[实用新型]一种集中与分布式相结合的换流链控制器

说明书

技术领域

本实用新型属于电力电子装置控制技术领域，具体涉及一种用于链式STATCOM(静止无功补偿器)及其他采用链式换流器的FACTS(柔性交流输电)装置的集中与分布式相结合的换流链控制器。

背景技术

链式STATCOM在工程中应用广泛。其主电路的核心部分是链式结构的电压源逆变器，相单元为独立的换流链，由N个结构完全相同的基本单元串联而成，每个基本单元是一个可输出三电平的单相桥式电压源逆变器。N个基本单元串联可得到2N+1级的阶梯电压波形。链式电路基本结构如附图1所示。

链式结构可以实现独立分相控制，有利于解决系统的相间平衡问题，在系统受到扰动时，更好地提供电压支撑。其所有链接的基本单元结构完全相同，可以实现模块化设计，便于扩容和维护，并避免了因开关器件直接串并联使用而产生的问题。链式STATCOM采用普通变压器接入系统，避免了多重化变压器带来的问题，减小了占地面积，降低了装置成本。此外，链式STATCOM输出的谐波可忽略，不需要滤波器。

然而，链式结构引发的问题是直流侧电容电压波动剧烈及直流电容电压不平衡，协调控制难度较大。针对链式STATCOM直流电压平衡问题，工程中通常采用三级直流电压控制，第一级为全局平均直流电压控制，生成换流器整体参考指令，解决装置整体直流侧电压的稳定问题；第二级控制为换流链平均直流电压控制，实现相间直流侧电压平衡，对各相换流链分别进行控制；第三级控制为链节直流电压控制，实现链节平衡，需要对每个链节分别进行控制。上述三级控制策略的控制对象分别为三相整体换流链，单相换流链以及单个链节，类型不同，受控量的数目也不同。若控制器采用集中式设计，各种控制功能都集中在控制保护层完成，第三级控制信号在控制保护层和阀组层之间的交换需要上百微秒，相对较大的延时会使控制器的稳定裕度降低，对控制方案的要求提高。为此，本文提出一种集中-分布式相结合的控制器结构在阀控层对应各个链节单元加入DSP，使阀组控制层具备就地处理的能力，可显著提高链式换流器的控制速度，具有层次合理，控制目标明确，响应速度快，控制效果良好等优点。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的在于提出一种层次合理、控制目的明确、易于实现且控制效果良好稳定的集中与分布式相结合的换流链控制器。

本实用新型的集中与分布式相结合的换流链控制器是通过下述技术方案实现的：

一种集中与分布式相结合的换流链控制器，其特征在于，该控制器采用三层结构：包括监控层、控制保护层和阀组控制层，所述控制保护层与监控层通过以太网互联，所述控制保护层与阀组控制层通过基于工业以太网的光纤通信设备互联。

其中，所述监控层包括本地监控计算机、远程监控计算机和以太网交换机，两个监控计算机分别通过以太网交换机与控制保护层实现以太网互联。

其中，所述控制保护层包括电压电流采样器、调节保护器、录波回放器、开关量输入单元和开关量输出单元，所述电压电流采样器将采集到的电压、电流信号通过数据总线传至调节保护器，所述调节保护器分别与录波回放器、开关量输入单元和开关量输出单元相连接。

其中，所述电压电流采样器包括用于采集电压信号的电压互感器和用于采集电流信号的电流互感器，A/D转换器。

其中，所述调节保护器采用数字信号处理器DSP。

其中，所述录波回放器采用数字信号处理器DSP。

其中，所述开关量输入单元采用复杂可编程逻辑器件CPLD。

其中，所述开关量输出单元采用继电器。

其中，所述阀组控制层包括三相所有链节单元，每个链节单元包括阀体，数字信号处理器，光耦通道，电压、电流传感器和驱动器；所述阀体中包含若干IGBT阀，所述数字信号处理器，光耦通道和电压、电流传感器集成于DSP板卡上，所述驱动器通过光耦通道与数字信号处理器相连，所述驱动电路及电压、电流传感器直接与阀体相连，阀体状态由电压、电流传感器检测并送至数字信号处理器，由数字信号处理器通过光耦通道将控制指令送至驱动电路，驱动电路依据控制指令驱动阀体中相应的IGBT阀。

本实用新型的控制装置具有以下优点：

1)该控制器在原有三层控制器结构的基础上将集中型控制器设计改变为集中式控制与分布式控制相结合的结构，在阀组控制层模块中增加DSP实现就地控制，不但可以显著提高控制速度，还可以更好的与换流链三级直流电压控制策略相协调，很好满足实时控制要求；