基于多核控制器技術(shù)的模塊化多電平換流器控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于多核控制器技術(shù)的 模塊化多電平換流器控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾年，隨著風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等可再生能源發(fā)電的發(fā)展，基于電壓源換流器 的輕型直流輸電系統(tǒng)由于具有經(jīng)濟(jì)、靈活、高可控性等優(yōu)點(diǎn)，得到了快速的應(yīng)用和發(fā)展。輕 型直流輸電廣泛應(yīng)用于可再生能源，比如大型風(fēng)電場并網(wǎng)、分布式發(fā)電并網(wǎng)、孤島供電、大 城市電網(wǎng)供電、非同步交流電網(wǎng)互聯(lián)、多端直流輸電等領(lǐng)域。
[000引 基于模塊化多電平換流器（modularizedmultilevelconverter,MMC)的高壓直 流輸電是電壓源換流器直流輸電化i曲-voltagedirectcurrent，HVDC)技術(shù)向高電壓大 功率方向發(fā)展的最新成果。MMC-HVDC相比兩S電平VSC-HVDC有眾多優(yōu)勢，比如容量更大， 換流閥制造難度下降，波形質(zhì)量更高，損耗更低等。
[0004]單個電平數(shù)較多的MMC換流站一般由數(shù)千個子模塊構(gòu)成，W期實(shí)現(xiàn)大容量、高冗 余度和低波形崎變的電壓輸出。而含大量子模塊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)導(dǎo)致電平數(shù)較多MMC控制系 統(tǒng)建模難度很大，對于電平數(shù)較多的MMC物理控制器，不僅需要對數(shù)量巨大的子模塊狀態(tài) 信息和觸發(fā)控制字實(shí)現(xiàn)實(shí)時吞吐，而且必須完成子模塊之間的電壓均衡控制產(chǎn)生的大量計 算，該對MMC控制器的通信和計算能力都提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了提高模塊化多電平換流器的控制器處理能力，提升控制器性能，簡化控制器 結(jié)構(gòu)，針對模塊化多電平換流器運(yùn)行特點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種基于多核控制器技術(shù)的模塊 化多電平換流器控制方法，包括：
[0006] 步驟1、將模塊化多電平換流器的控制系統(tǒng)分為立層；系統(tǒng)級控制、換流站控制和 換流閥控制，其中一個控制系統(tǒng)中包括多個換流站控制，每個換流站控制中包括6個換流 閥控制；
[0007] 步驟2、將八核DSP控制器與模塊化多電平換流器相連；
[000引步驟3、DSP控制器的第一核處理器采集換流站運(yùn)行信息，包括交流側(cè)=相電壓、 電流，模塊化多電平換流器子模塊電容電壓、橋臂電流；
[0009] 步驟4、DSP控制器的第一核處理器根據(jù)采集到的換流站運(yùn)行信息，完成對換流站 控制計算，生成6個橋臂的調(diào)制波；
[0010] 步驟5、將第一核處理器生成6個橋臂的調(diào)制波并行傳遞到第二核到第走核該六 個處理器中，并將第一核處理器采集到的6個橋臂中的子模塊電容電壓、橋臂電流分別傳 遞到對應(yīng)的第二核到第走核該六個處理器中；
[0011] 步驟6、DSP控制器的第二核到第走核該六個處理器并行完成六個橋臂的調(diào)制計 算，生成6個橋臂子模塊對應(yīng)的換流閥控制信號；
[0012] 步驟7、6個橋臂子模塊對應(yīng)的換流閥控制信號傳遞到第一核處理器，第一核處理 器將觸發(fā)控制信號后從DSP輸出；
[0013] 步驟8、當(dāng)換流站收到上級系統(tǒng)調(diào)度指令時，該調(diào)度指令并不直接作為控制器的輸 入?yún)⒖贾?，而是啟動系統(tǒng)級控制，確保系統(tǒng)在不同運(yùn)行方式、不同運(yùn)行點(diǎn)之間平穩(wěn)地切換， 避免超調(diào)W提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。
[0014] 所述換流站控制是根據(jù)換流站運(yùn)行信息計算產(chǎn)生6個橋臂的調(diào)制波。
[0015] 所述換流閥控制是接收換流站產(chǎn)生的調(diào)制波，通過調(diào)制方式產(chǎn)生子模塊的觸發(fā)信 號，并完成子模塊的電壓均衡控制。
[0016] 所述換流站控制采用直接電流控制，即矢量控制，并分解為內(nèi)環(huán)電流控制和外環(huán) 電壓控制，其中內(nèi)環(huán)電流控制采用dq解禪控制。
[0017] 所述換流閥控制根據(jù)調(diào)制波來確定向開關(guān)器件施加開通和關(guān)斷的控制信號，利用 每個子模塊上的電壓在交流側(cè)產(chǎn)生的電壓波形來逼近調(diào)制波。
[0018] 所述換流閥控制采用最近電平逼近調(diào)制或載波相移正弦脈寬調(diào)制該兩種方式。
[0019] 所述系統(tǒng)級控制是當(dāng)系統(tǒng)級控制層接收功率、頻率、電壓運(yùn)行指令時，先對控制指 令進(jìn)行檢測，判斷是否會引起系統(tǒng)沖擊，然后將運(yùn)行指令規(guī)范在安全范圍之內(nèi)。
[0020] 所述系統(tǒng)級控制將系統(tǒng)啟停指令進(jìn)行拆解，并協(xié)調(diào)安排到各換流站中進(jìn)行控制。
[0021] 本發(fā)明的有益效果在于；本發(fā)明設(shè)計了一種將多核技術(shù)應(yīng)用到模塊化多電平換流 器控制器中的方法，控制器采用了 8核數(shù)字信號處理器（digitalsi即alprocesso;r，DSP)， 在主核完成換流站控制計算后，將6個橋臂的換流閥控制計算部分分配在不同核之間并行 計算，極大地減少計算時間，滿足實(shí)時控制的要求。該種結(jié)構(gòu)不僅能通過并行提高控制器的 計算效率，而且換流站控制和換流閥控制之間的數(shù)據(jù)在DSP內(nèi)部能靈活地傳遞。
【附圖說明】
[0022] 圖1為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主電路接線圖。
[0023] 圖2為換流站控制圖。
[0024] 圖3為相移載波示意圖。
[0025] 圖4為A相子模塊載波與調(diào)制波示意圖。
[0026] 圖5為A相MMC輸出階梯波示意圖。
[0027] 圖6為實(shí)施例控制效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[002引下面結(jié)合附圖，對實(shí)施例作詳細(xì)說明。
[0029]本實(shí)施例WTI公司生產(chǎn)的Keystone架構(gòu)8核DSP作為多核處理巧片，型號為 115320〔6678，主頻IGHz。第一核處理器負(fù)責(zé)換流站控制部分，第二~第^;：核負(fù)責(zé)6個橋臂 的閥控。本實(shí)施例中使用FPGA和多核DSP搭建了MMC控制器，用來控制運(yùn)行在RTDS實(shí)時 仿真器上的換流站。其中FPGA負(fù)責(zé)從RTDS接收控制計算需要的換流站運(yùn)行信息，傳遞給 DSP，DSP使用本發(fā)明提出的方法，在主核完成換流站控制計算后，將6個橋臂的換流閥控制 部分分配在不同核之間并行計算。待DSP完成控制計算后，F(xiàn)PGA將觸發(fā)控制信息從DSP傳 遞給RTDS上的換流站。
[0030] 本實(shí)施例中換流站在RTDS實(shí)時仿真器上運(yùn)行，采用一個單端MMC系統(tǒng)來驗(yàn)證本發(fā) 明所設(shè)計的方法。單端MMC換流站如附圖1所示，MMC每個橋臂中有100個子模塊，系統(tǒng)參 數(shù)如表1所示。
[0031] 表1MMC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主電路參數(shù)
[0032]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于多核控制器技術(shù)的模塊化多電平換流器控制方法，其特征在于，包括： 步驟1、將模塊化多電平換流器的控制系統(tǒng)分為三層：系統(tǒng)級控制、換流站控制和換流 閥控制，其中一個控制系統(tǒng)中包括多個換流站控制，每個換流站控制中包括6個換流閥控 制； 步驟2、將八核DSP控制器與模塊化多電平換流器相連； 步驟3、DSP控制器的第一核處理器采集換流站運(yùn)行信息，包括交流側(cè)三相電壓、電流， 模塊化多電平換流器子模塊電容電壓、橋臂電流； 步驟4、DSP控制器的第一核處理器根據(jù)采集到的換流站運(yùn)行信息，完成對換流站控制 計算，生成6個橋臂的調(diào)制波； 步驟5、將第一核處理器生成6個橋臂的調(diào)制波并行傳遞到第二核到第七核這六個處 理器中，并將第一核處理器采集到的6個橋臂中的子模塊電容電壓、橋臂電流分別傳遞到 對應(yīng)的第二核到第七核這六個處理器中； 步驟6、DSP控制器的第二核到第七核這六個處理器并行完成六個橋臂的調(diào)制計算，生 成6個橋臂子模塊對應(yīng)的換流閥控制信號； 步驟7、6個橋臂子模塊對應(yīng)的換流閥控制信號傳遞到第一核處理器，第一核處理器將 觸發(fā)控制信號后從DSP輸出； 步驟8、當(dāng)換流站收到上級系統(tǒng)調(diào)度指令時，該調(diào)度指令并不直接作為控制器的輸入?yún)?考值，而是啟動系統(tǒng)級控制，確保系統(tǒng)在不同運(yùn)行方式、不同運(yùn)行點(diǎn)之間平穩(wěn)地切換，避免 超調(diào)以提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述換流站控制是根據(jù)換流站運(yùn)行信息計 算產(chǎn)生6個橋臂的調(diào)制波。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述換流閥控制是接收換流站產(chǎn)生的調(diào)制 波，通過調(diào)制方式產(chǎn)生子模塊的觸發(fā)信號，并完成子模塊的電壓均衡控制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述換流站控制采用直接電流控制，即矢量 控制，并分解為內(nèi)環(huán)電流控制和外環(huán)電壓控制，其中內(nèi)環(huán)電流控制采用dq解耦控制。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述換流閥控制根據(jù)調(diào)制波來確定向開關(guān) 器件施加開通和關(guān)斷的控制信號，利用每個子模塊上的電壓在交流側(cè)產(chǎn)生的電壓波形來逼 近調(diào)制波。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述換流閥控制采用最近電平逼近調(diào)制或 載波相移正弦脈寬調(diào)制這兩種方式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述系統(tǒng)級控制是當(dāng)系統(tǒng)級控制層接收功 率、頻率、電壓運(yùn)行指令時，先對控制指令進(jìn)行檢測，判斷是否會引起系統(tǒng)沖擊，然后將運(yùn)行 指令規(guī)范在安全范圍之內(nèi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述系統(tǒng)級控制將系統(tǒng)啟停指令進(jìn)行拆解， 并協(xié)調(diào)安排到各換流站中進(jìn)行控制。
【專利摘要】本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多核控制器技術(shù)的模塊化多電平換流器控制方法。本發(fā)明將直流輸電控制系統(tǒng)分為三層：系統(tǒng)級控制、換流站控制和換流閥控制，其中一個控制系統(tǒng)中包括多個換流站，每個換流站中包括多個換流閥；將八核DSP控制器與模塊化多電平換流器相連；在主核完成換流站控制計算后，將6個橋臂的換流閥控制部分分配在不同核之間并行計算，極大地減少計算時間，滿足實(shí)時控制的要求。這種結(jié)構(gòu)不僅能通過并行提高控制器的計算效率，而且站控和閥控之間的數(shù)據(jù)在DSP內(nèi)部能靈活地傳遞。
【IPC分類】H02M7-12, H02M7-483
【公開號】CN104811063
【申請?zhí)枴緾N201510221656
【發(fā)明人】劉崇茹, 田鵬飛, 洪國巍, 贠飛龍, 王嘉鈺
【申請人】華北電力大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月4日