CN114094614A - 一种mmc柔性直流输电换流阀子模块旁路开关冗余控制装置及方法 - Google Patents

一种mmc柔性直流输电换流阀子模块旁路开关冗余控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种MMC柔性直流输电换流阀子模块旁路开关冗余控制装置以及控制方法，通过使每个子模块控制器分别与阀控模块以及相邻子模块控制器相互连接并进行通信，形成了子模块旁路开关控制和状态检测的冗余架构，解决了MMC柔性直流输电换流阀的单一子模块的控制器异常时，不能闭合旁路开关的问题。

Description

一种MMC柔性直流输电换流阀子模块旁路开关冗余控制装置 及方法
技术领域
本发明涉及高压直流输电相关领域，尤其涉及一种一种MMC柔性直流输电换流阀子模块旁路开关冗余控制装置以及控制方法。
背景技术
基于MMC的柔性直流输电工程运行过程中，每一个桥臂往往是由上百个MMC子模块串联组成。当其中某个子模块出现故障时，必须闭合该子模块的旁路开关将故障子模块切除，才能使柔性直流输电工程正常运行。当某一个子模块出现由于该子模块控制器的原因导致旁路开关无法正常闭合或者阀控模块接收不到旁路开关的闭合状态时，将会使故障扩大，最终导致系统跳闸停运。因此，如何使MMC的柔性直流输电工程中子模块的旁路开关能够可靠地闭合对于MMC换流阀的稳定运行影响十分重大。
发明内容
基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种MMC柔性直流输电换流阀子模块旁路开关冗余控制装置以及相应的控制方法，以解决单一子模块的控制器异常时，不能闭合旁路开关的问题。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种MMC柔性直流输电换流阀子模块旁路开关冗余控制装置，包括：
多个MMC柔性直流输电换流阀子模块、与每个所述子模块对应的子模块控制器、以及阀控模块；其中，
所述子模块控制器中的每个与其对应的子模块相连，并与相邻子模块的子模块控制器相连，以与所述相邻子模块对应的子模块控制器通信；
所述阀控模块与所述子模块控制器中的每个相连，以与所述各个子模块控制器通信。
进一步的，所述阀控模块向子模块控制器下发指令，所述下发的指令包括下发至该子模块的指令，以及相邻子模块的指令。
进一步的，所述子模块控制器与相邻子模块的子模块控制器通信，包括向所述相邻子模块对应的子模块控制器发送本子模块的状态，以及所述阀控模块通过该子模块控制器下发至其该相邻子模块的指令。
进一步的，所述每个MMC柔性直流输电换流阀子模块中包括旁路开关。
进一步的，每个所述子模块中的旁路开关接收本子模块和与本子模块相邻的子模块的子模块控制器的指令，并且所述旁路开关将其自身的状态反馈给本子模块和与本子模块相邻的子模块的子模块控制器。
进一步的，所述MMC柔性直流输电换流阀子模块为半桥结构的子模块或者全桥结构的子模块。
根据本发明的另一个方面，提供了一种基于所述MMC柔性直流输电换流阀子模块旁路开关冗余控制装置的控制方法，包括：
每个子模块控制器检测该子模块的故障，并将该子模块的故障状态传输至阀控模块和与该子模块相邻的子模块控制器；
阀控模块根据所述子模块控制器上传的故障状态向该子模块和与该子模块相邻的子模块的子模块控制器下发子模块旁路闭合指令；
所述子模块的子模块控制器接收阀控模块发出的旁路开关闭合信号，或者根据所述阀控模块的指令向与该子模块相邻的子模块发出旁路开关闭合信号；
与所述子模块相邻的子模块控制器接收阀控模块发出的旁路开关闭合信号，或者根据所接收到的所述子模块的状态发出旁路开关闭合信号；
所述子模块的控制器和所述相邻的子模块的控制器将旁路开关的开合状态上传至阀控模块，作为所述阀控模块进行故障判别的依据。
进一步的，所述每个子模块控制器检测该子模块的故障，在该子模块出现故障时，该子模块的控制器发出旁路开关闭合信号，同时将该子模块的故障状态传输至阀控模块和与该子模块相邻的子模块控制器。
进一步的，所述子模块中的旁路开关将自身状态上传至该子模块控制器和与该子模块相邻的子模块的控制器，再由所述子模块控制器将所述旁路开关的状态上传至阀控模块。
进一步的，所述子模块控制器以及与所述子模块相邻的子模块的控制器同时检测所述子模块的旁路开关状态，并将所述旁路开关的状态上传至阀控模块。
综上所述，本发明提供了一种MMC柔性直流输电换流阀子模块旁路开关冗余控制装置以及控制方法，通过使每个子模块控制器分别与阀控模块以及相邻子模块控制器相互连接并进行通信，形成了子模块旁路开关控制和状态检测的冗余架构，从而避免了单一触发回路故障导致旁路开关不能正常闭合的问题，以及单一旁路开关状态检测回路异常引起不能上传旁路开关状态的问题。
附图说明
图1是本发明MMC柔性直流输电换流阀子模块旁路开关冗余控制装置的示意图；
图2是采用半桥结构的MMC柔性直流输电换流阀子模块的电路图；
图3是采用全桥结构的MMC柔性直流输电换流阀子模块的电路图；
图4是本发明MMC柔性直流输电换流阀子模块旁路开关冗余控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明提供了一种MMC柔性直流输电换流阀子模块旁路开关冗余控制装置以及控制方法，通过使每个子模块控制器分别与阀控模块以及相邻子模块控制器相互连接并进行通信，形成了子模块旁路开关控制和状态检测的冗余架构。
下面结合现有技术的情况以及附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种MMC柔性直流输电换流阀子模块旁路开关冗余控制装置，包括：多个MMC柔性直流输电换流阀子模块、与每个所述子模块对应的子模块控制器、以及阀控模块；其中，所述子模块控制器中的每个与其对应的子模块相连，并与相邻子模块的子模块控制器相连，以与所述相邻子模块对应的子模块控制器通信；所述阀控模块与所述子模块控制器中的每个相连，以与所述各个子模块控制器通信。其中，所述阀控模块向子模块控制器下发指令，所述下发的指令包括下发至该子模块的指令，以及相邻子模块的指令。所述子模块控制器与相邻子模块的子模块控制器通信，包括向所述相邻子模块对应的子模块控制器发送本子模块的状态，以及所述阀控模块通过该子模块控制器下发至其该相邻子模块的指令。每个所述子模块中的旁路开关接收本子模块和与本子模块相邻的子模块的子模块控制器的指令，并且所述旁路开关将其自身的状态反馈给本子模块和与本子模块相邻的子模块的子模块控制器。
为了更加清楚地对上述实施例的方案作出说明，以1#子模块和2#子模块两个子模块为例，结合附图作出说明，系统中包括多个子模块时，每个子模块的设置以及工作方式均与此类似。如图1所示，MMC柔性直流输电换流阀子模块旁路开关冗余控制装置的示意图，从图中可知，该MMC柔性直流输电换流阀由阀控模块、子模块以及对应的子模块控制器组成。其中，阀控模块可以给1#子模块控制器和2#子模块控制器下发指令，同时阀控模块可以接受1#子模块控制器和2#子模块控制器上传的状态；1#子模块控制器和2#子模块控制器之间可以互相通信，互传子模块状态信息和阀控模块下发的指令。具体来说，1#模块控制器可以发出1#子模块和2#子模块中旁路开关的闭合信号，也可以检测1#子模块和2#子模块中旁路开关的状态；2#模块控制器可以发出1#子模块和2#子模块中旁路开关的闭合信号，也可以检测1#子模块和2#子模块中旁路开关的状态；通过这种设置，就可以保证每个子模块旁路开关有两个触发回路，同时拥有两个旁路开关状态检测回路，形成了旁路开关控制和状态检测冗余架构。其中，每个MMC柔性直流输电换流阀子模块可以采用如图2所示的半桥结构子模块，也可以采用如图3所示的全桥结构子模块。该子模块结构的选择也不限于所述两种子模块结构，还包括现有技术中其他各种整流模块以及相应的变形结构。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种基于所述MMC柔性直流输电换流阀子模块旁路开关冗余控制装置的控制方法，该控制方法的流程图如图4所示。该控制方法包括如下步骤：
每个子模块控制器检测该子模块的故障，在该子模块出现故障时，该子模块的控制器发出旁路开关闭合信号，同时将该子模块的故障状态传输至阀控模块和与该子模块相邻的子模块控制器。在该步骤中，也可以由所述子模块中的旁路开关将自身状态上传至该子模块控制器和与该子模块相邻的子模块的控制器，再由所述子模块控制器将所述旁路开关的状态上传至阀控模块。
阀控模块根据所述子模块控制器上传的故障状态向该子模块和与该子模块相邻的子模块的子模块控制器下发子模块旁路闭合指令。
所述子模块的子模块控制器可以接收阀控模块发出的旁路开关闭合信号，也可以根据所述阀控模块的指令向与该子模块相邻的子模块发出旁路开关闭合信号；与所述子模块相邻的子模块控制器可以接收阀控模块发出的旁路开关闭合信号，也可以根据所接收到的所述子模块的状态发出旁路开关闭合信号；所述子模块的控制器和所述相邻的子模块的控制器将旁路开关的开合状态上传至阀控模块，作为所述阀控模块进行故障判别的依据。
其中，所述子模块控制器以及与所述子模块相邻的子模块的控制器同时检测所述子模块的旁路开关状态，并将所述旁路开关的状态上传至阀控模块。
上述实施方式中，可以保证MMC柔性直流换流阀子模块故障时，旁路开关可以收到两次触发信号和状态检测信号，提高了旁路开关动作和状态检测的可靠性。以下仍然结合附图1，以系统中包括1#子模块和2#子模块两个子模块为例，对该控制方法进行进一步说明。
如图1所示，1#子模块控制器检测1#子模块的运行状态，当1#子模块控制器检测到1#子模块出现故障，1#子模块控制器发出闭合1#子模块的旁路开关信号；同时，1#子模块控制器向2#子模块控制器和阀控模块发送1#子模块旁路开关的状态；阀控模块根据接收到的1#子模块控制器上传的状态向1#子模块控制器和2#子模块控制器下发闭合1#子模块的旁路开关的指令。2#子模块控制器根据阀控模块的指令或者1#子模块控制器传输的状态发出闭合1#子模块的旁路开关的信号；
通过上述控制方法，当1#子模块发生故障后，1#子模块旁路开关将接收到1#子模块控制器和2#子模块控制器的闭合信号，相当于收到2次闭合信号，避免了单一触发回路故障导致旁路开关不能正常闭合的问题。同时，2#子模块控制器有两条通路能够获知1#子模块出现故障，一条是直接接收1#子模块控制器发送的状态，另一条是由1#子模块控制器将状态上传给阀控模块后，再由阀控模块将闭合1#子模块的旁路开关的指令下发给2#子模块控制器。进一步提高了可靠性。
同时，1#子模块控制器和2#子模块控制器实时检测1#子模块的旁路开关的状态，并分别将1#子模块的旁路开关状态上传给阀控模块，由阀控模块做相应的处理。从而，1#子模块旁路开关状态就有两个检测回路，形成旁路开关状态冗余检测回路，避免了单一旁路开关状态检测回路异常引起不能上传旁路开关状态的问题。
综上所述，本发明涉及一种MMC柔性直流输电换流阀子模块旁路开关冗余控制装置以及控制方法，通过使每个子模块控制器分别与阀控模块以及相邻子模块控制器相互连接并进行通信，形成了子模块旁路开关控制和状态检测的冗余架构，从而避免了单一触发回路故障导致旁路开关不能正常闭合的问题，以及单一旁路开关状态检测回路异常引起不能上传旁路开关状态的问题。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种MMC柔性直流输电换流阀子模块旁路开关冗余控制装置，其特征在于，包括：多个MMC柔性直流输电换流阀子模块、与每个所述子模块对应的子模块控制器、以及阀控模块；其中，
所述子模块控制器中的每个与其对应的子模块相连，并与相邻子模块的子模块控制器相连，以与所述相邻子模块对应的子模块控制器通信；
所述阀控模块与所述子模块控制器中的每个相连，以与所述各个子模块控制器通信。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述阀控模块向子模块控制器下发指令，所述下发的指令包括下发至该子模块的指令，以及相邻子模块的指令。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述子模块控制器与相邻子模块的子模块控制器通信，包括向所述相邻子模块对应的子模块控制器发送本子模块的状态，以及所述阀控模块通过该子模块控制器下发至其该相邻子模块的指令。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述每个MMC柔性直流输电换流阀子模块中包括旁路开关。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，每个所述子模块中的旁路开关接收本子模块和与本子模块相邻的子模块的子模块控制器的指令，并且所述旁路开关将其自身的状态反馈给本子模块和与本子模块相邻的子模块的子模块控制器。
6.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述MMC柔性直流输电换流阀子模块为半桥结构的子模块或者全桥结构的子模块。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的MMC柔性直流输电换流阀子模块旁路开关冗余控制装置的控制方法，其特征在于，包括：
每个子模块控制器检测该子模块的故障，并将该子模块的故障状态传输至阀控模块和与该子模块相邻的子模块控制器；
阀控模块根据所述子模块控制器上传的故障状态向该子模块和与该子模块相邻的子模块的子模块控制器下发子模块旁路闭合指令；
所述子模块的子模块控制器接收阀控模块发出的旁路开关闭合信号，或者根据所述阀控模块的指令向与该子模块相邻的子模块发出旁路开关闭合信号；
与所述子模块相邻的子模块控制器接收阀控模块发出的旁路开关闭合信号，或者根据所接收到的所述子模块的状态发出旁路开关闭合信号；
所述子模块的控制器和所述相邻的子模块的控制器将旁路开关的开合状态上传至阀控模块，作为所述阀控模块进行故障判别的依据。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述每个子模块控制器检测该子模块的故障，在该子模块出现故障时，该子模块的控制器发出旁路开关闭合信号，同时将该子模块的故障状态传输至阀控模块和与该子模块相邻的子模块控制器。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述子模块中的旁路开关将自身状态上传至该子模块控制器和与该子模块相邻的子模块的控制器，再由所述子模块控制器将所述旁路开关的状态上传至阀控模块。
10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述子模块控制器以及与所述子模块相邻的子模块的控制器同时检测所述子模块的旁路开关状态，并将所述旁路开关的状态上传至阀控模块。
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