一種提高串聯(lián)鏈?zhǔn)阶兞髟O(shè)備動態(tài)響應(yīng)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種提高串聯(lián)鏈?zhǔn)阶兞髟O(shè)備動態(tài)響應(yīng)的方法，基于串聯(lián)模塊的變流設(shè)備拓?fù)?，所述拓?fù)浒ㄖ辽?個依次串接的串聯(lián)模塊；將整個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的串聯(lián)模塊依次循環(huán)作為冗余模塊，進(jìn)行旁路處理：閥基控制裝置下發(fā)旁路命令到其中一個或多個模塊的串聯(lián)模塊內(nèi)部控制板，串聯(lián)模塊內(nèi)部控制板直接控制串聯(lián)模塊的可控器件脈沖，使該模塊處于旁路狀態(tài)、冗余備用；間隔一段時間后，閥基控制裝置收回發(fā)給該模塊的旁路命令，并下發(fā)旁路命令到下一個或多個模塊的串聯(lián)模塊內(nèi)部控制板，實現(xiàn)依次移位循環(huán)冗余。此方法可滿足串聯(lián)鏈?zhǔn)阶兞髟O(shè)備的可靠性和動態(tài)響應(yīng)性能，控制簡單，且避免了系統(tǒng)電壓對設(shè)備的電流沖擊。
【專利說明】一種提高串聯(lián)鏈?zhǔn)阶兞髟O(shè)備動態(tài)響應(yīng)的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力自動化設(shè)備控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種采用循環(huán)冗余技術(shù)提高串聯(lián)鏈?zhǔn)阶兞髟O(shè)備動態(tài)響應(yīng)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在串聯(lián)模塊的變流設(shè)備拓?fù)渲?，例如鏈?zhǔn)届o止同步補(bǔ)償器、半橋模塊化多電平變流器、全橋模塊化多電平變流器、級聯(lián)型兩電平/多電平變流器等，為了提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，通常設(shè)置至少一個冗余模塊，這些模塊在正常工作時處于旁路狀態(tài)，對設(shè)備運(yùn)行方式?jīng)]有影響，在串聯(lián)的某個模塊出現(xiàn)故障時將冗余模塊投入，把故障模塊旁路，實現(xiàn)了故障的切除。
[0003]在傳統(tǒng)冗余模式下，對冗余模塊的控制采用靜態(tài)方式，即選定的冗余模塊始終處于旁路狀態(tài)，盡管可以通過多重取能保證該模塊的正常收發(fā)信號，但控制電路、驅(qū)動電路和功率器件長期處于同一種工況，容易造成器件老化和應(yīng)力疲勞，降低了設(shè)備運(yùn)行可靠性。
[0004]在傳統(tǒng)冗余模式下，冗余模塊長期處于旁路狀態(tài)，其直流電容電壓為零，本模塊的控制電源無法從自身獲得，必須從其他模塊獲得，使得串聯(lián)模塊的負(fù)荷不對稱，加劇了串聯(lián)模塊電壓的不平衡，必須在控制中加以處理，增加了控制的復(fù)雜性，降低了魯棒性。
[0005]在傳統(tǒng)冗余模式下，冗余模塊直流電容電壓為零，在其他模塊故障時將冗余模塊投入，此時由于冗余模塊直流電壓為零，從而等效的電壓源輸出有一個缺口，會造成系統(tǒng)電壓對設(shè)備的電流沖擊，進(jìn)而會出現(xiàn)直流電壓的過調(diào)，不利于設(shè)備安全。
[0006]鑒于此，本發(fā)明人提出一種采用循環(huán)冗余技術(shù)提高串聯(lián)鏈?zhǔn)阶兞髟O(shè)備動態(tài)響應(yīng)的方法，本案由此產(chǎn)生。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的，在于提供一種提高串聯(lián)鏈?zhǔn)阶兞髟O(shè)備動態(tài)響應(yīng)的方法，其可滿足串聯(lián)鏈?zhǔn)阶兞髟O(shè)備的可靠性和動態(tài)響應(yīng)性能，控制簡單，且避免了系統(tǒng)電壓對設(shè)備的電流沖擊。
[0008]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0009]—種提聞串聯(lián)鏈?zhǔn)阶兞髟O(shè)備動態(tài)響應(yīng)的方法，基于串聯(lián)I吳塊的變流設(shè)備拓?fù)?，所述拓?fù)浒辽?個依次串接的串聯(lián)模塊，各串聯(lián)模塊均包括4個開關(guān)管、一個直流電容和一個放電電阻，第一開關(guān)管的發(fā)射極連接第三開關(guān)管的集電極，第二開關(guān)管的發(fā)射極連接第四開關(guān)管的集電極，而第一、二開關(guān)管的集電極共同連接直流電容的正極，直流電容的負(fù)極分別連接第三、四開關(guān)管的發(fā)射極，所述放電電阻并接在直流電容的兩端；所述第一、三開關(guān)管的連接點引出一個端子作為串聯(lián)模塊的輸入端，第二、四開關(guān)管的連接點引出一個端子作為串聯(lián)模塊的輸出端，所述各串聯(lián)模塊順序連接形成基于串聯(lián)模塊的變流設(shè)備拓?fù)?；將整個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的串聯(lián)模塊依次循環(huán)作為冗余模塊，進(jìn)行旁路處理:閥基控制裝置下發(fā)旁路命令到其中一個或多個模塊的串聯(lián)模塊內(nèi)部控制板，串聯(lián)模塊內(nèi)部控制板直接控制串聯(lián)模塊的可控器件脈沖，使該模塊處于旁路狀態(tài)、冗余備用；間隔一段時間后，閥基控制裝置收回發(fā)給該模塊的旁路命令，并下發(fā)旁路命令到下一個或多個模塊的串聯(lián)模塊內(nèi)部控制板，實現(xiàn)依次移位循環(huán)冗余。
[0010]上述間隔時間取值范圍為0.1ms?200ms。
[0011]上述各串聯(lián)模塊中的開關(guān)管采用可控關(guān)斷器件或雙向晶閘管。
[0012]采用上述方案后，本發(fā)明使串聯(lián)模塊輪流處于冗余狀態(tài)，控制簡單，整個解決了冗余模塊投入時的沖擊和超調(diào)問題，避免冗余模塊長時間處于靜態(tài)備用狀態(tài)的不可靠性，提高了串聯(lián)鏈?zhǔn)阶兞髟O(shè)備運(yùn)行可靠性和動態(tài)響應(yīng)性能，且避免了系統(tǒng)電壓對設(shè)備的電流沖擊。本發(fā)明可以適用于所有含有串聯(lián)模塊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括鏈?zhǔn)届o止同步補(bǔ)償器、半橋模塊化多電平變流器、全橋模塊化多電平變流器、級聯(lián)型兩電平/多電平變流器等，不因模塊的基本結(jié)構(gòu)而變化；且適用于包括各種容量、各種電壓等級的應(yīng)用，包括且不限于6kV、10kV、20kV、33kV、66kV、110kV、220kV、330kV、500kV電壓等級，可滿足不同規(guī)模、不同電壓等級的鏈?zhǔn)酱?lián)結(jié)構(gòu)的冗余控制需要，不增加設(shè)備成本，控制性能優(yōu)化明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明提供的循環(huán)冗余方案脈沖循環(huán)示意圖；
[0014]圖1 (a)是單個串聯(lián)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明提供的脈沖循環(huán)換位時序圖；
[0016]圖3是循環(huán)冗余控制下冗余指令與電壓波形圖；
[0017]其中，3張子圖的橫坐標(biāo)一致，都是時間軸，單位:ms ;第一張子圖(a)的縱坐標(biāo)為串聯(lián)模塊個數(shù)，無單位；第二張子圖(b)的縱坐標(biāo)是A相1#模塊的直流電壓，單位:V ;第三張子圖的縱坐標(biāo)是A相模塊運(yùn)行總電壓，單位:V ；
[0018]圖4是循環(huán)冗余控制下故障旁路的動態(tài)響應(yīng)圖；
[0019]其中，3張子圖的橫坐標(biāo)一致，都是時間軸，單位:ms ;第一張子圖(a)的縱坐標(biāo)為模塊直流電壓標(biāo)么值，無單位；第二張子圖(b)的縱坐標(biāo)是串聯(lián)鏈?zhǔn)阶兞髟O(shè)備接入點的交流電壓和電流的無符號值，無單位；第三張子圖的縱坐標(biāo)是有功/無功功率，單位:MVA。

【具體實施方式】
[0020]以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0021]本發(fā)明提供一種提聞串聯(lián)鏈?zhǔn)阶兞髟O(shè)備動態(tài)響應(yīng)的方法，本發(fā)明基于串聯(lián)I吳塊的變流設(shè)備拓?fù)?，包括至?個依次串接的串聯(lián)模塊，圖1 (a)所示即為串聯(lián)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖，所述各串聯(lián)模塊均包括4個開關(guān)管、一個直流電容C和一個放電電阻R，所述開關(guān)管可采用可控關(guān)斷器件(IGBT)或雙向晶閘管，圖中采用4個IGBT T1-T4，所述Tl的發(fā)射極連接T3的集電極，T2的發(fā)射極連接T4的集電極，而Tl和T2的集電極共同連接直流電容C的正極，直流電容C的負(fù)極分別連接T3和T4的發(fā)射極，所述放電電阻R并接在直流電容C的兩端。所述Tl和T3的連接點引出一個端子作為串聯(lián)模塊的輸入端，T2和T4的連接點引出一個端子作為串聯(lián)模塊的輸出端，所述各串聯(lián)模塊的輸出端依次與后面相鄰串聯(lián)模塊的輸入端連接，順序組成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，形成基于串聯(lián)模塊的變流設(shè)備拓?fù)洹?br> [0022]本發(fā)明的改進(jìn)點在于:將整個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的串聯(lián)模塊依次循環(huán)作為冗余模塊，進(jìn)行旁路處理:閥基控制裝置下發(fā)旁路命令到其中一個或多個模塊的串聯(lián)模塊內(nèi)部控制板，串聯(lián)模塊內(nèi)部控制板直接控制串聯(lián)模塊的可控器件脈沖，使該模塊處于旁路狀態(tài)、冗余備用；間隔一段時間后，閥基控制裝置收回發(fā)給該模塊的旁路命令，并下發(fā)旁路命令到下一個或多個模塊的串聯(lián)模塊內(nèi)部控制板，實現(xiàn)依次移位循環(huán)冗余。
[0023]整個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的冗余模塊是處于動態(tài)循環(huán)的，而不是固定的某個模塊。利用控制裝置直接下發(fā)循環(huán)移位的脈沖，直接控制串聯(lián)模塊的多個可控器件。
[0024]上述間隔時間取值范圍為0.1ms?200ms。由于間隔時間很短，每個模塊的直流電壓都保持在控制值，從而提高了變流設(shè)備的設(shè)備安全可靠性。
[0025]上述串聯(lián)模塊為各個電壓等級下鏈?zhǔn)届o止同步補(bǔ)償器的基本單元。
[0026]圖1中，每個串聯(lián)模塊的基本結(jié)構(gòu)是由4個IGBT (Tl?T4)、I個直流電容C、I個放電電阻R和內(nèi)部控制板組成的，以應(yīng)用于1kV系統(tǒng)為例，A相串聯(lián)模塊數(shù)為12個，其中冗余模塊I個，Gal?Gal2是A相串聯(lián)模塊的驅(qū)動信號。假設(shè)當(dāng)前冗余模塊為12#，此時1#?11#模塊按照正弦波進(jìn)行移相調(diào)制，12#模塊驅(qū)動為旁路脈沖，即Tl和T2導(dǎo)通，不對電流電容進(jìn)行充放電。經(jīng)過一個循環(huán)時間間隔T，取值范圍在0.1ms?200ms，冗余指令循環(huán)至1#模塊，此時2#?12#模塊按照正弦波進(jìn)行移相調(diào)制，1#模塊的直流電壓經(jīng)由放電電阻R放電，由于放電時間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于循環(huán)時間間隔T，所以冗余模塊的直流電壓基本上無變化。
[0027]圖2中，列出了 1kV系統(tǒng)的A相各串聯(lián)模塊脈沖循環(huán)換位時序，圖中t0表示任一起始時刻，Ts表示開關(guān)頻率，采用移相載波控制方式Ts/22是一個基本移相間隔時間，T表示循環(huán)時間間隔。Ml模塊在t0時刻脈沖沒有延時，#A2模塊延時I個移相間隔時間，#A12模塊延時12*1個移相間隔時間，在下一個循環(huán)時間間隔T到來時，移相時間間隔加1，即#A1模塊在tO+T時刻脈沖延時I個移相間隔時間，#A2模塊延時2個移相間隔時間，#A12模塊延時O個移相間隔時間。以此類推，經(jīng)過12個循環(huán)時間間隔T完成一次A相各串聯(lián)模塊脈沖循環(huán)換位。
[0028]圖3中，列出了 1kV的靜止無功發(fā)生器在循環(huán)冗余控制下吸收6Mvar的RTDS試驗結(jié)果，a)顯示了 A相循環(huán)冗余模塊編號的軌跡，12個串聯(lián)模塊依次進(jìn)入冗余旁路狀態(tài)；b)顯示了此時A相1#模塊的直流電壓波動情況，在1#模塊冗余旁路時(對應(yīng)a中數(shù)值為零的一段)，該模塊電壓不變，如圖b中水平的部分，其余時刻1#模塊處于工作狀態(tài)，存在電容的充放電，直流電壓上疊加10Hz的交流脈動；c)顯示了 A相全部模塊的電壓和，可以發(fā)現(xiàn)電壓和值也是直流電壓上疊加10Hz交流脈動，沒有出現(xiàn)突變的波動，完全滿足正常模式下的控制需要。
[0029]圖4中，列出了 1kV的靜止無功發(fā)生器在循環(huán)冗余控制下發(fā)1Mvar的RTDS試驗結(jié)果，第500ms時A相1#模塊故障，a)顯示了 1#模塊直流電壓由于旁路開始下降，其余模塊直流電壓仍跟隨電流波動山)顯示了故障前后設(shè)備輸出的電壓和電流無畸變，沒有出現(xiàn)電流沖擊的現(xiàn)象；c)顯示了故障前后設(shè)備輸出的有功和無功，沒有出現(xiàn)異常波動。
[0030]圖3和圖4說明，本發(fā)明提供的一種采用循環(huán)冗余技術(shù)提高串聯(lián)鏈?zhǔn)阶兞髟O(shè)備動態(tài)響應(yīng)的方法，整個解決了冗余模塊投入時的沖擊和超調(diào)問題，提高了設(shè)備運(yùn)行動態(tài)響應(yīng)性能，且避免了系統(tǒng)電壓對設(shè)備的電流沖擊。
[0031]最后應(yīng)該說明的是:結(jié)合上述實施例僅說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制。所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解到:本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行修改或等同替換，但這些修改或變更均在申請待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之中。
[0032]以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種提高串聯(lián)鏈?zhǔn)阶兞髟O(shè)備動態(tài)響應(yīng)的方法，基于串聯(lián)模塊的變流設(shè)備拓?fù)?，所述拓?fù)浒ㄖ辽?個依次串接的串聯(lián)模塊，各串聯(lián)模塊均包括4個開關(guān)管、一個直流電容和一個放電電阻，第一開關(guān)管的發(fā)射極連接第三開關(guān)管的集電極，第二開關(guān)管的發(fā)射極連接第四開關(guān)管的集電極，而第一、二開關(guān)管的集電極共同連接直流電容的正極，直流電容的負(fù)極分別連接第三、四開關(guān)管的發(fā)射極，所述放電電阻并接在直流電容的兩端；所述第一、三開關(guān)管的連接點引出一個端子作為串聯(lián)模塊的輸入端，第二、四開關(guān)管的連接點引出一個端子作為串聯(lián)模塊的輸出端，所述各串聯(lián)模塊順序連接形成基于串聯(lián)模塊的變流設(shè)備拓?fù)?；其特征在?將整個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的串聯(lián)模塊依次循環(huán)作為冗余模塊，進(jìn)行旁路處理:閥基控制裝置下發(fā)旁路命令到其中一個或多個模塊的串聯(lián)模塊內(nèi)部控制板，串聯(lián)模塊內(nèi)部控制板直接控制串聯(lián)模塊的可控器件脈沖，使該模塊處于旁路狀態(tài)、冗余備用；間隔一段時間后，閥基控制裝置收回發(fā)給該模塊的旁路命令，并下發(fā)旁路命令到下一個或多個模塊的串聯(lián)模塊內(nèi)部控制板，實現(xiàn)依次移位循環(huán)冗余。
2.如權(quán)利要求1所述的一種提高串聯(lián)鏈?zhǔn)阶兞髟O(shè)備動態(tài)響應(yīng)的方法，其特征在于:所述間隔時間取值范圍為0.1ms?200ms。
3.如權(quán)利要求1所述的一種提高串聯(lián)鏈?zhǔn)阶兞髟O(shè)備動態(tài)響應(yīng)的方法，其特征在于:所述各串聯(lián)模塊中的開關(guān)管采用可控關(guān)斷器件或雙向晶閘管。
【文檔編號】H02J9/06GK104079153SQ201310109779
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月29日
【發(fā)明者】謝曄源, 盛曉東, 吳小丹, 王翀, 方太勛, 劉為群, 吳扣林, 魏星 申請人:南京南瑞繼保電氣有限公司, 南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司