[实用新型]一种柔性直流输电系统换流站的控制保护结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种柔性直流输电系统换流站的控制保护结构，属于柔性直流输送电及设备技术领域。

背景技术

海上风电电网消纳是海上风电建设中的一大难题，柔性直流输电基于电压源变流器和脉冲宽度调制技术将直流电压逆变为幅值和相位都可控的交流电压，并可以独立快速控制所传输的有功功率和无功功率，极大地增强了输电的灵活性，成为实现大型风电场与主网之间的稳定联结的最有潜质的电力传输方式。

目前世界上已投运的柔性直流输电工程均按照结构分层设计原则将控制保护系统划分为三层：运行人员控制层、控制保护层、接口层。其中控制保护层主要包括系统级控制及换流器级控制系统，系统级控制系统主要实现控制模式转换的功能，换流器级控制是控制保护层的核心，主要实现电流闭环控制、锁相以及调制波生成，同时实现换流阀快速保护功能。柔性直流输电控制系统是一个复杂的多输入多输出系统，为了提高其运行的可靠性，必须限制任一控制环节故障造成的影响。柔性直流换流站的控制保护系统的结构设计是否可靠关乎到整个换流站能否安全、可靠和高效运行。

ABB技术路线的控制保护层是系统级控制与换流器控制在同一主机合并设计，主要功能包括接收运行人员指令、有功功率控制、无功功率控制、直流电压控制、交流电压控制、顺序控制、电流闭环控制、锁相控制等功能。阀控设备接收控制保护层发送的换流阀导通的指令，控制换流阀的导通/关断。由ABB技术路线的分层结构可以看出系统级及换流器级控制合成一个主机。在工程的实施过程中必须由ABB公司的技术负责人进行指导，而且只能向ABB公司进行设备采购，存在技术壁垒，不利于开展竞争。柔性直流输电系统的控制保护设备需求日益增加，不能因为技术垄断受制于国外的厂家，影响工程投资及科研发展。

西门子技术路线的控制保护层是基于同一平台，系统级控制与换流器级控制分两个主机设计。统级控制负责与监控系统的接口(操作指令接收)、顺控操作及相关接地接口；换流器级控制实现核心控制保护功能，包括有功、无功控制、参考电压计算、电流电压平衡等。由西门子技术路线的分层结构可以看出系统级及换流器级控制分成两个主机。但是基于同一平台的设计，核心的技术同样掌握在同一个设备供货商上。存在与技术一同样的缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的，是为了提供一种柔性直流输电系统换流站的控制保护结构。该控制保护结构将系统级及换流器级控制分成两个主机而且基于不同平台进行设计，不仅打破国外厂家技术垄断的地位，也更清晰划分控制保护系统的层次设计结构，提高控制保护的可靠性。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种柔性直流输电换流站的控制保护结构，其结构特点在于：包括系统及换流站级控制保护层、换流器级控制保护层、阀级及子模块级控制保护层；

系统及换流站级控制保护层由系统级控制部分和站级控制保护部分连接构成，系统级控制部分由运行方式单元、控制模式单元、启停控制单元、多端系统级监视与协调控制模块构成，站级控制保护部分由交流现场设备控制单元、直流现场设备控制单元、有功功率类控制模块、无功功率类控制模块、模式决策单元和换流站级监视与保护模块构成；

换流器级控制保护层由内环电流控制单元、锁相同步环节单元、换流器限流控制单元和换流器监视与保护模块构成；换流器级控制保护层通过I/O通信端口与系统及换流站级控制保护层及通过I/O通信端口与阀级及子模块级控制保护层连接；

阀级及子模块级控制保护层分为若干个阀级及子模块级控制保护模块，每个阀级及子模块级控制保护模块由阀级控制部分和功率模块级控制保护部分连接构成；阀级控制部分由桥臂环流控制单元、换流器开关调制单元、电容电压平衡控制单元、脉冲分配与触发单元和换流阀监测与保护单元构成；功率模块级控制保护部分由二组监测控制结构组成，每组监测控制结构包括功率模块触发单元、旁路控制单元和状态监测单元；所述功率模块触发单元、旁路控制单元和状态监测单元通过光纤连接阀级控制部分。

本实用新型的目的还可以通过采取如下技术方案达到：