本发明涉及直流输电技术领域，具体涉及一种模块化多电平换流器的降容运行方法和装置。
背景技术：
基于电压源换流器的高压直流输电技术特别是模块化多电平换流器在国内被称为柔性直流输电，由于诸多优点，得到了越来越多的重视，应用在高压、特高压直流输电领域。而换流器的诸多优点都是由于电力电子器件的低惯性而具有的。换流器的直流侧电压是通过控制相应的电力电子器件从而投入的子模块电容电压支撑起来的，换流站的体积是由子模块的个数和每一个子模块的体积决定的，子模块中储存能量的电容占80％子模块体积。随着输电电压等级和输送容量越来越高，除了考虑MMC换流站的稳定性等一些共性的问题，由于子模块电容容量的不断增大造成的体积增大，从而使换流站占地增大的问题亦变得非常突出。并且对于子模块来说，电容的造价占到不小的比例。为了保持电容的纹波在一定范围，即降低电容的容值，现有技术中模块化多电平换流器的降容运行方法主要是通过二次系统的控制策略来抑制桥臂负序环流分量，以降低子模块电容电压纹波幅值，进而实现降低电容容值的目的。但是该方法需要通过非常复杂的控制算法才可以实现环流抑制的目的，而且负序环流分量所占比例较小，所以该方法的降容效果差。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术中降容效果差的不足，本发明提供一种模块化多电平换流器的降容运行方法和装置，获取模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量，然后在模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量小于N/2和模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量大于N/2两种情况下，分别判断上桥臂投入的子模块数量处于增加阶段或减少阶段，并进行相应桥臂电抗器的投切控制，实现了模块化多电平换流器的降容运行，且降容效果显著。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一方面，本发明提供一种模块化多电平换流器的降容运行方法，包括：
获取模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量；
在模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量小于N/2时，判断上桥臂投入的子模块数量处于增加阶段或减少阶段，若处于增加阶段，在上桥臂投入子模块数量变化率等于第一变化率设定值时，切除下桥臂中的桥臂电抗器并投入上桥臂中的桥臂电抗器；若处于减少阶段，切除上桥臂中的桥臂电抗器并投入下桥臂中的桥臂电抗器；
在模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量大于N/2时，判断上桥臂投入的子模块数量处于增加阶段或减少阶段，若处于增加阶段，切除下桥臂中的桥臂电抗器并投入上桥臂中的桥臂电抗器；若处于减少阶段，在上桥臂投入子模块数量变化率等于第二变化率设定值时，切除上桥臂中的桥臂电抗器并投入下桥臂中的桥臂电抗器；
N表示上桥臂中子模块的数量。
所述模块化多电平换流器包括三个上桥臂和三个下桥臂，所述上桥臂和下桥臂均包括降容电路和多个子模块；
所述多个子模块串联后，与降容电路串联。
所述降容电路包括串联的桥臂电抗器L1、桥臂电抗器L2和投切电路；
所述投切电路与桥臂电抗器L1并联，其包括反并联的第一支路和第二支路。
所述判断上桥臂投入的子模块数量处于增加阶段或减少阶段包括：
若上桥臂投入的子模块数量处于增加阶段；
若上桥臂投入的子模块数量处于减少阶段；
其中，表示上桥臂投入子模块数量变化率。
当模块化多电平换流器处于逆变运行状态时，所述切除下桥臂中的桥臂电抗器并投入上桥臂中的桥臂电抗器包括：
触发下桥臂第一支路中的所有晶闸管，实现下桥臂中桥臂电抗器的切除，并闭锁上桥臂第一支路中的所有晶闸管，实现上桥臂中的桥臂电抗器的投入。
当模块化多电平换流器处于整流运行状态时，所述切除下桥臂中的桥臂电抗器并投入上桥臂中的桥臂电抗器包括：
触发下桥臂第二支路中的所有晶闸管，实现下桥臂中桥臂电抗器的切除，并闭锁上桥臂第二支路中的所有晶闸管，实现上桥臂中的桥臂电抗器的投入。
当模块化多电平换流器处于逆变运行状态时，所述切除上桥臂中的桥臂电抗器并投入下桥臂中的桥臂电抗器包括：
触发上桥臂第一支路中的所有晶闸管，实现上桥臂中桥臂电抗器的切除，并闭锁下桥臂第一支路中的所有晶闸管，实现下桥臂中的桥臂电抗器的投入。
当模块化多电平换流器处于整流运行状态时，所述切除上桥臂中的桥臂电抗器并投入下桥臂中的桥臂电抗器包括：
触发上桥臂第二支路中的所有晶闸管，实现上桥臂中桥臂电抗器的切除，并闭锁下桥臂第二支路中的所有晶闸管，实现下桥臂中的桥臂电抗器的投入。
另一方面，本发明还提供一种模块化多电平换流器的降容运行装置，包括：
获取模块，用于获取模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量；
控制模块，用于在模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量小于N/2时，判断上桥臂投入的子模块数量处于增加阶段或减少阶段，若处于增加阶段，在上桥臂投入子模块数量变化率等于第一变化率设定值时，切除下桥臂中的桥臂电抗器并投入上桥臂中的桥臂电抗器；若处于减少阶段，切除上桥臂中的桥臂电抗器并投入下桥臂中的桥臂电抗器；
在模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量大于N/2时，判断上桥臂投入的子模块数量处于增加阶段或减少阶段，若处于增加阶段，切除下桥臂中的桥臂电抗器并投入上桥臂中的桥臂电抗器；若处于减少阶段，在上桥臂投入子模块数量变化率等于第二变化率设定值时，切除上桥臂中的桥臂电抗器并投入下桥臂中的桥臂电抗器；
N表示桥臂中子模块的数量。
所述模块化多电平换流器包括三个上桥臂和三个下桥臂，所述上桥臂和下桥臂均包括降容电路和多个子模块；
多个子模块串联后，与降容电路串联。
降容电路包括串联的桥臂电抗器L1、桥臂电抗器L2和投切电路；
所述投切电路与桥臂电抗器L1并联，其包括反并联的第一支路和第二支路。
所述第一支路包括n个串联的晶闸管T11、……、T1n，所述第二支路包括m个串联的晶闸管T21、……、T2m，且晶闸管T1n的阴极连接桥臂电抗器L2，晶闸管T1m的阳极连接桥臂电抗器L2。
所述控制模块包括判断单元，所述判断单元按下述过程判断上桥臂投入的子模块数量处于增加阶段或减少阶段：
若上桥臂投入的子模块数量处于增加阶段；
若上桥臂投入的子模块数量处于减少阶段；
其中，表示上桥臂投入子模块数量变化率。
所述控制模块包括：
第一控制单元，用于当模块化多电平换流器处于逆变运行状态时，按下述过程切除下桥臂中的桥臂电抗器并投入上桥臂中的桥臂电抗器：
触发下桥臂第一支路中的所有晶闸管，实现下桥臂中桥臂电抗器的切除，并闭锁上桥臂第一支路中的所有晶闸管，实现上桥臂中的桥臂电抗器的投入。
所述控制模块包括：
第二控制单元，用于当模块化多电平换流器处于整流运行状态时，按下述过程切除下桥臂中的桥臂电抗器并投入上桥臂中的桥臂电抗器包括：
触发下桥臂第二支路中的所有晶闸管，实现下桥臂中桥臂电抗器的切除，并闭锁上桥臂第二支路中的所有晶闸管，实现上桥臂中的桥臂电抗器的投入。
所述控制模块包括：
第三控制单元，用于当模块化多电平换流器处于逆变运行状态时，按下述过程切除上桥臂中的桥臂电抗器并投入下桥臂中的桥臂电抗器：
触发上桥臂第一支路中的所有晶闸管，实现上桥臂中桥臂电抗器的切除，并闭锁下桥臂第一支路中的所有晶闸管，实现下桥臂中的桥臂电抗器的投入。
所述控制模块包括：
第四控制单元，用于当模块化多电平换流器处于整流运行状态时，按下述过程切除上桥臂中的桥臂电抗器并投入下桥臂中的桥臂电抗器：
触发上桥臂第二支路中的所有晶闸管，实现上桥臂中桥臂电抗器的切除，并闭锁下桥臂第二支路中的所有晶闸管，实现下桥臂中的桥臂电抗器的投入。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的模块化多电平换流器的降容运行方法中，先获取模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量，然后在模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量小于N/2和模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量大于N/2两种情况下，分别判断上桥臂投入的子模块数量处于增加阶段或减少阶段，并进行相应桥臂电抗器的投切控制，实现了模块化多电平换流器的降容运行，且降容效果显著；
本发明提供的模块化多电平换流器的降容运行装置包括获取模块和控制模块，获取模块用于获取模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量，控制模块在模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量小于N/2和模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量大于N/2两种情况下，分别判断上桥臂投入的子模块数量处于增加阶段或减少阶段，并进行相应桥臂电抗器的投切控制，实现了模块化多电平换流器的降容运行，且降容效果显著；
本发明提供的技术方案过程简单，不需要复杂的运算，对模块化多电平换流器的控制器要求较低，且投资成本低，仅需要增加少数晶闸管；
本发明提供的技术方案相比于CCSC能够更大程度的降低子模块电容电压波形的基频和二倍频分量，从而能够进一步降低子模块电容电压波动，对进一步降低换流器子模块重量具有一定的意义。
附图说明
图1是本发明实施例中模块化多电平换流器的降容运行方法流程图；
图2是本发明实施例中模块化多电平换流器结构图；
图3是本发明实施例中降容电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例提供一种模块化多电平换流器的降容运行方法，具体流程图如图1所示，具体过程包括：
S101：获取模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量；
S102：分以下两种情况实现模块化多电平换流器的降容运行：
1、在模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量小于N/2时，判断上桥臂投入的子模块数量处于增加阶段或减少阶段，若处于增加阶段，在上桥臂投入子模块数量变化率等于第一变化率设定值(第一变化率设定值为上桥臂投入的子模块数量增加为N/2时上桥臂投入子模块数量变化率)时，切除下桥臂中的桥臂电抗器并投入上桥臂中的桥臂电抗器；若处于减少阶段，切除上桥臂中的桥臂电抗器并投入下桥臂中的桥臂电抗器；
2、在模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量大于N/2时，判断上桥臂投入的子模块数量处于增加阶段或减少阶段，若处于增加阶段，切除下桥臂中的桥臂电抗器并投入上桥臂中的桥臂电抗器；若处于减少阶段，在上桥臂投入子模块数量变化率等于第二变化率设定值(第二变化率设定值为上桥臂投入的子模块数量减少为N/2时上桥臂投入子模块数量变化率)时，切除上桥臂中的桥臂电抗器并投入下桥臂中的桥臂电抗器；
上述的N表示上桥臂中子模块的数量，上桥臂中子模块的数量与下桥臂中子模块的数量相等。
上述的模块化多电平换流器结构图如图2所示，图2中的SM表示子模块，LSM表示降容电路，模块化多电平换流器包括三个上桥臂和三个下桥臂，上桥臂和下桥臂均包括降容电路和多个子模块；多个子模块串联后，与降容电路串联。
降容电路结构图如图3所示，其包括串联的桥臂电抗器L1、桥臂电抗器L2和投切电路；
投切电路与桥臂电抗器L1并联，其包括反并联的第一支路和第二支路。
第一支路包括n个串联的晶闸管T11、……、T1n，第二支路包括m个串联的晶闸管T21、……、T2m，且晶闸管T1n的阴极连接桥臂电抗器L2，晶闸管T1m的阳极连接桥臂电抗器L2；n＝m或n≠m。
上述S102中，判断上桥臂投入的子模块数量处于增加阶段或减少阶段的具体过程如下：
1)若上桥臂投入的子模块数量处于增加阶段；
2)若上桥臂投入的子模块数量处于减少阶段；
其中，表示上桥臂投入子模块数量变化率，Numup表示上桥臂投入的子模块数量，且满足Numup＝N-Numdown，Numdown为下桥臂投入的子模块数量。
由于模块化多电平换流器可能处于逆变运行状态，也可能处于整流运行状态，下面分两种情况阐述模块化多电平换流器的降容运行过程：
1、模块化多电平换流器处于逆变运行状态：
1)当模块化多电平换流器处于逆变运行状态时，切除下桥臂中的桥臂电抗器并投入上桥臂中的桥臂电抗器的具体过程如下：
触发下桥臂第一支路中的所有晶闸管，实现下桥臂中桥臂电抗器的切除，并闭锁上桥臂第一支路中的所有晶闸管，实现上桥臂中的桥臂电抗器的投入。
2)当模块化多电平换流器处于逆变运行状态时，切除上桥臂中的桥臂电抗器并投入下桥臂中的桥臂电抗器的具体过程如下：
触发上桥臂第一支路中的所有晶闸管，实现上桥臂中桥臂电抗器的切除，并闭锁下桥臂第一支路中的所有晶闸管，实现下桥臂中的桥臂电抗器的投入。
2、模块化多电平换流器处于整流运行状态：
1)当模块化多电平换流器处于整流运行状态时，切除下桥臂中的桥臂电抗器并投入上桥臂中的桥臂电抗器的具体过程如下：
触发下桥臂第二支路中的所有晶闸管，实现下桥臂中桥臂电抗器的切除，并闭锁上桥臂第二支路中的所有晶闸管，实现上桥臂中的桥臂电抗器的投入。
2)当模块化多电平换流器处于整流运行状态时，切除上桥臂中的桥臂电抗器并投入下桥臂中的桥臂电抗器的具体过程如下：
触发上桥臂第二支路中的所有晶闸管，实现上桥臂中桥臂电抗器的切除，并闭锁下桥臂第二支路中的所有晶闸管，实现下桥臂中的桥臂电抗器的投入。
基于同于发明构思，本发明实施例还提供一种模块化多电平换流器的降容运行装置，包括获取模块和控制模块，下面分别介绍这两个模块的具体功能：
获取模块，用于获取模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量；
控制模块，用于在模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量小于N/2时，判断上桥臂投入的子模块数量处于增加阶段或减少阶段，若处于增加阶段，在上桥臂投入子模块数量变化率等于第一变化率设定值(第一变化率设定值为上桥臂投入的子模块数量增加为N/2时上桥臂投入子模块数量变化率)时，切除下桥臂中的桥臂电抗器并投入上桥臂中的桥臂电抗器，若处于减少阶段，切除上桥臂中的桥臂电抗器并投入下桥臂中的桥臂电抗器；
在模块化多电平换流器上桥臂投入的子模块数量大于N/2时，判断上桥臂投入的子模块数量处于增加阶段或减少阶段，若处于增加阶段，切除下桥臂中的桥臂电抗器并投入上桥臂中的桥臂电抗器；若处于减少阶段，在上桥臂投入子模块数量变化率等于第二变化率设定值(第二变化率设定值为上桥臂投入的子模块数量减少为N/2时上桥臂投入子模块数量变化率)时，切除上桥臂中的桥臂电抗器并投入下桥臂中的桥臂电抗器；
上述的N表示上桥臂中子模块的数量，设Numup表示上桥臂投入的子模块数量，满足Numup＝N-Numdown，Numdown为下桥臂投入的子模块数量。
上述的模块化多电平换流器结构图如图2所示，图2中的SM表示子模块，LSM表示降容电路，模块化多电平换流器包括三个上桥臂和三个下桥臂，所述上桥臂和下桥臂均包括降容电路和多个子模块；多个子模块串联后，与降容电路串联。
降容电路包括串联的桥臂电抗器L1、桥臂电抗器L2和投切电路；
投切电路与桥臂电抗器L1并联，其包括反并联的第一支路和第二支路。
第一支路包括n个串联的晶闸管T11、……、T1n，第二支路包括m个串联的晶闸管T21、……、T2m，且晶闸管T1n的阴极连接桥臂电抗器L2，晶闸管T1m的阳极连接桥臂电抗器L2；第一支路中晶闸管的个数和第二支路中晶闸管的个数可以相等，也可以不等，即n＝m或n≠m。
上述的控制模块包括判断单元，判断单元按下述过程判断上桥臂投入的子模块数量处于增加阶段或减少阶段：
1)若上桥臂投入的子模块数量处于增加阶段；
2)若上桥臂投入的子模块数量处于减少阶段；
其中，表示上桥臂投入子模块数量变化率。
上述的控制模块还包括：
第一控制单元，用于当模块化多电平换流器处于逆变运行状态时，按下述过程切除下桥臂中的桥臂电抗器并投入上桥臂中的桥臂电抗器：
触发下桥臂第一支路中的所有晶闸管，实现下桥臂中桥臂电抗器的切除，并闭锁上桥臂第一支路中的所有晶闸管，实现上桥臂中的桥臂电抗器的投入。
上述的控制模块还包括：
第二控制单元，用于当模块化多电平换流器处于整流运行状态时，按下述过程切除下桥臂中的桥臂电抗器并投入上桥臂中的桥臂电抗器包括：
触发下桥臂第二支路中的所有晶闸管，实现下桥臂中桥臂电抗器的切除，并闭锁上桥臂第二支路中的所有晶闸管，实现上桥臂中的桥臂电抗器的投入。
上述的控制模块还包括：
第三控制单元，用于当模块化多电平换流器处于逆变运行状态时，按下述过程切除上桥臂中的桥臂电抗器并投入下桥臂中的桥臂电抗器：
触发上桥臂第一支路中的所有晶闸管，实现上桥臂中桥臂电抗器的切除，并闭锁下桥臂第一支路中的所有晶闸管，实现下桥臂中的桥臂电抗器的投入。
上述的控制模块还包括：
第四控制单元，用于当模块化多电平换流器处于整流运行状态时，按下述过程切除上桥臂中的桥臂电抗器并投入下桥臂中的桥臂电抗器：
触发上桥臂第二支路中的所有晶闸管，实现上桥臂中桥臂电抗器的切除，并闭锁下桥臂第二支路中的所有晶闸管，实现下桥臂中的桥臂电抗器的投入。
为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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，所属领域的普通技术人员参照上述实施例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，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。