模块化多电平变流器系统，及其控制系统和控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种模块化多电平变流器系统，及其控制系统和控制方法，上位机控制层包括运行人员监控系统，运行人员监控系统与系统控制机箱相连。系统级控制层包括系统控制机箱，系统控制机箱与阀控制机箱相连。阀级控制层包括阀控制机箱，阀控制机箱将子模块触发脉冲信号下发至子模块控制器。模块级控制层包括子模块控制器，子模块控制器分散布置于模块化多电平变流器阀的子模块中，控制子模块的上功率模块和下功率模块开通与关断。本发明专利技术针对模块化多电平变流器自身的特殊控制要求，采用多控制单元的分层结构，分别从不同的控制优先级别实现对整个模块化多电平变流器的综合控制，为模块化多电平变流器的大规模工程应用奠定了良好的基础。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，上位机控制层包括运行人员监控系统，运行人员监控系统与系统控制机箱相连。系统级控制层包括系统控制机箱，系统控制机箱与阀控制机箱相连。阀级控制层包括阀控制机箱，阀控制机箱将子模块触发脉冲信号下发至子模块控制器。模块级控制层包括子模块控制器，子模块控制器分散布置于模块化多电平变流器阀的子模块中，控制子模块的上功率模块和下功率模块开通与关断。本专利技术针对模块化多电平变流器自身的特殊控制要求，采用多控制单元的分层结构，分别从不同的控制优先级别实现对整个模块化多电平变流器的综合控制，为模块化多电平变流器的大规模工程应用奠定了良好的基础。【专利说明】
本专利技术涉及电力变流
，尤其是涉及一种广泛应用于柔性直流输电、静止无功发生器等电力应用领域的模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)系统，及其控制系统和控制方法。
技术介绍
西门子公司提出了基于模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的 VSC HVDC (Voltage Source Converter Based High Voltage Direct Current,基于电压源变流器的高压直流输电)技术，并将其命名为HVDC PLUS，如附图1所示。由于模块化设计和制造，MMC可以轻易地达到很高的电平数，这是传统的多电平技术，如二极管钳位型和电容钳位型变流器难以企及的。所以，MMC电平阶跃很小，具有很好的输出特性，也很容易构建大容量变流器，据西门子公司的资料称可以达到1000MW甚至更大。可以说MMC相比于传统的两电平和三电平变流器更适合用于高压，大功率的直流输电领域。模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)因其米用了大规模子模块(Sub-Modular,SM)级联的多电平结构，可更为灵活地适应更高的电压等级和功率要求，近年来逐渐在柔性直流输电、静止无功发生器等电力应用领域中得到应用。模块化多电平变流器的主电路拓扑结构图如附图1所示，其基本电路单元也被叫做子模块，各个桥臂均是通过一定量的具有相同结构的子模块和一个阀级电抗器串联构成，仅仅通过变化子模块的个数，就可以灵活改变变流器的输出电压以及功率等级。另外，通过串联多个相同的子模块，该拓扑结构的正负直流母线能够适合高压直流输电场合。基于MMC的柔性直流输电技术相比于传统直流输电技术,没有换向失败的问题,可以实现有功、无功功率的快速解耦控制，同时谐波含量也得到了降低。因此，VSC-HVDC在电网的非同步互联和电力市场支持，分布式发电并网，连接孤立小电网和无源负荷，以及向大城市中心负荷供电等方面有很好的应用前景。而控制系统是整个变流器的核心之一，对变流器各种功能的实现和优势的发挥起着决定性的作用。不同于常规的三相两电平桥式结构、二极管箝位型或者飞跨电容型三电平拓扑结构，模块化多电平变流器采用IGBT半桥与电容并联的子模块级联的拓扑结构，最近电平逼近调制控制、子模块电容电压平衡控制、相间桥臂环流抑制控制等是其自身特有的控制方式。为了保证模块化多电平变流器的可靠稳定运行，需要针对模块化多电平变流器自身的控制特点来设计与配置控制系统，使得控制系统满足模块化多电平变流器的工程应用要求。在现有技术中，主要有以下两篇文献与本专利技术相关:文献I为山东大学于2011年03月03日申请，并于2011年08月17日公开，【专利技术者】邓明, 吴强, 张志学, 唐剑钊, 刘华东, 谭胜武, 何伯钧, 秦灿华, 梁文超, 刘永丰 申请人:株洲变流技术国家工程研究中心有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化多电平变流器控制系统，模块化多电平变流器（5）包括模块化多电平变流器阀（6），所述模块化多电平变流器阀（6）包括上、下桥臂（7），所述桥臂（7）包括子模块（8）；其特征在于，所述控制系统包括：上位机控制层（1）、系统级控制层（2）、阀级控制层（3）和模块级控制层（4）；所述上位机控制层（1）包括运行人员监控系统（10），所述运行人员监控系统（10）与系统控制机箱（20）相连，实现对所述模块化多电平变流器（5）的状态监测、远程控制，并对所述模块化多电平变流器（5）的故障进行报警与分析；所述系统级控制层（2）包括系统控制机箱（20），所述系统控制机箱（20）实现对网侧电压信号、网侧电流信号、阀侧电压信号、阀侧电流信号、阀侧直流电压信号和阀侧直流电流信号的采集，所述系统控制机箱（20）与阀控制机箱（30）相连，所述系统控制机箱（20）同时接收由所述运行人员监控系统（10）下发控制指令，通过计算处理生成调制波，并将所述调制波下发至阀控制机箱（30）；所述阀级控制层（3）包括阀控制机箱（30），所述阀控制机箱（30）实现对阀上桥臂电流信号和阀下桥臂电流信号的采集，所述阀控制机箱（30）接收所述系统控制机箱（20）下发的调制波，通过计算处理生成子模块触发脉冲信号，并将所述子模块触发脉冲信号下发至子模块控制器（9）；所述模块级控制层（4）包括子模块控制器（9），所述子模块控制器（9）分散布置于所述模块化多电平变流器阀（6）的子模块（8）中，所述子模块控制器（9）接收所述阀控制机箱（30）下发的子模块触发脉冲信号，并通过脉冲分配分别对所述子模块（8）的上功率模块和下功率模块发送驱动信号，从而控制所述上功率模块和下功率模块的开通与关断。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓明，吴强，张志学，唐剑钊，刘华东，谭胜武，何伯钧，秦灿华，梁文超，刘永丰，
申请(专利权)人：株洲变流技术国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：