专利名称：一种基于投切数的分层分段式电容平衡控制方法
一种基于投切数的分层分段式电容平衡控制方法技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于投切数的分层分段式电容平衡 控制方法。
背景技术：
与传统的高压直流输电技术不同，柔性直流输电换流器以其控制灵活、潮流控制 易于翻转、可以方便实现无功支持和频率控制、实现黑启动等优势，逐渐成为直流输电领域 未来的发展趋势；其中，基于模块化多电平换流器为拓扑的柔性直流输电工程得到快速发 展。基于MMC (Module Multilevel Convertor)方式的换流器子模块电容电压平衡算法是 实现换流阀电压稳定运行的核心算法；但是在大容量、高电压MMC柔性直流输电领域，随着 子模块数目的增多，电容电压平衡控制越来越复杂。在目前国内和国外公开的资料中，很少 有关于关于电容电压控制策算法消息描述的资料，尤其是基于子模块投切数为分配对象的 大容量、高电压MMC变流器子模块电容电压平衡控制算法的资料与专利更是缺乏。发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于投切数的分层分段式电容平 衡控制方法，以子模块投切数为分配对象，保证了策略运行的灵活性，使庞大的信息处理得 到了极为方便简捷的方式完成，提高了系统可靠性与处理速度；通过对各分段电压反馈、电 流方向等判断依据，确定不同的投切子模块，使系统可以保证稳定运行前提下，实现子模块 电容电压平衡；保证整个桥臂子模块在换流器中的稳定可靠运行以及与换流器保护系统的 协同配合。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案
提供一种基于投切数的分层分段式电容平衡控制方法，所述方法包括以下步骤
步骤1:采集并汇总子模块工作状态信息；
步骤2 :将子模块的电压进行排序；
步骤3 :确定并下发各桥臂投入的子模块数目；
步骤4 :计算桥臂需要投切的子模块数目M ；
步骤5:选择投切子模块。
所述步骤I中，桥臂分段控制单元将采集的子模块工作状态信息传输给桥臂汇总 控制单元进行子模块工作状态信息的汇总。
所述子模块工作状态信息包括电容电压和故障信息。
所述步骤2中，桥臂汇总控制单元将子模块的电压按照从大到小的原则进行排序。
所述步骤3中，环流控制单元将极控制保护系统下传的电压信号调理成各桥臂产 生的电平数目，即各桥臂投入的子模块数目，并将该子模块数目信息下发到桥臂汇总控制 单元。
所述步骤4中，桥臂汇总控制单元根据该桥臂已投入的电平数目及需要投入的电 平数目，采用最小逼近法计算桥臂需要投切的子模块数目M。
所述步骤5中，根据桥臂电流方向和模块电容电压排序结果选择投切子模块，其 中
以正母线流向负母线为正方向，若此时电流方向为正，选择桥臂中电容电压较小 的M1个模块投入；
以负母线流向正母线为负方向，若此时电流方向为负，选择桥臂中电容电压较大 的M2个模块投入。
所述桥臂分段控制单元、桥臂汇总控制单元、光CT合并及接口单元、环流控制单 元和MMC阀监视单元组成了模块化多电平换流器控制保护系统的阀基控制设备。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于
1.以子模块投切数为分配对象，保证了策略运行的灵活性，使庞大的信息处理得 到了极为方便简捷的方式完成，提高了系统可靠性与处理速度；
2.通过对各分段电压反馈、电流方向等判断依据，确定不同的投切子模块，使系统 可以保证稳定运行前提下，实现子模块电容电压平衡；
3.保证整个桥臂子模块在换流器中的稳定可靠运行以及与换流器保护系统的协 同配合；
4.阀基控制器采用了分层分段控制的思路将桥臂控制器分为桥臂汇总控制单元 和桥臂分段控制单元两层，解决了大容量MMC柔性直流输电变流器无法采用单个控制单元 完成桥臂控制的难题；
5.桥臂汇总控制单元负责本桥臂分段间的电容电压平衡，桥臂分段控制单元负责 本分段内的子模块电容电压平衡，从而确保了整个桥臂的电压平衡；
6.桥臂汇总控制单元通过与该桥臂内各个桥臂分段控制单元通信，将所有的子模 块信息汇总，并对子模块电压进行排序，用于对各个子模块投切，从而在投切时能够实现对 电压高低模块的投入和切出控制。
图1是模块化多电平换流器中电容平衡控制结构图。
图2是本发明实施例中基于投切数的分层分段式电容平衡控制结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
在模块化多电平换流器(Module Multilevel Convertor,简称MMC换流器),尤其 是大容量换流器中，子模块数量庞大，在控制过程中，需要确保每个桥臂内的子模块电压保 持在一个相对平衡的范围内，这种涉及到桥臂内子模块电容电压的平衡需要考虑的因素较 多。对于模块数量极大的大容量MMC换流器，电平数越多，实时控制周期越短，电容电压平 衡控制越难实现；同时，受阀基控制器接口数量所限，需要将阀基控制设备采用分层分段处 理方式实现对每个子模块的单独控制。作为阀基控制设备的中间单元——桥臂汇总控制单 元，是将多个桥臂分段单元的整个桥臂的子模块信息进行汇总、整理、汇总桥臂电压平衡策略处理以及桥臂整体保护策略实施的中间单元。
本发明针对阀基控制设备的桥臂汇总控制单元设计了一种以子模块投切数为目 标的分层分段式子模块电容电压平衡控制方法，保证整个桥臂子模块在换流器中的稳定可 靠运行以及与换流器保护系统的协同配合。
模块化多电平换流器由3相共6个桥臂组成，本发明涉及的子模块电容电压平衡 控制算法的是基于图1所示的MMC换流器阀基控制器，本阀基控制器由I个中央阀基控制 器、6个桥臂汇总控制单元以及若干桥臂分段控制单元组成。每个桥臂由I套的桥臂汇总控 制单元和若干个桥臂分段控制单元组成，其中桥臂分段控制单元完成本桥臂分段的子模块 的电压平衡控制，桥臂汇总控制单元完成本桥臂各个分段间的电压平衡控制；6个桥臂汇 总控制单元连接一个中央阀基控制器，此中央阀基控制器主机负责完成6个桥臂间的电压 平衡控制。
如图2，本发明提供的MMC换流器子模块电容电压平衡控制方法，具体方法如下
1、桥臂分段控制单元将所连接的子模块工作状态信息接受与整理后，汇总到该桥 臂的桥臂汇总控制单元；
2、桥臂汇总控制单元然后将该桥臂内全部子模块的电压按照从大到小进行排 序;
3、桥臂电流控制单元将极控制保护系统PCP下传的电压信号调理成各桥臂产生 的电平数目，即各桥臂投入的子模块数目；并将该信息下发到每个桥臂汇总控制单元；
4、桥臂汇总控制单元根据该桥臂已投入的电平数目及需要投入的电平数目，计算 出本次调制中本桥臂需要投切的子模块数目M ；
5、当此时该桥臂电流方向为正(由正母线流向负母线为正)，将该桥臂中电容电压 较小的M1个模块投入；当此时电流方向为负，阀基控制器根据投入的子模块数M，将电压较 大的M2个模块投入；通过以上办法，使MMC变流器的各个桥臂子模块电容电压保持平衡。
所述桥臂分段控制单元、桥臂汇总控制单元、光CT合并及接口单元、环流控制单 元和MMC阀监视单元组成了模块化多电平换流器控制保护系统的阀基控制设备VBC(Valve BaseControllerX
最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽 管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然 可以对本发明的具体实施方式
进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何 修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种基于投切数的分层分段式电容平衡控制方法，其特征在于所述方法包括以下步骤步骤1:采集并汇总子模块工作状态信息；步骤2 :将子模块的电压进行排序；步骤3 :确定并下发各桥臂投入的子模块数目；步骤4 :计算桥臂需要投切的子模块数目M ；步骤5:选择投切子模块。
2.根据权利要求1所述的基于投切数的分层分段式电容平衡控制方法，其特征在于 所述步骤I中，桥臂分段控制单元将采集的子模块工作状态信息传输给桥臂汇总控制单元进行子模块工作状态信息的汇总。
3.根据权利要求2所述的基于投切数的分层分段式电容平衡控制方法，其特征在于 所述子模块工作状态信息包括电容电压和故障信息。
4.根据权利要求1所述的基于投切数的分层分段式电容平衡控制方法，其特征在于 所述步骤2中，桥臂汇总控制单元将子模块的电压按照从大到小的原则进行排序。
5.根据权利要求1所述的基于投切数的分层分段式电容平衡控制方法，其特征在于 所述步骤3中，环流控制单元将极控制保护系统下传的电压信号调理成各桥臂产生的电平数目，即各桥臂投入的子模块数目，并将该子模块数目信息下发到桥臂汇总控制单元。
6.根据权利要求1所述的基于投切数的分层分段式电容平衡控制方法，其特征在于 所述步骤4中，桥臂汇总控制单元根据该桥臂已投入的电平数目及需要投入的电平数目， 采用最小逼近法计算桥臂需要投切的子模块数目M。
7.根据权利要求1所述的基于投切数的分层分段式电容平衡控制方法，其特征在于 所述步骤5中，根据桥臂电流方向和模块电容电压排序结果选择投切子模块，其中以正母线流向负母线为正方向，若此时电流方向为正，选择桥臂中电容电压较小的M1 个模块投入；以负母线流向正母线为负方向，若此时电流方向为负，选择桥臂中电容电压较大的M2 个模块投入。
8.根据权利要求6所述的基于投切数的分层分段式电容平衡控制方法，其特征在于 所述桥臂分段控制单元、桥臂汇总控制单元、光CT合并及接口单元、环流控制单元和MMC阀监视单元组成了模块化多电平换流器控制保护系统的阀基控制设备。
全文摘要
本发明提供一种基于投切数的分层分段式电容平衡控制方法，以子模块投切数为分配对象，保证了策略运行的灵活性，使庞大的信息处理得到了极为方便简捷的方式完成，提高了系统可靠性与处理速度；通过对各分段电压反馈、电流方向等判断依据，确定不同的投切子模块，使系统可以保证稳定运行前提下，实现子模块电容电压平衡；保证整个桥臂子模块在换流器中的稳定可靠运行以及与换流器保护系统的协同配合。
文档编号H02H7/12GK103066567SQ20121053399
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者高阳, 姜喜瑞, 王韧秋, 杨兵建, 路建良, 谢敏华 申请人:国网智能电网研究院, 中电普瑞电力工程有限公司, 辽宁省电力有限公司大连供电公司, 国家电网公司