基于smc-vbc-vm的igbt換流閥閥控系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高壓柔性直流換流站IGBT換流閥閥控系統(tǒng)，特別是關于一種在高壓柔性直流換流站中應用的基于SMC-VBC-VM的IGBT換流閥閥控系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]高壓柔性直流輸電做為一種新型的直流輸電技術，是采用與常規(guī)直流輸電工程采用晶閘管作為換流閥差異較大的IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)絕緣柵雙極型晶體管、復合全控型電壓驅動式功率半導體器件作為換流閥，具有自關斷能力的全控型器件、開關速度快、頻率高、損耗小的IGBT換流閥也是高壓柔性直流換流站重要核心電氣設備。
[0003]在基于MMC拓撲接線的IGBT換流閥柔性直流輸電工程中，為了避免電流過大及急速上升造成對價格昂貴IGBT換流閥器件的損壞，對于由IGBT換流閥設備成套的IGBT換流閥控制、監(jiān)視及保護的閥控系統(tǒng)有著苛刻的技術要求。
[0004]目前，高壓柔性直流換流閥多數(shù)采用IGBT整流器作為基本單元，稱為換流橋，一般由兩個或多個換流橋組成換流系統(tǒng)，實現(xiàn)高壓柔性換流站交流變直流、直流變交流的輸電功能。隨著電力電子器件的進一步發(fā)展，高壓柔性直流輸電技術必將具有更廣闊的應用范圍和更好的發(fā)展前景，而IGBT換流閥閥控系統(tǒng)的可靠性對保障高壓柔性直流輸電系統(tǒng)IGBT換流閥的運行性能和安全性至關重要。但采用IGBT做為高壓柔性直流輸電工程換流閥的閥控系統(tǒng)設計目前還未形成相應的技術方案。

【發(fā)明內容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于SMC-VBC-VM的IGBT換流閥閥控系統(tǒng)，為高壓柔性直流輸電系統(tǒng)IGBT換流閥安全穩(wěn)定運行提供保障。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案:一種基于SMC-VBC-VM的IGBT換流閥閥控系統(tǒng)，其特征在于:它包括IGBT換流閥、IGBT換流閥子模塊控制器、IGBT閥基控制設備和IGBT換流閥元件監(jiān)控系統(tǒng)，所述IGBT換流閥內包括若干由IGBT管構成的子模塊；所述IGBT換流閥子模塊控制器分別與所述IGBT閥基控制設備、IGBT換流閥進行信息交互，所述IGBT換流閥子模塊控制器用于接收所述IGBT閥基控制設備傳輸至的控制信息，并將該控制信息傳輸至所述IGBT換流閥內的各子模塊；所述IGBT換流閥子模塊控制器將檢測到的所述IGBT換流閥內各子模塊的運行狀態(tài)信息傳輸至所述IGBT閥基控制設備；所述IGBT閥基控制設備將接收到的所述IGBT換流閥內各子模塊的運行狀態(tài)信息傳輸至所述IGBT換流閥元件監(jiān)控系統(tǒng)，所述IGBT換流閥元件監(jiān)控系統(tǒng)通過標準接口與現(xiàn)有高壓柔性直流換流站直流控制保護系統(tǒng)直接連接進行信息交互，所述高壓柔性直流換流站直流控制保護系統(tǒng)經(jīng)所述IGBT換流閥元件監(jiān)控系統(tǒng)、IGBT閥基控制設備為所述IGBT換流閥提供其所需的交流電壓；所述IGBT換流閥元件監(jiān)控系統(tǒng)將監(jiān)測到的所述IGBT換流閥內各子模塊狀態(tài)信息傳輸至所述高壓柔性直流換流站直流控制保護系統(tǒng)，所述高壓柔性直流換流站直流控制保護系統(tǒng)根據(jù)出現(xiàn)故障的子模塊數(shù)量向所述IGBT換流閥元件監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出控制信息。
[0007]進一步，所述IGBT換流閥子模塊控制器由若干子模塊控制器構成，每一所述子模塊控制器分別用于監(jiān)測所述IGBT換流閥中一子模塊的工作狀態(tài)、接收所述IGBT閥基控制設備發(fā)出的控制信息，并將子模塊的狀態(tài)傳輸至所述IGBT閥基控制設備。
[0008]進一步，所述子模塊控制器檢測到所述IGBT換流閥中子模塊出現(xiàn)故障時，所述子模塊控制器將故障子模塊旁路，并將故障信息傳輸至所述IGBT閥基控制設備。
[0009]進一步，所述IGBT閥基控制設備包括電流控制單元、橋臂匯總控制單元和橋臂分段控制單元，所述IGBT換流閥元件監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)所述電流控制單元與所述IGBT換流閥進行信息交互，所述電流控制單元經(jīng)所述橋臂匯總控制單元與所述橋臂分段控制單元進行信息交互，所述橋臂分段控制單元與所述IGBT換流閥子模塊控制器進行信息交互。
[0010]進一步，所述電流控制單元用于接收所述IGBT換流閥元件監(jiān)控系統(tǒng)傳輸至的控制信息，并根據(jù)所述IGBT換流閥的橋臂參考電壓計算投入的子模塊數(shù)量；同時，計算出電流平衡控制量并將其加入到橋臂參考電壓中，將橋臂參考電壓最終結果發(fā)送至所述橋臂匯總控制單元；所述電流控制單元還實時接收、處理所述IGBT換流閥的橋臂電流測量值。
[0011]進一步，所述橋臂匯總控制單元作為所述電流控制單元和橋臂分段控制單元的通訊接口，實現(xiàn)信息的相互傳送，接收所述電流控制單元傳輸至的橋臂參考電壓、動作次數(shù)及橋臂控制信息，并將接收到的信息分組后傳輸至所述橋臂分段控制單元；同時，所述橋臂匯總控制單元將所述橋臂分段控制單元傳輸至的子模塊電壓信息匯總，進行排序后執(zhí)行分組協(xié)調控制，對橋臂參考電壓所需投入和切除的子模塊進行分組下發(fā)，實現(xiàn)橋臂各個分組的電壓平衡。
[0012]進一步，所述橋臂分段控制單元用于采集所述IGBT換流閥子模塊控制器中各子模塊的電壓和狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)計算出該段子模塊的平均電壓、最大或最小電壓，并傳輸至所述橋臂匯總控制單元；同時，所述橋臂分段控制單元根據(jù)所述橋臂匯總控制單元傳輸至的投入電平數(shù)目，確定本橋臂分組需要投入的子模塊數(shù)；根據(jù)采集反饋的子模塊狀態(tài)信息進行投入、切出分類匯總，對能進行投入或切出的子模塊電容電壓大小進行排序；根據(jù)所述橋臂匯總控制單元傳輸至的投入或切出數(shù)及實際電流方向，對不同的子模塊進行投切控制。
[0013]進一步，所述電流控制單元、橋臂匯總控制單元及橋臂分段控制單元均采用雙冗余熱備份原則進行設置，一套作為主系統(tǒng)，一套作為從系統(tǒng)。
[0014]進一步，所述IGBT換流閥元件監(jiān)控系統(tǒng)具有子模塊電壓錄波功能，對子模塊電容電壓平衡效果進行離線監(jiān)測。
[0015]本發(fā)明由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明提出基于IGBT換流閥子模塊控制器-1GBT閥基控制設備-1GBT換流閥元件監(jiān)控系統(tǒng)分層、分布式結構的IGBT換流閥閥控系統(tǒng)，為高壓柔性直流輸電系統(tǒng)IGBT換流閥閥控系統(tǒng)提供較為成熟可靠的技術方案，為高壓柔性直流輸電系統(tǒng)IGBT換流閥安全穩(wěn)定運行提供技術保障。2、本發(fā)明采用標準對外接口，通過IGBT換流閥元件監(jiān)控系統(tǒng)與高壓柔性直流換流站直流控制保護系統(tǒng)進行通訊，保障高壓柔性直流IGBT換流閥的正常運行和故障時換流閥的安全退出，也方便換流站的后期運行維護工作。3、本發(fā)明IGBT閥基控制設備的保護策略分為子模塊保護策略、閥段保護策略及整個IGBT換流閥層級保護策略等三級保護，針對橋臂電流和閥基控制設備自身狀態(tài)進行了實時監(jiān)控與保護，確保在閥基控制設備內部通信實現(xiàn)故障的情況下保證IGBT換流閥安全退出運行，避免對IGBT換流閥造成的損壞。本發(fā)明可以在高壓柔性直流換流站中應用。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的整體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于SMC-VBC-VM的IGBT換流閥閥控系統(tǒng)，其包括IGBT換流閥、IGBT換流閥子模塊控制器、IGBT閥基控制設備VBC和IGBT換流閥元件監(jiān)控系統(tǒng)VM，其中IGBT換流閥為現(xiàn)有裝置，其內包括若干由IGBT管、二極管D和電容等元件構成的子模塊。IGBT換流閥子模塊控制器分別與IGBT閥基控制設備VBC、IGBT換流閥進行信息交互，IGBT換流閥子模塊控制器用于接收IGBT閥基控制設備VBC傳輸至的控制信息，并將該控制信息傳輸至IGBT換流閥內的各子模塊；IGBT換流閥子模塊控制器將檢測到的IGBT換流閥內各子模塊的運行狀態(tài)信息傳輸至IGBT閥基控制設備VBC。IGBT閥基控制設備VBC設置在換流站二次設備室內，將接收到的IGBT換流閥內各子模塊的運行狀態(tài)信息傳輸至IGBT換流閥元件監(jiān)控系統(tǒng)VM，IGBT換流閥元件監(jiān)控系統(tǒng)VM用于監(jiān)測IGBT換流閥內各子模塊中各IGBT管的開通與關斷次數(shù)以及IGBT管平均通斷頻率與導通時間，并根據(jù)該導通次數(shù)、頻率和時間判斷各個IGBT管或其它相關元件的異?；驌p壞；在所有的冗余子模塊全部損壞后，IGBT換流閥元件監(jiān)控系統(tǒng)VM將發(fā)出警報。IGBT換流閥元件監(jiān)控系統(tǒng)VM通過標準接口與現(xiàn)有高壓柔性直流換流站直流控制保護系統(tǒng)直接連接進行信息交互，由高壓柔性直流換流站直流控制保護系統(tǒng)經(jīng)IGBT換流閥元件監(jiān)控系統(tǒng)VM、IGBT閥基控制設備VBC為IGBT換流閥提供其所需的交流電壓；IGBT換流閥元件監(jiān)控系統(tǒng)VM將監(jiān)測到的IGBT換流閥內各子模塊狀態(tài)信息傳輸至高壓柔性直流換流站直流控制保護系統(tǒng)，高壓柔性直流換流站直流控制保護系統(tǒng)根據(jù)出現(xiàn)故障的子模塊數(shù)量向IGBT換流閥元件監(jiān)控系統(tǒng)VM發(fā)出控制信息，若出現(xiàn)故障的子模塊數(shù)量超過冗余子模塊數(shù)則發(fā)出換流閥閉鎖信息，以保障IGBT換流閥安全退出運行，大大減少了故障范圍和IGBT換流閥更嚴重故障帶來的經(jīng)濟損失。
[0019]上述實施例中，IGBT換流閥子模塊控制器具備過流保護、IGBT驅動故障保護、取能電源故障保護、過電壓保護、光通訊保護及電壓采集通路故障保護等保護功能，其由若干SMC(Sub Module Controller，子模塊控制器)構成，每一 SMC分別用于監(jiān)測IGBT換流閥中一子模塊的工作狀態(tài)、接收IGBT閥基控制設備下發(fā)的子模塊控制信息，并將子模塊的狀態(tài)傳輸至IGBT閥基控制設備VBC。