基于橋臂單元的保護控制系統及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于橋臂單元控制技術領域，具體涉及一種基于橋臂單元的保護控制系統及控制方法。
【背景技術】
[0002]柔性直流輸電是構建智能電網的重要裝備，與傳統方式相比，柔性直流輸電在孤島供電、城市配電網的增容改造、交流系統互聯、大規模風電場并網等方面具有較強的技術優勢，是改變大電網發展格局的戰略選擇。
[0003]與傳統直流輸電相比，柔性直流輸電的優勢主要體現在孤島供電、有功功率與無功功率控制等方面。如在孤島供電中，常規直流供電要求在島上具備發電機組之類的電源點，而柔性直流供電只需設備啟動的電源。
[0004]與交流輸電相比，柔性直流輸電的優勢主要體現在長距離輸電、新能源消納、成本控制等方面。如在長距離電纜輸電中，交流電纜越長，電能損耗越高，輸送的有效電能越少，就像燒好的開水沿著管子往外送，管子越長，水溫越低，末端用戶就用不上熱水了 ；柔性直流則相當于一根保溫管，即使到末端用戶，水溫都是恒定的。
[0005]更為重要的是，柔性直流輸電可攜帶來自多個站點的風能、太陽能等清潔能源，通過大容量、長距離的電力傳輸通道，到達多個城市的負荷中心，這為新能源并網、大城市供電等領域提供了一種有效的解決方案。
[0006]在柔性直流輸電系統中，模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter,MMC)屬于核心器件，因其具有無需無功補償和電網支撐換相、開關損耗小、容量升級方便，并且輸出電壓諧波含量低等優勢，得到越來越廣泛的應用。
[0007]模塊化多電平換流器的基本結構如圖1所示，MMCjPMMC2為兩個串聯的橋臂單元，對于每個橋臂單元，其結構為:三個相單元并聯形成直流母線，每個相單元包括兩個橋臂，分別為上橋臂和下橋臂，因此，每個換流器包括有6個橋臂；橋臂也稱為直流輸電系統中的換流閥(converter valve);每個橋臂由η個規格相同的子模塊SM (submodule)和一個電抗Ltl串聯組成，具有受控單向導通特性。其工作原理為:控制裝置通過適當的調制方式，產生觸發脈沖，進而控制每個子模塊SM的導通和關斷，實現三相多電平交流電壓的輸出和直流電壓的維持。
[0008]現有技術中，對于高壓大容量柔性直流輸電系統，每個橋臂單元所需的子模塊SM數量高達數百只甚至數千只，當橋臂單元發生過流等異常情況時，會使子模塊SM在毫秒級別內因過流而損壞；因此，如何當橋臂單元發生過流等異常情況時，保證子模塊SM的安全性，具有重要意義。

【發明內容】

[0009]針對現有技術存在的缺陷，本發明提供一種基于橋臂單元的保護控制系統及控制方法，可有效解決上述問題。
[0010]本發明采用的技術方案如下:
[0011]本發明提供一種基于橋臂單元的保護控制系統，包括:橋臂狀態檢測設備、橋臂狀態接收設備以及六個橋臂狀態控制單元；其中，所述橋臂狀態檢測設備的輸出端與所述橋臂狀態接收設備的輸入端連接；所述橋臂狀態接收設備的輸出端分別與六個所述橋臂狀態控制單元的輸入端連接；
[0012]每個所述橋臂狀態控制單元用于獨立控制所述模塊化多電平換流器中一個橋臂單元的狀態；每個所述橋臂狀態控制單元均呈三層體系架構，按自上而下順序，包括:橋臂單元控制設備、橋臂單元信息處理設備和橋臂單元執行設備；其中，所述橋臂單元控制設備的設置數量為六個，與模塊化多電平換流器中橋臂單元的數量相同，每個所述橋臂單元控制設備用于獨立控制一個橋臂單元；每個所述橋臂單元控制設備的輸出端連接多個所述橋臂單元信息處理設備；每個所述橋臂單元信息處理設備的輸出端連接多個所述橋臂單元執行設備，并且，所述橋臂單元執行設備的設置數量與模塊化多電平換流器中每個橋臂所包括的子模塊SM的設置數量相同，每個所述橋臂單元執行設備用于獨立控制一個所述子模塊SM進行緊急閉鎖。
[0013]優選的，所述橋臂狀態檢測設備與所述橋臂狀態接收設備之間通過第I類光纖相連，其通信協議為FT3協議；
[0014]所述橋臂狀態接收設備與六個所述橋臂單元控制設備之間通過背板總線相連，其通信協議為bus_lvds ；
[0015]所述橋臂單元控制設備與至少一個所述橋臂單元信息處理設備之間通過第2類光纖相連，其通信協議為rapid1 ；
[0016]所述橋臂單元信息處理設備與至少一個所述橋臂單元執行設備之間通過第I類光纖相連，其通信協議為FT3。
[0017]優選的，所述第I類光纖為低速光纖；所述第2類光纖為高速光纖。
[0018]優選的，所述橋臂狀態檢測設備包括橋臂電流檢測傳感器和/或橋臂電壓檢測傳感器。
[0019]優選的，所述橋臂單元執行設備用于驅動對應的橋臂閉鎖。
[0020]本發明還提供一種基于橋臂單元的保護控制方法，包括以下步驟:
[0021]SI，對于一個模塊化多電平換流器，共包括6個橋臂，每個橋臂均安裝至少一個橋臂狀態檢測設備；此外，每個橋臂均安裝一個橋臂單元控制設備，則:共有六個橋臂單元控制設備；
[0022]S2，六個所述橋臂狀態檢測設備同步采集對應橋臂在當前時刻的運行參數值，并將所述運行參數值同步發送給橋臂狀態接收設備；
[0023]S3，所述橋臂狀態接收設備對接收到的六個所述運行參數值進行異常性判斷，判斷六個所述運行參數值是否存在至少一個異常的運行參數值，如果判斷結果為否，則返回S2 ;如果判斷結果為是，則執行S4 ;
[0024]S4，所述橋臂狀態接收設備同時向六個所述橋臂單元控制設備發送緊急閉鎖指令；
[0025]S5，每個所述橋臂單元控制設備在接收到所述緊急閉鎖指令后，均執行以下步驟:
[0026]S5.1，每個所述橋臂單元控制設備連接有至少一個橋臂單元信息處理設備；而每個所述橋臂單元信息處理設備連接有至少一個橋臂單元執行設備，每個所述橋臂單元執行設備對應于同一橋臂的不同控制點，用于獨立控制同一橋臂在不同控制點的工作狀態；
[0027]當所述橋臂單元控制設備接收到所述緊急閉鎖指令后，向與所述橋臂單元控制設備連接的各個所述橋臂單元信息處理設備同步下發緊急閉鎖指令；
[0028]S5.2，每個所述橋臂單元信息處理設備接收到所述緊急閉鎖指令后，向與所述橋臂單元信息處理設備連接的各個所述橋臂單元執行設備同步下發緊急閉鎖指令；
[0029]S5.3，每個所述橋臂單元執行設備在接收到所述緊急閉鎖指令后，對所述橋臂的對應控制點進行緊急閉鎖；
[0030]由此實現:當六個橋臂中任意一個橋臂的任意一個檢測點出現狀態異常的情況時，將六個橋臂的所有控制點同步執行緊急閉鎖，進而保護模塊化多電平換流器。
[0031]優選的，S2中，所述運行參數值為所述橋臂在當前時刻的電流值或電壓值。
[0032]優選的，S3中，判斷六個所述運行參數值是否存在至少一個異常的運行參數值，具體為:
[0033]判斷所述橋臂在當前時刻的電流值是否為過流，如果過流，則該電流值為異常的電流值；
[0034]或者
[0035]判斷來自于六個橋臂的電壓值是否均衡，如果不均衡，則認為六個所述電壓值出現異常的電壓值。
[0036]本發明提供的基于橋臂單元的保護控制系統及控制方法具有以下優點:
[0037]當檢測到橋臂單元狀態異常時，通過本發明提供的保護控制系統的拓撲結構，能夠迅速、及時、高效的對橋臂單元進行緊急閉鎖，實現對橋臂單元的保護，保證子模塊SM的安全性。
【附圖說明】
[0038]圖1為現有技術提供的模塊化多電平換流器的基本結構圖；
[0039]圖2為本發明提供的基于橋臂單元的保護控制系統的拓撲結構圖。
【具體實施方式】
[0040]以下結合附圖對本發明進行詳細說明:
[0041]結合圖2，本發明提供一種基于橋臂單元的保護控制系統，包括:橋臂狀態檢測設備、橋臂狀態接收設備以及六個橋臂狀態控制單元；其中，所述橋臂狀態檢測設備的輸出端與所述橋臂狀態接收設備的輸入端連接；所述橋臂狀態接收設備的輸出端分別與六個所述橋臂狀態控制單元的輸入端連接；
[0042]每個所述橋臂狀態控制單元用于獨立控制所述模塊化多電平換流器中一個橋臂單元的狀態；每個所述橋臂狀態控制單元均呈三層體系架構，按自上而下順序，包括:橋臂單元控制設備、橋臂單元信息處理設備和橋臂單元執行設備；其中，所述橋臂單元控制設備的設置數量為六個，與模塊化多電平換流器中橋臂單元的數量相同，每個所述橋臂單元控制設備用于獨立控制一個橋臂單元；每個所述橋臂單元控制設備的輸出端連接多個所述橋臂單元信息處理設備；每個所述橋臂單元信息處理設備的輸出端連接多個所述橋臂單元執行設備，并且，所述橋臂單元執行設備的設置數量與模塊化多電平換流器中每個橋臂所包括的子模塊SM的設置數量相同，每個所述橋臂單元執行設備用于獨立控制一個所述子模塊SM進行緊急閉鎖。
[0043]根據實際需求，橋臂狀態檢測設備可以為橋臂電流檢測傳感器，用于檢測橋臂電流值；或者，橋臂狀態檢測設備可以為橋臂電壓檢測傳感器，用于檢測橋臂電壓值。
[0044]采用上述拓撲結構的優點為:
[0045]傳統技術中，對于每個橋臂，具有數量眾多的子模塊SM，因此，設置有數量眾多的橋臂單元執行設備，例如，設置有1000個橋臂單元執行設備；因此，橋臂單元控制設備需要同時向1000個橋臂單元執行設備下發閉鎖指令，由于通信信道的影響，常常導致網絡擁塞，降低閉鎖指令下發的速度，從而延長了橋臂單元執行設備執行閉鎖動作的速度。
[0046]而本發明中，每個橋臂狀態控制單元呈三層體系架構，按自上而下順序，包括:橋臂單元控制設備、橋臂單元信息處理設備和橋臂單元執行設備；也就是說，在橋臂單元控制設備和橋臂單元執行設備之間增加橋臂單元信息處理設備，橋臂單元控制設備下發的閉鎖指令通過橋臂單元信息處理設備分流給各個橋臂單元執