的阀控系统纵向状态正常，且另一个阀控系统纵向状态异常，则将另一个阀控系统置为不可申请使用系统，如果当前运行的阀控系统故障子模块个数小于冗余子模块个数，则当前运行的阀控系统为最优系统，否则无法进行系统切换，向极控发送跳闸申请。若当前运行的阀控系统的纵向状态异常，且另一个阀控系统纵向通信异常，则另一个阀控系统系统为不可申请切换系统，并申请极控跳闸保护系统。极控根据阀控系统上传切换和跳闸申请进行相应的系统切换或跳闸操作，从而精准可靠的实现系统的运行。
可见本发明的换流阀阀控系统的切换控制是按照当前运行的阀控系统的健康状态进行切换申请的，切换控制过程考虑到了阀控系统的通信情况、换流阀子模块故障个数与冗余子模块之间关系以及子模块与阀控系统之间的通信情况，进而更精确的利用冗余度，充分利用阀控系统冗余度和子模块冗余度优势，同时降低系统跳闸可能性，提升阀控系统的可靠性和稳定性。
切换控制方法的实施例
本实施例的切换控制方法已在直流换流阀阀控系统实施例中进行了详细说明，这里不再赘述。
切换控制装置的实施例
本发明的直流换流阀阀控系统的切换控制装置包括存储器和处理器，以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，处理器与存储器相耦合，处理器执行计算机程序时实现本发明的直流换流阀阀控系统的切换控制方法。具体过程已在直流换流阀阀控系统实施例中进行了详细说明，这里不再赘述。

Claims (8)

1.一种直流换流阀阀控系统的切换控制方法，其特征在于，该切换控制方法包括以下步骤：
1)若处于备用状态的阀控系统的纵向通信正常，且该阀控系统的换流阀子模块故障个数小于换流阀子模块冗余个数，则将所述处于备用状态的阀控系统设置为可申请使用有效系统，所述的纵向通信正常包括阀控系统的控制机箱和接口机箱之间的通信正常以及换流阀子模块与接口机箱通信异常的个数不大于子模块冗余个数；若当前运行的阀控系统的换流阀子模块故障个数小于换流阀子模块冗余个数，则不进行阀控系统的切换；
2)判断当前运行的阀控系统的换流阀子模块故障个数是否大于换流阀子模块冗余个数或另一阀控系统的换流阀子模块故障个数，若大于，则进行阀控系统的切换，切换至所述可申请使用有效系统。
2.根据权利要求1所述的直流换流阀阀控系统的切换控制方法，其特征在于，所述步骤1)中若处于备用状态的阀控系统的换流阀子模块故障个数不小于换流阀子模块冗余个数或纵向通信异常时，则将处于备用状态的阀控系统设置为不可申请使用有效系统。
3.根据权利要求1所述的直流换流阀阀控系统的切换控制方法，其特征在于，所述步骤2)中若当前运行的阀控系统的换流阀子模块故障个数不大于处于备用状态的阀控系统的换流阀子模块故障个数，则不进行阀控系统的切换。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的直流换流阀阀控系统的切换控制方法，其特征在于，当处于备用状态的阀控系统设置为不可申请使用有效系统时，不对当前运行的阀控系统进行切换。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的直流换流阀阀控系统的切换控制方法，其特征在于，若处于备用状态的阀控系统设置为不可申请使用有效系统，且当前运行的阀控系统出现异常时，则发送跳闸申请，所述的阀控系统出现异常指的是纵向通信异常、故障子模块个数不小于冗余子模块个数或横向通信异常。
6.根据权利要求5所述的直流换流阀阀控系统的切换控制方法，其特征在于，横向通信包括两个阀控系统对应的控制机箱之间的通信以及两个阀控系统对应的接口机箱之间的通信。
7.一种直流换流阀阀控系统的切换控制装置，其特征在于，该控制装置包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-6中任一项所述的直流换流阀阀控系统的切换控制方法。
8.一种直流换流阀阀控系统，包括冗余设置的两个阀控系统，其特征在于，若处于备用状态的阀控系统的纵向通信正常，且该阀控系统的换流阀子模块故障个数小于换流阀子模块冗余个数，则将所述处于备用状态的阀控系统设置为可申请使用有效系统，所述的纵向通信正常包括阀控系统的控制机箱和接口机箱之间的通信正常以及换流阀子模块与接口机箱通信异常的个数不大于子模块冗余个数；判断当前运行的阀控系统的换流阀子模块故障个数是否大于换流阀子模块冗余个数或另一阀控系统的换流阀子模块故障个数，若大于，则进行阀控系统的切换，切换至所述可申请使用有效系统。
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