一种模块化电平换流器的控制保护装置
阅读说明：本技术 一种模块化电平换流器的控制保护装置 (Control protection device of modular level converter ) 是由 张�浩 马彦宾 鲁丽娟 游涛 周钰 于 2019-11-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种模块化电平换流器的控制保护装置,将MMC的换流器级控制保护功能和阀级控制保护功能集成在一台装置中,在上述控制保护装置内,集成了第一数字信号处理器、第二数字信号处理器、可编程门阵列以及ZYNQ模块；通过第一数字信号处理器进行换流器控制保护所需采样模拟量的通道配置、快速保护所需模拟量的前置计算,通过第二数字信号处理器生成调制波进行MMC的电压控制,通过可编程门阵列FPGA实现MMC的模拟量采样以及快速保护,通过ZYNQ模块进行MMC的逻辑顺序控制以及慢速保护。从而实现了MMC的换流器级控制保护功能和阀级控制保护功能的集成。通过实施本发明的实施例能够,降低了调试难度与信息流的延迟。(The invention discloses a control protection device of a modular level converter, which integrates the converter level control protection function and the valve level control protection function of an MMC into one device, and a first digital signal processor, a second digital signal processor, a programmable gate array and a ZYNQ module are integrated in the control protection device; the method comprises the steps of carrying out channel configuration of sampling analog quantity required by current converter control protection and pre-calculation of analog quantity required by fast protection through a first digital signal processor, generating modulation waves through a second digital signal processor to carry out voltage control of the MMC, realizing analog quantity sampling and fast protection of the MMC through a programmable gate array FPGA, and carrying out logic sequence control and slow protection of the MMC through a ZYNQ module. Therefore, the integration of the converter-level control protection function and the valve-level control protection function of the MMC is realized. By implementing the embodiment of the invention, the debugging difficulty and the delay of the information flow can be reduced.)
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种模块化电平换流器的控制保护装置。
背景技术
柔性直流输电技术是当前电网技术发展的热点。模块化多电平换流器(MMC)的阀臂由多个子模块(SM)组成，通过多个子模块输出电平的叠加输出正弦波信号，具有开关频率降低、损耗低、谐波小等优点，易于拓展至更高电压等级，是目前柔性直流输电研究应用的主要方向。
目前由于低电压等级(主要包含10kV、35kV)的柔直领域处于兴起阶段，尚未形成统一的标准及应用规范。国内外相关厂家在此领域二次控制保护系统架构基本沿用特高压柔性直流输电的架构方案，控制主机与保护主机分开配置，换流器级控制主机与阀级控制主机分开配置，在电压等级低的柔性直流输电领域，但由于方案架构划分层级多、架构复杂、通讯链路环节多，造成调试困难，信息流延迟较大等问题。
发明内容
本发明实施例提供一种模块化电平换流器的控制保护装置,将换流器级控制保护和阀级控制保护功能进行一体化集成，降低了调试难度与信息流的延迟。
本发明一实施例提供一种模块化电平换流器的控制保护装置，包括：CPU插件和LOGIC插件，所述CPU插件与所述LOGIC插件连接；所述CPU插件包括第一数字信号处理器、第二数字信号处理器和可编程门阵列，所述第一数字信号处理器和所述第二信号处理器均与所述可编程门阵列连接；所述LOGIC插件包括ZYNQ模块；所述可编程门阵列，用于采集模拟量数据，并将所述模拟量数据发送至所述第一数字信号处理器和第二数字信号处理器；
所述第一数字信号处理器，用于接收所述模拟量数据，并根据所述模拟量数据进行快速保护和慢速保护的前置计算，获得快速保护计算数据和慢速保护计算数据，继而将所述快速保护计算数据发送至所述可编程门阵列，将所述慢速保护数据发送至所述ZYNQ模块；
所述可编程门阵列，还用于接收所述快速保护计算数据，继而根据所述快速保护计算数据实现所述模块化电平换流器的快速保护功能；
所述ZYNQ模块，用于接收所述慢速保护计算数据，继而根据所述慢速保护计算数据实现所述模块化电平换流器的慢速保护功能；
所述第二数字信号处理器，用于接收所述模拟量数据，继而根据所述模拟量数据生成调制波并通过所述调制波控制所述模块化电平换流器的输出电压。
进一步的，所述可编程门阵列，还用在将所述模拟量数据发送至所述第一数字信号处理器和第二数字信号处理器之前，将所述模拟量数据根据所述第一数据信号处理器所下发的模拟量通道配置信息，对所述模拟量数据信号进行配置。
进一步的，所述快速保护功能包括：桥臂过流、桥臂差动、直流极过流和直流极低压过流保护。
进一步的，所述慢速保护功能包括：交流母线过压欠压和过流保护、直流极过压欠压和过流保护和桥臂差动保护。
进一步的，所述根据所述模拟量数据生成调制波，具体包括：
根据功率外环控制算法、电流内环控制算法以及环流抑制控制算法，对所述模拟量数据进行处理，生成所述调制波。
进一步的，所述ZYNQ模块，还用于接收所述第一数字信号处理器和所述第二数字信号处理器发送的模拟量数据以及开关量信息，继而根据所述模拟量数据和所述开关量信息判断所述模块化电平换流器的状态，并根据所述模块化电平换流器的状态进行顺控启动和停止。
进一步的，所述可编程门阵列通过ADC或光纤进行模拟量采集。
进一步的，还包括：AD插件、DI/DO插件和电源插件。
通过实施本发明的实施例具有如下有益效果：
本发明实施例提供了一种模块化电平换流器的控制保护装置，将MMC的换流器级控制保护功能和阀级控制保护功能集成在一台装置中，具体的在上述控制保护装置内，集成了第一数字信号处理器、第二数字信号处理器、可编程门阵列以及ZYNQ模块；通过第一数字信号处理器进行换流器控制保护所需采样模拟量的通道配置、快速保护所需模拟量的前置计算以及解闭锁逻辑的综合判断，通过第二数字信号处理器生成调制波进行MMC的电压控制，通过可编程门阵列FPGA实现MMC的模拟量采样以及快速保护，通过ZYNQ模块进行MMC的逻辑顺序控制以及慢速保护。从而实现了MMC的换流器级控制保护功能和阀级控制保护功能的集成，相比与现有技术取消原换流器级控制保护装置与阀级控制保护装置间通信环节，降低通信接口调试工作量从而降低了通信调试的难度，换流阀控制保护响应速度提高至200us左右。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种模块化电平换流器的控制保护装置的结构示意图。
图2是本发明一实施例提供的一种模块化电平换流器的控制保护装置的另一结构示意图。
图3是本发明一实施例提供的MMC模拟量采样点配置图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明一实施例提供了一种模块化电平换流器的控制保护装置，包括：CPU插件和LOGIC插件，所述CPU插件与所述LOGIC插件连接；所述CPU插件包括第一数字信号处理器(图中DSP1)、第二数字信号处理器(图中DSP2)和可编程门阵列(图中FPGA)，所述第一数字信号处理器和所述第二信号处理器均与所述可编程门阵列FPGA连接；所述LOGIC插件包括ZYNQ模块，在一个优选的实施例中，上述各个模块的通讯具体连接如图1所示，通过PORT、AMI、CAN、LVDS、以太网相连，进行数据交互。
以下对各个插件/模块的功能进行详细的说明：
首先是可编程门阵列，可编程门阵列FPGA主要实现MMC的模拟量采样、通信、快速保护(包含桥臂过流、直流极过流、直流极低压过流、桥臂差动)；
对于模拟量的采集，在一优选的实施例中通过DC或光纤进行模拟量采集，然后将所述模拟量数据发送至所述第一数字信号处理器和第二数字信号处理器，以便第一数字信号处理器和第二数字信号处理器作后续处理。
在一优选的实施例中，可编程门阵列在将模拟量数据发送至所述第一数字信号处理器和第二数字信号处理器之前，还将所述模拟量数据根据所述第一数据信号处理器所下发的模拟量通道配置信息，对所述模拟量数据信号进行配置，然后将配置后的数据在发送至第一数字信号处理器和第二数字信号处理器。
上述通道配置包含模拟量零漂、模拟量刻度，例如10kV交流电压通过模拟量调理电路以及AD采样后对应码值为8050，理论计算值为8000，在0kV时采样值为20，则零漂位20，刻度为8000/8030＝0.99626,进行配置后传递给两个数字信号处理器DSP1和DSP2。
对于快速保护功能的实现，具体为：接收第一数字信号处理模块进行快速保护计算后得到的快速保护计算数据，继而根据所述快速保护计算数据实现所述模块化电平换流器的快速保护功能；快速保护功能包括桥臂过流保护、桥臂差动保护、直流极过流保护和直流极低压过流保护。上述各个保护功能的实现都是现有的技术，在此不再展开叙述；
对于第一数字信号处理模块，第一数字信号处理模块主要用于进行换流器控制保护所需采样模拟量的通道配置、快速保护和慢速保护所需模拟量的前置计算以及解闭锁逻辑的综合判断。
通道配置功能在前文已经叙述，在此不再重复；对于快速保护和慢速保护所需模拟量的前置计算，具体为：接收可编程门阵列处理后的，模拟量数据，并根据所述模拟量数据进行快速保护和慢速保护的前置计算，获得快速保护计算数据和慢速保护计算数据，继而将所述快速保护计算数据发送至所述可编程门阵列，将所述慢速保护数据发送至所述ZYNQ模块。
对于解闭锁逻辑的综合判断功能，第一数字信号处理模块根据当前换流器的状态和控保装置的状态判断是否允许解锁，并将判断结果发送至ZYNQ模块做为允许启动的条件。
对于第二数字信号处理器，主要用于进行MMC的算法控制，包含电压和功率外环控制、电流内环控制、环流抑制、可控充电、调制波输出。
具体的：第二数字信号处理器接收所述模拟量数据，继而根据功率外环控制算法、电流内环控制算法以及环流抑制控制算法，对所述模拟量数据进行处理，最终生成用于控制MMC输出电压的调制波。
对于ZYNQ模块，主要用于进行MMC的逻辑顺序控制以及慢速保护(包含交流过欠压保护、交流过流保护、差动过流保护、直流极过欠压保护、直流极过流保护、直流极电压不平衡等)；
具体的，ZYNQ模块慢速保护计算数据，继而根据所述慢速保护计算数据实现所述模块化电平换流器的慢速保护功能包括：交流母线过压欠压和过流保护、直流极过压欠压和过流保护和桥臂差动保护。
此外ZYNQ模块，还用于接收第一数字信号处理器和第二数字信号处理器发送的模拟量数据以及开关量信息，继而根据所述模拟量数据和所述开关量信息判断所述模块化电平换流器的状态，并根据所述模块化电平换流器的状态进行顺控启动和停止，从而实现逻辑顺序控制功能；具体的，第一数字信号处理器发送的用于慢速保护的模拟量采样值、有效值、差动保护的差流值以及阀充电完成、解闭锁状态等的开关量；第二数字信号处理器发送的实时功率计算值等模拟量和交流电压故障等开关量。
在一个优选的实施例中，MMC模拟量采样点配置如图3所示，其中UacD和IacD为换流器网侧电压电流、IacY为阀侧电流、IbP和IbN为桥臂电流、UdcP和UdcN为直流正负极对地电压、IdcP和IdcN为正负极电流。
如图2所示，在一个优选的实施例中控制保护装置还包括其余一些插件分别为：AD插件、DI/DO插件和电源插件。AD插件为本装置的ADC采样插件，DI/DO插件为换流器的数字量信号的开入和开出插件，电源插件为装置供电，各插件通过AD总线、DI总线、DO总线与电源总线进行连接，具体连接关系如图2所示。
上述各实施例仅用于说明本申请的实现方案，各部件之间的连接和拓扑都是可以有所变化，凡根据本申请的技术原理对个别部件的连接和拓扑进行的改进和等同变换，均不应排除在本申请的保护范围之外。
通过实施本发明的实施例，将换流器级控制保护和阀级控制保护功能进行一体化集成，将常规换流器控制装置、换流器保护装置与阀级控制保护装置共3台装置集成在1台装置中实现，极大的提高硬件利用率，降低装置成本。取消原换流器级控制保护装置与阀级控制保护装置间通信环节，降低通信接口调试工作量，换流阀控制保护响应速度提高至200us左右。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。