專利名稱：一種基于投切數(shù)的分層分段式電容平衡控制方法
一種基于投切數(shù)的分層分段式電容平衡控制方法技術領域
本發(fā)明屬于電力電子技術領域，具體涉及一種基于投切數(shù)的分層分段式電容平衡 控制方法。
背景技術：
與傳統(tǒng)的高壓直流輸電技術不同，柔性直流輸電換流器以其控制靈活、潮流控制 易于翻轉(zhuǎn)、可以方便實現(xiàn)無功支持和頻率控制、實現(xiàn)黑啟動等優(yōu)勢，逐漸成為直流輸電領域 未來的發(fā)展趨勢；其中，基于模塊化多電平換流器為拓撲的柔性直流輸電工程得到快速發(fā) 展?；贛MC (Module Multilevel Convertor)方式的換流器子模塊電容電壓平衡算法是 實現(xiàn)換流閥電壓穩(wěn)定運行的核心算法；但是在大容量、高電壓MMC柔性直流輸電領域，隨著 子模塊數(shù)目的增多，電容電壓平衡控制越來越復雜。在目前國內(nèi)和國外公開的資料中，很少 有關于關于電容電壓控制策算法消息描述的資料，尤其是基于子模塊投切數(shù)為分配對象的 大容量、高電壓MMC變流器子模塊電容電壓平衡控制算法的資料與專利更是缺乏。發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種基于投切數(shù)的分層分段式電容平 衡控制方法，以子模塊投切數(shù)為分配對象，保證了策略運行的靈活性，使龐大的信息處理得 到了極為方便簡捷的方式完成，提高了系統(tǒng)可靠性與處理速度；通過對各分段電壓反饋、電 流方向等判斷依據(jù)，確定不同的投切子模塊，使系統(tǒng)可以保證穩(wěn)定運行前提下，實現(xiàn)子模塊 電容電壓平衡；保證整個橋臂子模塊在換流器中的穩(wěn)定可靠運行以及與換流器保護系統(tǒng)的 協(xié)同配合。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術方案
提供一種基于投切數(shù)的分層分段式電容平衡控制方法，所述方法包括以下步驟
步驟1:采集并匯總子模塊工作狀態(tài)信息；
步驟2 :將子模塊的電壓進行排序；
步驟3 :確定并下發(fā)各橋臂投入的子模塊數(shù)目；
步驟4 :計算橋臂需要投切的子模塊數(shù)目M ；
步驟5:選擇投切子模塊。
所述步驟I中，橋臂分段控制單元將采集的子模塊工作狀態(tài)信息傳輸給橋臂匯總 控制單元進行子模塊工作狀態(tài)信息的匯總。
所述子模塊工作狀態(tài)信息包括電容電壓和故障信息。
所述步驟2中，橋臂匯總控制單元將子模塊的電壓按照從大到小的原則進行排序。
所述步驟3中，環(huán)流控制單元將極控制保護系統(tǒng)下傳的電壓信號調(diào)理成各橋臂產(chǎn) 生的電平數(shù)目，即各橋臂投入的子模塊數(shù)目，并將該子模塊數(shù)目信息下發(fā)到橋臂匯總控制 單元。
所述步驟4中，橋臂匯總控制單元根據(jù)該橋臂已投入的電平數(shù)目及需要投入的電 平數(shù)目，采用最小逼近法計算橋臂需要投切的子模塊數(shù)目M。
所述步驟5中，根據(jù)橋臂電流方向和模塊電容電壓排序結(jié)果選擇投切子模塊，其 中
以正母線流向負母線為正方向，若此時電流方向為正，選擇橋臂中電容電壓較小 的M1個模塊投入；
以負母線流向正母線為負方向，若此時電流方向為負，選擇橋臂中電容電壓較大 的M2個模塊投入。
所述橋臂分段控制單元、橋臂匯總控制單元、光CT合并及接口單元、環(huán)流控制單 元和MMC閥監(jiān)視單元組成了模塊化多電平換流器控制保護系統(tǒng)的閥基控制設備。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于
1.以子模塊投切數(shù)為分配對象，保證了策略運行的靈活性，使龐大的信息處理得 到了極為方便簡捷的方式完成，提高了系統(tǒng)可靠性與處理速度；
2.通過對各分段電壓反饋、電流方向等判斷依據(jù)，確定不同的投切子模塊，使系統(tǒng) 可以保證穩(wěn)定運行前提下，實現(xiàn)子模塊電容電壓平衡；
3.保證整個橋臂子模塊在換流器中的穩(wěn)定可靠運行以及與換流器保護系統(tǒng)的協(xié) 同配合；
4.閥基控制器采用了分層分段控制的思路將橋臂控制器分為橋臂匯總控制單元 和橋臂分段控制單元兩層，解決了大容量MMC柔性直流輸電變流器無法采用單個控制單元 完成橋臂控制的難題；
5.橋臂匯總控制單元負責本橋臂分段間的電容電壓平衡，橋臂分段控制單元負責 本分段內(nèi)的子模塊電容電壓平衡，從而確保了整個橋臂的電壓平衡；
6.橋臂匯總控制單元通過與該橋臂內(nèi)各個橋臂分段控制單元通信，將所有的子模 塊信息匯總，并對子模塊電壓進行排序，用于對各個子模塊投切，從而在投切時能夠?qū)崿F(xiàn)對 電壓高低模塊的投入和切出控制。


圖1是模塊化多電平換流器中電容平衡控制結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明實施例中基于投切數(shù)的分層分段式電容平衡控制結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
在模塊化多電平換流器(Module Multilevel Convertor,簡稱MMC換流器),尤其 是大容量換流器中，子模塊數(shù)量龐大，在控制過程中，需要確保每個橋臂內(nèi)的子模塊電壓保 持在一個相對平衡的范圍內(nèi)，這種涉及到橋臂內(nèi)子模塊電容電壓的平衡需要考慮的因素較 多。對于模塊數(shù)量極大的大容量MMC換流器，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，受閥基控制器接口數(shù)量所限，需要將閥基控制設備采用分層分段處 理方式實現(xiàn)對每個子模塊的單獨控制。作為閥基控制設備的中間單元——橋臂匯總控制單 元，是將多個橋臂分段單元的整個橋臂的子模塊信息進行匯總、整理、匯總橋臂電壓平衡策略處理以及橋臂整體保護策略實施的中間單元。
本發(fā)明針對閥基控制設備的橋臂匯總控制單元設計了一種以子模塊投切數(shù)為目 標的分層分段式子模塊電容電壓平衡控制方法，保證整個橋臂子模塊在換流器中的穩(wěn)定可 靠運行以及與換流器保護系統(tǒng)的協(xié)同配合。
模塊化多電平換流器由3相共6個橋臂組成，本發(fā)明涉及的子模塊電容電壓平衡 控制算法的是基于圖1所示的MMC換流器閥基控制器，本閥基控制器由I個中央閥基控制 器、6個橋臂匯總控制單元以及若干橋臂分段控制單元組成。每個橋臂由I套的橋臂匯總控 制單元和若干個橋臂分段控制單元組成，其中橋臂分段控制單元完成本橋臂分段的子模塊 的電壓平衡控制，橋臂匯總控制單元完成本橋臂各個分段間的電壓平衡控制；6個橋臂匯 總控制單元連接一個中央閥基控制器，此中央閥基控制器主機負責完成6個橋臂間的電壓 平衡控制。
如圖2，本發(fā)明提供的MMC換流器子模塊電容電壓平衡控制方法，具體方法如下
1、橋臂分段控制單元將所連接的子模塊工作狀態(tài)信息接受與整理后，匯總到該橋 臂的橋臂匯總控制單元；
2、橋臂匯總控制單元然后將該橋臂內(nèi)全部子模塊的電壓按照從大到小進行排 序;
3、橋臂電流控制單元將極控制保護系統(tǒng)PCP下傳的電壓信號調(diào)理成各橋臂產(chǎn)生 的電平數(shù)目，即各橋臂投入的子模塊數(shù)目；并將該信息下發(fā)到每個橋臂匯總控制單元；
4、橋臂匯總控制單元根據(jù)該橋臂已投入的電平數(shù)目及需要投入的電平數(shù)目，計算 出本次調(diào)制中本橋臂需要投切的子模塊數(shù)目M ；
5、當此時該橋臂電流方向為正(由正母線流向負母線為正)，將該橋臂中電容電壓 較小的M1個模塊投入；當此時電流方向為負，閥基控制器根據(jù)投入的子模塊數(shù)M，將電壓較 大的M2個模塊投入；通過以上辦法，使MMC變流器的各個橋臂子模塊電容電壓保持平衡。
所述橋臂分段控制單元、橋臂匯總控制單元、光CT合并及接口單元、環(huán)流控制單 元和MMC閥監(jiān)視單元組成了模塊化多電平換流器控制保護系統(tǒng)的閥基控制設備VBC(Valve BaseControllerX
最后應當說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡 管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解依然 可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何 修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種基于投切數(shù)的分層分段式電容平衡控制方法，其特征在于所述方法包括以下步驟步驟1:采集并匯總子模塊工作狀態(tài)信息；步驟2 :將子模塊的電壓進行排序；步驟3 :確定并下發(fā)各橋臂投入的子模塊數(shù)目；步驟4 :計算橋臂需要投切的子模塊數(shù)目M ；步驟5:選擇投切子模塊。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于投切數(shù)的分層分段式電容平衡控制方法，其特征在于 所述步驟I中，橋臂分段控制單元將采集的子模塊工作狀態(tài)信息傳輸給橋臂匯總控制單元進行子模塊工作狀態(tài)信息的匯總。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于投切數(shù)的分層分段式電容平衡控制方法，其特征在于 所述子模塊工作狀態(tài)信息包括電容電壓和故障信息。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于投切數(shù)的分層分段式電容平衡控制方法，其特征在于 所述步驟2中，橋臂匯總控制單元將子模塊的電壓按照從大到小的原則進行排序。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于投切數(shù)的分層分段式電容平衡控制方法，其特征在于 所述步驟3中，環(huán)流控制單元將極控制保護系統(tǒng)下傳的電壓信號調(diào)理成各橋臂產(chǎn)生的電平數(shù)目，即各橋臂投入的子模塊數(shù)目，并將該子模塊數(shù)目信息下發(fā)到橋臂匯總控制單元。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于投切數(shù)的分層分段式電容平衡控制方法，其特征在于 所述步驟4中，橋臂匯總控制單元根據(jù)該橋臂已投入的電平數(shù)目及需要投入的電平數(shù)目， 采用最小逼近法計算橋臂需要投切的子模塊數(shù)目M。
7.根據(jù)權利要求1所述的基于投切數(shù)的分層分段式電容平衡控制方法，其特征在于 所述步驟5中，根據(jù)橋臂電流方向和模塊電容電壓排序結(jié)果選擇投切子模塊，其中以正母線流向負母線為正方向，若此時電流方向為正，選擇橋臂中電容電壓較小的M1 個模塊投入；以負母線流向正母線為負方向，若此時電流方向為負，選擇橋臂中電容電壓較大的M2 個模塊投入。
8.根據(jù)權利要求6所述的基于投切數(shù)的分層分段式電容平衡控制方法，其特征在于 所述橋臂分段控制單元、橋臂匯總控制單元、光CT合并及接口單元、環(huán)流控制單元和MMC閥監(jiān)視單元組成了模塊化多電平換流器控制保護系統(tǒng)的閥基控制設備。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于投切數(shù)的分層分段式電容平衡控制方法，以子模塊投切數(shù)為分配對象，保證了策略運行的靈活性，使龐大的信息處理得到了極為方便簡捷的方式完成，提高了系統(tǒng)可靠性與處理速度；通過對各分段電壓反饋、電流方向等判斷依據(jù)，確定不同的投切子模塊，使系統(tǒng)可以保證穩(wěn)定運行前提下，實現(xiàn)子模塊電容電壓平衡；保證整個橋臂子模塊在換流器中的穩(wěn)定可靠運行以及與換流器保護系統(tǒng)的協(xié)同配合。
文檔編號H02H7/12GK103066567SQ20121053399
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權日2012年12月11日
發(fā)明者高陽, 姜喜瑞, 王韌秋, 楊兵建, 路建良, 謝敏華 申請人:國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞電力工程有限公司, 遼寧省電力有限公司大連供電公司, 國家電網(wǎng)公司