[发明专利]一种模块化多电平柔性直流子模块控制保护方法

说明书

技术领域

本发明属于柔性直流输电技术领域，具体涉及一种模块化多电平柔性直流子模块控制保护方法。

背景技术

模块化多电平柔性直流输电系统是由多个子模块组成的，每个子模块除了要接收上层的控制命令外，还需要有独立的控制保护单元，可以对子模块的本身进行一些故障保护，将有故障的子模块旁路以确保整个直流输电系统的正常运行，如果不能正常旁路有故障的子模块会造成整个系统的跳闸。因此每个子模块自身控制保护的实时性和可靠性对整个直流输电系统至关重要。

现有的模块化多电平柔性直流输电系统的子模块的控制单元一般只采用一块FPGA或者MCU。只采用FPGA子模块系统的控制保护的实时性可以得到保证，但是对子模块的故障管理及对子模块的电压采集的运算处理比较困难，采用MCU可以弥补FPGA在运算和故障管理的不足，但是有故障保护实时性差在和上级控制系统的通讯编、解码只能靠软件编解码等缺点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种模块化多电平柔性直流子模块控制保护方法，可实现FPGA和MCU之间的高速数据通讯，而且有很强的抗干扰能力。

本发明提供的一种模块化多电平柔性直流子模块控制保护方法，其改进之处在于，采用FPGA和MCU进行数据交换后协同控制保护子模块。

其中，所述FPGA对子模块的控制包括：

（1）FPGA实时检测子模块的运行信息，与上层控制单元采用反曼彻斯特编码串行通信，将所述子模块的状态上报给所述上层控制单元，同时实时接收上层控制单元的命令；本发明的FPGA实时检测子模块的运行信息包括子模块的IGBT、晶闸管、开关和电容的运行状态；

（2）所述FPGA接收所述上层控制单元的命令后，根据子模块的运行信息产生相应的驱动波形，控制子模块主电路功率器件的导通或关断；

（3）FPGA实时判断子模块的运行状态，当所述子模块出现故障时，进行相应动作。

其中，步骤（1）所述FPGA与上层控制单元通过光纤通信。

其中，步骤（3）子模块的故障包括系统级故障和子模块级故障。

其中，步骤（3）所述当所述子模块出现故障时，进行相应动作包括：

当子模块出现系统级故障时，所述FPGA将故障信息上传给上层控制单元，同时传给MCU；

当子模块出现子模块级故障时，所述FPGA将故障信息上传给上层控制单元，同时传给MCU，并且所述FPGA将故障子模块旁路。

其中，所述MCU对子模块的控制包括：

1）所述MCU接收经过采集电路和AD转换后的子模块的电压值；

2）所述MCU将子模块的电压信息传给FPGA；

3）当子模块出现故障时，所述MCU接收从所述FPGA传输的故障信息，并存储在存储器中；

4）所述MCU对所述故障信息进行管理，并记录故障发生的个数。

其中，步骤2）所述MCU将子模块的运行信息传给FPGA时，所述MCU将采集的子模块电压放到一个环形缓冲池，每次MCU对一段时间窗内的电压进行中值平均滤波处理，MCU再对滤波后的电压行非线性补偿处理，以弥补采集电路带来的误差；最后将补偿后的子模块电压值传给FPGA。

其中，步骤3）子模块将故障信息存储在存储器中时，所述MCU通过SPI接口将发生的故障类型及时间按照特定的格式写入外部一片非易失性存储器里面。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

本发明通过FPGA对子模块进行实时保护，当子模块出现故障时可以零延迟的下发旁路命令，将子模块旁路，以确保整个直流输电系统的正常运行。

本发明通过MCU对子模块的故障管理及子模块电压运算，通过MCU可以对子模块的故障情况进行记录和管理，同时可以利用MCU的运算能力对子模块电压进行复杂的滤波运算和非线性补偿。

本发明的FPGA和MCU之间数据交互，是采用FPGA部分通过硬件描述语言模拟个APB总线的从设备实现的，MCU对其读写就可以实现数据的交互，因为所选的FPGA和MCU集成在一片芯片内，可实现FPGA和MCU之间的高速数据交互，读写时钟可以达到100M。在一片芯片内在高速时钟读写下也具有很强的抗干扰能力，并实现了子模块控制保护的高效性与实时性。

附图说明

图1为本发明提供的控制保护系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。