一种模块化多电平换流阀子模块投切方法及装置与流程

本发明涉及电力系统自动化技术领域，具体涉及一种模块化多电平换流阀子模块投切方法及装置。

背景技术：

模块化多电平换流阀mmc正常运行时，因功率升降等因素造成其子模块的结温上升，会导致大功率器件的热不平衡。然而，现有的模块化多电平换流阀子模块投切方法中，侧重于降低模块化多电平(mmc)换流阀的总损耗，总体方法是通过降低总等效开关频率实现降损；或单一考虑子模块的电容电压进行投切；均缺乏对igbt开关器件的结温的监测，因此，对mmc控制时没有考虑igbt开关器件结温，会导致igbt开关器件的热应力过大而失效、损坏，不利于mmc的长期可靠运行。

因此，在对模块化多电平换流阀的子模块进行投切时，需要一种考虑子模块的电容电压和igbt开关器件的结温的投切方法，以提高mmc的长期可靠运行。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种模块化多电平换流阀子模块投切方法及装置，通过桥臂各子模块的电容电压选择子模块进行投切控制，其中，投切控制时还考虑了子模块igbt开关器件的结温，降低了子模块的热失效率，提高了模块化多电平换流阀整体的可靠性。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种模块化多电平换流阀子模块投切方法，其改进之处在于，所述方法包括：

获取模块化多电平换流阀的桥臂需投入的子模块数量、桥臂各子模块的电容电压及桥臂各子模块的igbt开关器件的结温；

若模块化多电平换流阀的桥臂需投入的子模块数量大于零且小于桥臂的子模块总数，则根据模块化多电平换流阀的桥臂各子模块的电容电压和桥臂各子模块的igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，否则将桥臂的子模块全部投入或切除。

优选地，所述根据模块化多电平换流阀的桥臂各子模块的电容电压和桥臂各子模块的igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，包括：

若桥臂各子模块的电容电压中最大值与最小值的差值大于电压差预设值，则根据桥臂的桥臂电流对桥臂的子模块进行投切控制，否则，根据桥臂的桥臂电流和桥臂各子模块的igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制。

进一步地，所述根据桥臂的桥臂电流对桥臂的子模块进行投切控制，包括：

若桥臂的桥臂电流大于零，则将电容电压最低的nm个子模块投入，否则，将电容电压最高的nm个子模块投入；

其中，nm为桥臂需投入的子模块数量。

优选地，所述桥臂各子模块的igbt开关器件的结温的获取过程包括：

将桥臂各子模块的第一和第二igbt开关器件的热敏电参数分别输入预先建立的结温预测神经网络模型获取所述桥臂各子模块的第一和第二igbt开关器件的结温；

其中，所述热敏电参数包括集射极电压、集电极电流、门极驱动电压、门极驱动电阻和关断延时时间。

进一步地，所述根据桥臂的桥臂电流和桥臂各子模块的igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，包括：

结温预测神经网络模型

当桥臂的桥臂电流大于零时，若桥臂各子模块的第二igbt开关器件的结温中最大值与最小值的差值小于温差预设值，则根据桥臂需投入的子模块增量和桥臂各子模块的第二igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，否则，将桥臂中第二igbt开关器件的结温最高的δnm个子模块投入；

当桥臂的桥臂电流小于等于零时，若桥臂各子模块的第一igbt开关器件的结温中最大值与最小值的差值小于温差预设值，则根据桥臂需投入的子模块增量和桥臂各子模块的第一igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，否则，将桥臂中第一igbt开关器件的结温最低的δnm个子模块投入；

其中，所述第一igbt开关器件为桥臂的子模块中与电容正极相连的igbt开关器件，第二igbt开关器件为桥臂的子模块中与电容负极相连的igbt开关器件，δnm为桥臂需投入的子模块增量，δnm＝nm-n，n为桥臂已投入的子模块数量。

进一步地，所述预先建立的结温预测神经网络模型的获取过程包括：

将所述桥臂各子模块的第一和第二igbt开关器件的历史热敏电参数分别作为初始lstm神经网络的输入量，将所述桥臂各子模块的第一和第二igbt开关器件的历史热敏电参数对应的历史结温分别作为初始lstm神经网络的输出量，训练初始lstm神经网络获取所述预先建立的结温预测神经网络模型。

进一步地，所述关断延时时间的获取方法包括：

按下式确定关断延时时间tdoff：

tdoff＝t2-t1

式中，t2为门极驱动电压下降到其初始值的90％对应的时刻，t1为集电极电流下降到集电极电流初始值的90％对应的时刻。

进一步地，所述根据桥臂需投入的子模块增量和桥臂各子模块的第二igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，包括：

若δnm≥0，则在桥臂已经切除的子模块中将第二igbt开关器件的结温最高的δnm个子模块投入，否则，在桥臂已经投入的子模块中将第二igbt开关器件的结温最低的δnm个子模块切除。

进一步地，所述根据桥臂需投入的子模块增量和桥臂各子模块的第一igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，包括：

若δnm≥0，则在桥臂已经切除的子模块中将第一igbt开关器件的结温最低的δnm个子模块投入，否则，在桥臂已经投入的子模块中将第一igbt开关器件的结温最高的δnm个子模块切除。

基于同一发明构思，本发明还提供一种模块化多电平换流阀子模块投切装置，其改进之处在于，所述装置包括：

获取单元，用于获取模块化多电平换流阀的桥臂需投入的子模块数量、桥臂各子模块的电容电压及桥臂各子模块的igbt开关器件的结温；

投切单元，用于若模块化多电平换流阀的桥臂需投入的子模块数量大于零且小于桥臂的子模块总数，则根据模块化多电平换流阀的桥臂各子模块的电容电压和桥臂各子模块的igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，否则将桥臂的子模块全部投入或切除。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明涉及一种模块化多电平换流阀子模块投切方法及装置，包括：获取模块化多电平换流阀的桥臂需投入的子模块数量及桥臂各子模块的电容电压；若模块化多电平换流阀的桥臂需投入的子模块数量大于零且小于桥臂的子模块总数，则根据模块化多电平换流阀的桥臂各子模块的电容电压对桥臂的子模块进行投切控制，否则将桥臂的子模块全部投入或切除；本发明通过桥臂各子模块的电容电压选择子模块进行投切控制，其中，投切控制时还考虑了子模块igbt开关器件的结温，降低了子模块的热失效率，提高了模块化多电平换流阀整体的可靠性；利用长短期记忆神经网络获取igbt开关器件的结温中，将在线监测igbt开关器件的热敏电参数作为输入量，使获得的结温的精度更高。

附图说明

图1是本发明模块化多电平换流阀子模块投切方法流程图；

图2是本发明模块化多电平换流阀子模块投切装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种模块化多电平换流阀子模块投切方法，如图1所示，所述方法包括：

获取模块化多电平换流阀的桥臂需投入的子模块数量和桥臂各子模块的电容电压及桥臂各子模块的igbt开关器件的结温；

若模块化多电平换流阀的桥臂需投入的子模块数量大于零且小于桥臂的子模块总数，则根据模块化多电平换流阀的桥臂各子模块的电容电压和桥臂各子模块的igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，否则将桥臂的子模块全部投入或切除。

其中，当模块化多电平换流阀的桥臂需投入的子模块数量为0时，将桥臂已投入的子模块全部切除，当模块化多电平换流阀的桥臂需投入的子模块数量为桥臂子模块数量最大值时，将桥臂未投入的子模块全部投入。

在本发明的实施例中，上述根据模块化多电平换流阀的桥臂各子模块的电容电压和桥臂各子模块的igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，包括：

若桥臂各子模块的电容电压中最大值与最小值的差值大于电压差预设值，则根据桥臂的桥臂电流对桥臂的子模块进行投切控制，否则，根据桥臂的桥臂电流和桥臂各子模块的igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制。

具体地，上述根据桥臂的桥臂电流对桥臂的子模块进行投切控制，包括：

若桥臂的桥臂电流大于零，则将电容电压最低的nm个子模块投入，否则，将电容电压最高的nm个子模块投入；

其中，nm为桥臂需投入的子模块数量。

在本发明的实施例中，所述桥臂各子模块的igbt开关器件的结温的获取过程包括：

将桥臂各子模块的第一和第二igbt开关器件的热敏电参数分别输入预先建立的结温预测神经网络模型获取所述桥臂各子模块的第一和第二igbt开关器件的结温；

其中，所述热敏电参数包括集射极电压、集电极电流、门极驱动电压、门极驱动电阻和关断延时时间。具体地，上述根据桥臂的桥臂电流和桥臂各子模块的igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，包括：

结温预测神经网络模型当桥臂的桥臂电流大于零时，若桥臂各子模块的第二igbt开关器件的结温中最大值与最小值的差值小于温差预设值，则根据桥臂需投入的子模块增量和桥臂各子模块的第二igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，否则，将桥臂中第二igbt开关器件的结温最低的δnm个子模块投入；

当桥臂的桥臂电流小于等于零时，若桥臂各子模块的第一igbt开关器件的结温中最大值与最小值的差值小于温差预设值，则根据桥臂需投入的子模块增量和桥臂各子模块的第一igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，否则，将桥臂中第一igbt开关器件的结温最低的δnm个子模块投入；

其中，所述热敏电参数包括集射极电压、集电极电流、门极驱动电压、门极驱动电阻和关断延时时间，所述第一igbt开关器件为桥臂的子模块中与电容正极相连的igbt开关器件，第二igbt开关器件为桥臂的子模块中与电容负极相连的igbt开关器件，δnm为桥臂需投入的子模块增量，δnm＝nm-n，n为桥臂已投入的子模块数量。

具体地，上述预先建立的结温预测神经网络模型的获取过程包括：

将所述桥臂各子模块的第一和第二igbt开关器件的历史热敏电参数分别作为初始lstm神经网络的输入量，将所述桥臂各子模块的第一和第二igbt开关器件的历史热敏电参数对应的历史结温分别作为初始lstm神经网络的输出量，训练初始lstm神经网络获取所述预先建立的结温预测神经网络模型。

具体地，上述关断延时时间的获取方法包括：

按下式确定关断延时时间tdoff：

tdoff＝t2-t1

式中，t2为门极驱动电压下降到其初始值的90％对应的时刻，t1为集电极电流下降到集电极电流初始值的90％对应的时刻。

具体地，上述根据桥臂需投入的子模块增量和桥臂各子模块的第二igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，包括：

若δnm≥0，则在桥臂已经切除的子模块中将第二igbt开关器件的结温最高的δnm个子模块投入，否则，在桥臂已经投入的子模块中将第二igbt开关器件的结温最低的δnm个子模块切除。

具体地，上述根据桥臂需投入的子模块增量和桥臂各子模块的第一igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，包括：

若δnm≥0，则在桥臂已经切除的子模块中将第一igbt开关器件的结温最低的δnm个子模块投入，否则，在桥臂已经投入的子模块中将第一igbt开关器件的结温最高的δnm个子模块切除。

基于同一发明构思，本发明还提供一种模块化多电平换流阀子模块投切装置，如图2所示，所述装置包括：

获取单元，用于获取模块化多电平换流阀的桥臂需投入的子模块数量、桥臂各子模块的电容电压及桥臂各子模块的igbt开关器件的结温；

投切单元，用于若模块化多电平换流阀的桥臂需投入的子模块数量大于零且小于桥臂的子模块总数，则根据模块化多电平换流阀的桥臂各子模块的电容电压和桥臂各子模块的igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，否则将桥臂的子模块全部投入或切除。

其中，上述投切单元包括：

投切模块，用于若桥臂各子模块的电容电压中最大值与最小值的差值大于电压差预设值，则根据桥臂的桥臂电流对桥臂的子模块进行投切控制，否则，根据桥臂的桥臂电流和桥臂各子模块的igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制。

其中，所述根据桥臂的桥臂电流对桥臂的子模块进行投切控制，包括：

若桥臂的桥臂电流大于零，则将电容电压最低的nm个子模块投入，否则，将电容电压最高的nm个子模块投入；

其中，nm为桥臂需投入的子模块数量。

所述桥臂各子模块的igbt开关器件的结温的获取过程包括：

将桥臂各子模块的第一和第二igbt开关器件的热敏电参数分别输入预先建立的结温预测神经网络模型获取所述桥臂各子模块的第一和第二igbt开关器件的结温；

其中，所述热敏电参数包括集射极电压、集电极电流、门极驱动电压、门极驱动电阻和关断延时时间。

具体地，上述根据桥臂的桥臂电流和桥臂各子模块的igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，包括：

当桥臂的桥臂电流大于零时，若桥臂各子模块的第二igbt开关器件的结温中最大值与最小值的差值小于温差预设值，则根据桥臂需投入的子模块增量和桥臂各子模块的第二igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，否则，将桥臂中第二igbt开关器件的结温最低的δnm个子模块投入；

当桥臂的桥臂电流小于等于零时，若桥臂各子模块的第一igbt开关器件的结温中最大值与最小值的差值小于温差预设值，则根据桥臂需投入的子模块增量和桥臂各子模块的第一igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，否则，将桥臂中第一igbt开关器件的结温最低的δnm个子模块投入；

其中，所述第一igbt开关器件为桥臂的子模块中与电容正极相连的igbt开关器件，第二igbt开关器件为桥臂的子模块中与电容负极相连的igbt开关器件，δnm为桥臂需投入的子模块增量，δnm＝nm-n，n为桥臂已投入的子模块数量。

其中，上述预先建立的结温预测神经网络模型的获取过程包括：

将所述桥臂各子模块的第一和第二igbt开关器件的历史热敏电参数分别作为初始lstm神经网络的输入量，将所述桥臂各子模块的第一和第二igbt开关器件的历史热敏电参数对应的历史结温分别作为初始lstm神经网络的输出量，训练初始lstm神经网络获取所述预先建立的结温预测神经网络模型。

上述关断延时时间的获取方法包括：

按下式确定关断延时时间tdoff：

tdoff＝t2-t1

式中，t2为门极驱动电压下降到其初始值的90％对应的时刻，t1为集电极电流下降到集电极电流初始值的90％对应的时刻。

具体地，所述根据桥臂需投入的子模块增量和桥臂各子模块的第二igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，包括：

若δnm≥0，则在桥臂已经切除的子模块中将第二igbt开关器件的结温最高的δnm个子模块投入，否则，在桥臂已经投入的子模块中将第二igbt开关器件的结温最低的δnm个子模块切除。

进一步地，上述根据桥臂需投入的子模块增量和桥臂各子模块的第一igbt开关器件的结温对桥臂的子模块进行投切控制，包括：

若δnm≥0，则在桥臂已经切除的子模块中将第一igbt开关器件的结温最低的δnm个子模块投入，否则，在桥臂已经投入的子模块中将第一igbt开关器件的结温最高的δnm个子模块切除。

综上所述，本发明提供的一种模块化多电平换流阀子模块投切方法及装置，包括：获取模块化多电平换流阀的桥臂需投入的子模块数量及桥臂各子模块的电容电压；若模块化多电平换流阀的桥臂需投入的子模块数量大于零且小于桥臂的子模块总数，则根据模块化多电平换流阀的桥臂各子模块的电容电压对桥臂的子模块进行投切控制，否则将桥臂的子模块全部投入或切除；本发明通过桥臂各子模块的电容电压选择子模块进行投切控制，其中，投切控制时还考虑了子模块igbt开关器件的结温，降低了子模块的热失效率，提高了模块化多电平换流阀整体的可靠性；利用长短期记忆神经网络获取igbt开关器件的结温中，将在线监测igbt开关器件的热敏电参数作为输入量，使获得的结温的精度更高。

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，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保护范围之内。