一种多端特高压混合直流输电系统的控制设备技术方案

一种多端特高压混合直流输电系统的控制设备，该设备包括系统层装置、协调控制层和双极控制层集成装置、极控制层装置和阀组控制层装置，其中所述系统层装置包括运行人员控制主机，所述协调控制层和双极控制层集成装置包括直流双极控制主机及其分布式I/O，所述极控制层装置包括直流极控制主机及其分布式I/O，所述阀组控制层装置包括常规直流换流站的换流器控制层装置或者柔性直流换流站的换流器控制层装置。本设备简化物理层次，缩短控制链路；简化接口处理，易于系统扩展；通过极层进行站间通讯，完成站间协调，通过站内物理通讯链路完成本站的控制功能，最终实现对多端特高压混合直流输电系统的控制。

A Control Equipment for Multi-terminal UHVDC Hybrid Transmission System

【技术实现步骤摘要】
一种多端特高压混合直流输电系统的控制设备
本专利技术属于特高压直流输电
，尤其涉及一种适用于多端特高压混合直流输电的控制设备。
技术介绍
基于晶闸管技术的电网换相换流器(LCC)的高压直流(LCC-HVDC)输电系统技术已经非常成熟。目前LCC-HVDC输电系统广泛应用于远距离大容量输电、异步电网互联等场合。然而LCC-HVDC输电系统由于换相对所连交流电网要求较高，存在逆变侧换相失败，无法对弱交流系统供电，无法实现无源运行，运行过程中需要消耗大量无功功率等缺陷，在一定程度上制约了其进一步发展。基于模块化多电平换流器(MMC)的高压直流(MMC-HVDC)输电系统无需无功功率补偿，结构紧凑、占地面积小，无需交流电网的短路容量支持换相，不存在换相失败，从而解决了直流输电向弱系统或无源电网供电的问题。但是其本身建设成本高、无法有效处理直流线路故障的缺陷制约了其在远距离大容量输电场合的运用。目前常规直流输电技术与柔性直流输电技术各有利弊，国内各学者也提出了多种组合方案，例如多端特高压常规直流输电系统，多端特高压柔性直流输电系统，多端特高压混合直流输电系统等。其中，多端特高压混合直流输电系统，在送端换流站采用LCC-HVDC输电系统，受端换流站采用MMC-HVDC输电系统，将LCC换流站与MMC换流站直流侧并联运行，能从根本上实现两者的优势互补：一方面可以用柔性直流单元连接低短路比的弱交流电网或无源电网，有效避免换相失败，另一方面能够发挥常规直流单元成本和损耗较低的优势。尽管世界上已有为数不多的几个多端柔性直流工程案例，但国内尚无远距离多端柔性特高压直流输电系统的应用经验，更无多端混合直流特高压直流输电系统的工程先例。相比于两端常规直流系统，和多端柔性直流系统，多端特高压混合直流输电系统，具有更多的运行方式、更复杂的控制算法，这就对其控制系统的通讯架构、控制速度、功能分部等提出了更高的要求。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种多端特高压混合直流输电系统的控制设备，确保多端特高压混合直流输电系统在运行中快速、准确地应对各种工况。一种多端特高压混合直流输电系统的控制设备，该设备包括系统层装置、协调控制层和双极控制层集成装置、极控制层装置和阀组控制层装置，其中所述系统层装置包括运行人员控制主机，所述协调控制层和双极控制层集成装置包括直流双极控制主机及其分布式I/O，所述极控制层装置包括直流极控制主机及其分布式I/O，所述阀组控制层装置包括常规直流换流站的换流器控制层装置或者柔性直流换流站的换流器控制层装置。其中直流双极控制主机及其分布式I/O具体配置为CPU插件、智能网口插件、FT3插件、ZYNQ插件、管理插件、DI/DO插件和电源插件。其中直流极控制主机及其分布式I/O具体配置为CPU插件、智能网口插件、FT3插件、ZYNQ插件、管理插件、DI/DO插件和电源插件。其中常规直流换流站的换流器控制层装置包括阀组控制装置和阀控接口装置。其中阀组控制装置配置为2个CPU插件、智能网口插件、FT3插件、ZYNQ插件、管理插件、DI/DO插件和电源插件，阀组控制装置完成控制算法，输出触发信号至阀控接口装置；阀控接口装置配置为CPU插件、光纤接口插件和电源插件，负责接收阀组控制装置发送的触发命令，生成最终的触发脉冲，控制由晶闸管构成的双12脉动常规直流换流站。其中柔性直流换流站的换流器控制层装置包括阀组控制装置和阀控装置。其中阀组控制装置配置为CPU插件、智能网口插件、FT3插件、ZYNQ插件、管理插件、DI/DO插件和电源插件，阀组控制装置完成控制算法，输出触发信号至阀控装置；阀控装置配为小信号采样插件、CPU插件、管理插件、DI/DO插件和电源插件，接收阀组控制装置发送的调制波，生成最终的模块控制脉冲，控制由模块化多电平换流器构成的柔性直流换流站。其中协调控制层和双极控制层集成装置和极控层装置直接通讯，极控层装置和阀组控制层装置直接通讯，而协调控制层和双极控制层集成装置和阀组控制层无直接通讯，极控层装置转发集成装置和阀组控制层装置之间的少量信号交互。本技术的有益效果在于：本技术多端特高压混合直流输电的控制设备将多端协调控制层和双极控制层的功能集成，放置在双极层物理装置中，简化物理装置层级，缩短控制链路的延时。各物理控制层在硬件上采用统一架构，在换流器控制层通过配置不同的板卡实现对不同类型的换流器的控制，实现对多端特高压混合直流输电系统的控制，易于接口数据处理和系统扩展。各站间通过极控制设备进行通信，各站双极层及阀组层之间的少量信号交互，也通过极层的转发来完成，以保证站间协调指令能够被更快速执行。该组网架构，简化了物理装置的层级和通讯链路，同时又能以统一的硬件架构实现对不同类型换流站的控制，符合多端特高压混合直流输电系统的要求。附图说明图1是本技术基于的三端特高压混合直流系统结构示意图；图2是本技术多端特高压混合直流输电的控制设备分层示意图；图3是本技术多端特高压混合直流输电的控制设备硬件配置示意图；图4是本技术多端特高压混合直流输电的控制设备通讯链路示意图。具体实施方式为使本技术的技术方案，控制优点更加明确，下面将结合附图做详细的解释说明。本技术实施例提供了一种多端特高压混合直流输电的控制设备，本实施例以三端特高压混合直流输电系统为例进行介绍，如图1所示，每个站主电路采用双极双阀组的拓扑结构，系统包括S1站的极1高阀组1、极1低阀组2、极2低阀组3、极2高阀组4，S2站的极1高阀组5、极1低阀组6、极2低阀组7、极2高阀组8，S3站的极1高阀组9、极1低阀组10、极2低阀组11、极2高阀组12。其中S1站为常规直流换流站，S2站和S3站为柔性直流换流站。在高压直流输电中，控制装置按功能分层自上而下为系统层、协调控制层、双极控制层、极控制层、阀组控制层，其中系统层为运行人员控制主机。如果按照功能分层，配置物理装置，分层太多，控制链路过长，通讯延时太长，而且部分控制功能层任务量小，单独配置物理层，导致成本增加。如图2所示，一种多端特高压混合直流输电的控制设备分层示意图，为简化物理层级，减少装置通讯链路，缩短通讯延时，将多端协调控制层和双极控制层的功能集成，放置在双极控制层物理装置中，物理装置上，省去多端协调控制层，从而简化物理装置层级，缩短控制链路的延时，提升控制响应速度。依据该物理分层，多端特高压混合直流输电系统的各功能在各物理层实现分配如下：(一)双极控制层主要包括直流双极控制主机及其分布式I/O。主要功能是为两套极控主机提供极功率指令：根据运行人员控制系统发出的功率指令，综合附加控制功能、两极电流平衡控制、极间紧急功率转移等因素向各极控主机分配功率指令。兼管全站相关的顺序控制和全站的无功控制及交流母线电压控制。(二)极控制层包括直流极控制主机及其分布式I/O。主要功能是根据运行人员控制系统发出的电流/功率指令或双极控制主机发出的极功率指令，产生本极的两套换流阀组主机得以稳态运行的稳态运行触发角(常规直流)或调制电压(柔性直流)指令。直流极控制主机还负责本极相关的顺序控制、本极的换流变抽头控制、本极相关的无功控制等功能。直流极控主机还承担与对站相应的极控主机通信的任本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多端特高压混合直流输电系统的控制设备，其特征在于，该设备包括系统层装置、协调控制层和双极控制层集成装置、极控制层装置和阀组控制层装置，其中所述系统层装置包括运行人员控制主机，所述协调控制层和双极控制层集成装置包括直流双极控制主机及其分布式I/O，所述极控制层装置包括直流极控制主机及其分布式I/O，所述阀组控制层装置包括常规直流换流站的换流器控制层装置或者柔性直流换流站的换流器控制层装置。

【技术特征摘要】
1.一种多端特高压混合直流输电系统的控制设备，其特征在于，该设备包括系统层装置、协调控制层和双极控制层集成装置、极控制层装置和阀组控制层装置，其中所述系统层装置包括运行人员控制主机，所述协调控制层和双极控制层集成装置包括直流双极控制主机及其分布式I/O，所述极控制层装置包括直流极控制主机及其分布式I/O，所述阀组控制层装置包括常规直流换流站的换流器控制层装置或者柔性直流换流站的换流器控制层装置。2.如权利要求1所述的一种多端特高压混合直流输电系统的控制设备，其中直流双极控制主机及其分布式I/O具体配置为CPU插件、智能网口插件、FT3插件、ZYNQ插件、管理插件、DI/DO插件和电源插件。3.如权利要求1所述的一种多端特高压混合直流输电系统的控制设备，其中直流极控制主机及其分布式I/O具体配置为CPU插件、智能网口插件、FT3插件、ZYNQ插件、管理插件、DI/DO插件和电源插件。4.如权利要求1所述的一种多端特高压混合直流输电系统的控制设备，其中常规直流换流站的换流器控制层装置包括阀组控制装置和阀控接口装置。5.如权利要求4所述的一种多端特高压混合直流输电系统的控制设备，其中阀组控制装置配置为2个CPU插件、智能网口插件、FT3插件、ZYNQ...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘静佳，梅红明，张海棠，于华龙，文晶，刘树，操丰梅，
申请(专利权)人：北京四方继保自动化股份有限公司，北京四方继保工程技术有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11