專利名稱：一種模塊化多電平柔性直流輸電閥基控制設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的電力電子直流輸電領域，具體涉及一種模塊化多電平柔性直流輸電閥基控制設備機箱設計。
背景技術：
柔性直流輸電是采用直流作為中介的一種新的輸電方式，采用基于可關斷型器件的電壓源型換流器和先進調制技術進行直流輸電，是交流電網(wǎng)的有益補充，可以在實現(xiàn)電力輸送的同時，提高現(xiàn)有交流輸電系統(tǒng)的輸送能力和穩(wěn)定性，使現(xiàn)有交流輸電系統(tǒng)得到更有效的利用。模塊化多電平換流器由多個子模塊串聯(lián)組成，其子模塊由旁路開關、晶閘管、 IGBT、二極管和電容構成。模塊化多電平換流器需要根據(jù)電容電壓及子模塊工作狀態(tài)對單獨的子模塊進行不同的實時投切控制，電平數(shù)越多，實時控制周期越短，電容電壓平衡控制越難實現(xiàn)。同時，由于子模塊除了 IGBT，還有保護晶閘管、旁路開關等組件，而傳統(tǒng)直流輸電閥基電子設備僅為執(zhí)行機構，除了閥監(jiān)視及保護功能，不具備對不同子模塊的實時控制能力，已經不能滿足模塊化柔性直流輸電閥的控制保護要求，所以需要一種具有實時控制保護功能的設備滿足模塊化多電平柔性直流輸電的要求。本發(fā)明中的閥控單元作為模塊化多電平柔性直流輸電控制保護系統(tǒng)和子模塊控制器之間的接口設備，可以完成模塊化多電平柔性直流閥的實時控制及保護功能。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是設計一種閥基控制設備，以適應不同柔性直流輸電容量等級的需要。本發(fā)明提供的一種模塊化多電平柔性直流輸電閥基控制設備，所述設備包括電源板、接口板、背板和中央處理板；其改進之處在于，所述接口板和所述電源板設于中央處理板兩側；所述中央處理板、所述接口板和所述電源板設在所述背板上。本發(fā)明提供的第一優(yōu)選方案的閥基控制設備，其改進之處在于，所述中央處理板為并列在一起的兩塊中央處理板。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選方案的閥基控制設備，其改進之處在于，所述電源板設有兩塊，設于所述背板的最外側。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選方案的閥基控制設備，其改進之處在于，所述接口板的數(shù)量大于一，每個所述接口板上設有光接收器和光發(fā)送器，并且所述接口板與柔性直流換流閥子模塊控制單元連接。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選方案的閥基控制設備，其改進之處在于，所述中央處理板與所述背板設置60對導線；所述背板與所述接口板之間設置12對導線。其中一對導線是指2跟導線。本發(fā)明提供的第五優(yōu)選方案的閥基控制設備，其改進之處在于，所述接口板與所述子模塊控制SMC單元之間通過6對收發(fā)光纖連接。其中一對光纖是指2根光纖。
本發(fā)明提供的較優(yōu)選方案的閥基控制設備，其改進之處在于，所述電源板設有兩塊，設于所述背板的最外側。本發(fā)明提供的另一優(yōu)選方案的閥基控制設備，其改進之處在于，所述接口板的數(shù)量大于一，每個所述接口板上設有光接收器和光發(fā)送器，并且所述接口板與柔性直流換流閥子模塊控制單元SMC連接。與現(xiàn)有技術比，本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明采取統(tǒng)一的硬件結構設計，使得閥基控制設備VBC中電流控制單元及橋臂控制單元可以靈活組合，滿足不同柔性直流輸電工程的需求；本發(fā)明采取雙中央處理板的設計思路，確保了實時運算的可靠性；本發(fā)明在每個接口板進行數(shù)據(jù)的預處理，對回報的電容電壓進行優(yōu)先排序，最終將并行數(shù)據(jù)簡化為有效的串行數(shù)據(jù)上傳中央處理板。本發(fā)明將每個接口板負責子模塊的回報信息進行預處理后簡化成一幀數(shù)據(jù)上傳中央處理板，保留的有效信息，大大縮短了中央處理板對回報信息的傳輸及處理時間。本發(fā)明的子模塊控制命令實時傳送給接口板，背板通信速率可到百兆以上，低壓差分技術Lvds數(shù)據(jù)總線和時鐘總線同時使用在大大提高數(shù)據(jù)傳輸速率的同時，也確保的傳輸數(shù)據(jù)的同步性；雙中央處理板設計和可供選擇的接口板卡設計，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，擴展性好；接口板首先進行數(shù)據(jù)預處理后將有效數(shù)據(jù)上傳中央處理板，大大提高了中央處理板運算效率； 雙電源板的設計提高了供電可靠性，并可以帶電檢修，實現(xiàn)熱插拔。


圖1 本發(fā)明提供的VBC機箱配置示意圖；圖2 =VBC控制箱原理圖；圖3 VBC控制箱內部Lvds數(shù)據(jù)流格式示意圖；其中，smab代表第a個sm的第b位。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。圖1中，VBC控制箱硬件采取2塊電源板、2塊中央處理板、10塊接口板的配置方式，所有板卡通過背板進行電壓及信號的傳遞。各板卡功能如下電源板將換流站DCllOV或DC220V電源轉換為5V或15V電源供給中央處理板及接口板。其中，電源板可熱插拔，即在通電狀態(tài)下，電源板如果出現(xiàn)故障，可直接將電源板從機箱中拔掉。中央處理板實現(xiàn)閥控制保護算法，數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)通信功能。接口板實現(xiàn)柔性直流換流閥子模塊數(shù)據(jù)匯總及預處理，數(shù)據(jù)通信功能。接口板上設有光纖收發(fā)器、光纖發(fā)送器和LED顯示燈。背板提供電源及信號傳遞的通道。
其中，接口板數(shù)量可根據(jù)下級子模塊數(shù)量進行適當調整，每塊接口板上的光發(fā)送器和光接收器數(shù)量也可以根據(jù)子模塊數(shù)量進行適當調整。圖2中，兩塊中央處理板與10塊接口板通過背板、Lvds數(shù)據(jù)總線和同步時鐘線進行數(shù)據(jù)傳輸，VBC采取雙中央處理板(主、從)設計，與每塊接口板采取1根時鐘線2根數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)傳輸方式。每塊中央處理板分別通過60對導線經背板與接口板進行數(shù)據(jù)交互， 每塊接口板分別通過6對導線(3對收，3對發(fā)，傳輸Ivds信號)與主中央處理板進行數(shù)據(jù)交互，每塊接口板分別通過6對導線(3對收，3對發(fā)，傳輸Ivds信號)與從中央處理板進行數(shù)據(jù)交互，每塊接口板與6個柔性直流換流閥子模塊接口，10塊共負責60個子模塊的觸發(fā)及監(jiān)控。圖3中，接口板將6個柔性直流換流閥子模塊SMO SM5 (SM，sub-module,子模塊) 的數(shù)據(jù)預處理為兩幀有效數(shù)據(jù)后，采用兩條數(shù)據(jù)總線將信號傳到子模塊控制器SMC單元然后將反饋信號反饋回中央處理板，一路用于同步時鐘，另外兩路各負責3路SM信息的發(fā)送， 其中一條負責子模塊SMO SM2，另一條負責子模塊SM3 SM5，且同步串行發(fā)送波特率是異步串行發(fā)送比特率的3倍，如同步串行比特率12Mbps，異步串行應為為4Mbps，即在接收到第一個比特同步串行數(shù)據(jù)之后，接口板與SM之間即可以開始異步串行通信，其中異步串行中的校驗位是在接口板的FPGA中加入的，發(fā)送時高位在前低位在后。這樣，在充分利用信道資源的前提下提高了串行通信的速率，實際設計中可以根據(jù)接口板下級設備的數(shù)量靈活選擇數(shù)據(jù)總線的數(shù)量。其中，sm ab代表第a個sm的第b位。如smOO代表第0號sm的發(fā)送幀的最高位數(shù)據(jù)位。最后應該說明的是結合上述實施例僅說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制。所屬領域的普通技術人員應當理解到本領域技術人員可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，但這些修改或變更均在申請待批的權利要求保護范圍之中。
權利要求
1.一種模塊化多電平柔性直流輸電閥基控制設備，所述設備包括電源板、接口板、背板和中央處理板；其特征在于，將所述接口板和所述電源板設于中央處理板兩側；將所述中央處理板、所述接口板和所述電源板設在所述背板上。
2.如權利要求1所述的閥基控制設備，其特征在于，所述中央處理板為并列在一起的兩塊中央處理板。
3.如權利要求1所述的閥基控制設備，其特征在于，所述電源板設有兩塊，設于所述背板的最外側。
4.如權利要求1所述的閥基控制設備，其特征在于，所述接口板的數(shù)量大于一，每個所述接口板上設有光接收器和光發(fā)送器，并且所述接口板與柔性直流換流閥子模塊控制單元連接。
5.如權利要求1所述的閥基控制設備，其特征在于，所述中央處理板與所述背板設置 60對導線；所述背板與所述接口板之間設置12對導線。
6.如權利要求1所述的閥基控制設備，其特征在于，所述接口板與所述子模塊控制SMC 單元之間通過6對光纖連接。
7.如權利要求2所述的閥基控制設備，其特征在于，所述電源板設有兩塊，設于所述背板的最外側。
8.如權利要求3所述的閥基控制設備，其特征在于，所述接口板的數(shù)量大于一，每個所述接口板上設有光接收器和光發(fā)送器，并且所述接口板與柔性直流換流閥子模塊控制單元連接。
全文摘要
本發(fā)明為一種模塊化多電平柔性直流輸電閥基控制設備，該設備包括電源板、接口板、背板和中央處理板；接口板和電源板設于中央處理板兩側；中央處理板、接口板和電源板設在背板上。本發(fā)明采取統(tǒng)一的硬件結構設計，使得閥基控制設備中電流控制單元及橋臂控制單元可以靈活組合，滿足不同柔性直流輸電工程的需求；采取雙中央處理板的設計思路，確保了實時運算的可靠性，提高了中央處理板運算效率；Lvds數(shù)據(jù)總線和時鐘總線同時使用在大大提高數(shù)據(jù)傳輸速率的同時，也確保的傳輸數(shù)據(jù)的同步性；雙中央處理板設計和可供選擇的接口板卡設計，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，擴展性好；雙電源板的設計提高了供電可靠性，并可以帶電檢修，實現(xiàn)熱插拔。
文檔編號H02J13/00GK102185306SQ201110063078
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月16日 優(yōu)先權日2011年3月16日
發(fā)明者張新剛, 楊岳峰, 王韌秋, 賀之淵, 高陽 申請人:中國電力科學研究院