模块化集中式直流耗能系统的控制系统及方法与流程

1.本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种模块化集中式直流耗能系统的控制系统及方法。


背景技术：

2.近年来，海上风电的开发步伐不断加快。相比高压交流输电并网方式，柔性直流输电具有占地小、控制灵活、不受输送距离制约等优势，尤其适合于远海大规模风电场的电能送出。对于海上风电柔性直流系统，当岸上站交流侧发生故障时，风电场的功率无法全部迅速减小，直流侧电压会因为盈余功率而升高，可能有损坏直流海缆、换流器等设备的风险。
3.因此，需要加设耗能装置，对于海上柔性直流输电那系统，由于海上站的占地十分有限，因此一般选择在岸上站装设直流耗能装置。针对直流耗能装置，目前的方案主要有集中式耗能装置、分布式耗能装置和混合式耗能装置。其中集中式耗能装置投入期间对系统的冲击较大，同时串联器件之间的均压困难；分布式耗能装置对系统的冲击小，投入期间的直流电压纹波小，模块均压效果好，但是由于其耗能电阻是分布于各个模块的，因此需要水冷系统进行散热，使得成本太高。因此提出模块化集中式耗能装置，其电阻采用的是集中式电阻，开关部分采用的是半桥模块或者全桥模块。
4.上述模块化集中式耗能装置解决了分布式电阻的散热问题和集中式耗能冲击大的问题，但是由于耗能装置的平均电流是单方向的，因此模块电容的均衡问题需要采用新的控制方案实现。


技术实现要素：

5.本发明实施例提出一种模块化集中式直流耗能系统的控制系统，能够有效地控制模块化集中式直流耗能系统的直流电压在岸上站交流故障期间不出现严重的过压问题，同时可以有效的控制模块化集中式直流耗能系统的平均电压，所述控制系统包括：直流电压控制模块、模块电压控制模块、求和模块和排序均压模块，其中，
6.模块电压控制模块用于接收模块化集中式直流耗能系统的模块的电压平均值的指令值和测量值，输出第一模块数；
7.直流电压控制模块用于接收模块化集中式直流耗能系统的直流正负极之间的电压的指令值和测量值，输出第二模块数；
8.求和模块，用于对第一模块数和第二模块数求和，获得需要投入的总模块数；
9.排序均压模块，用于对所有模块的电压进行排序，结合需要投入的总模块数，确定需要投入的模块。
10.本发明实施例提出一种模块化集中式直流耗能系统的控制方法，应用于上述模块化集中式直流耗能系统的控制系统，能够有效地控制模块化集中式直流耗能系统的直流电压在岸上站交流故障期间不出现严重的过压问题，同时可以有效的控制模块化集中式直流耗能系统的平均电压，该方法包括：
11.根据模块化集中式直流耗能系统的模块的电压平均值的指令值和测量值，获得第一模块数；
12.根据模块化集中式直流耗能系统的直流正负极之间的电压的指令值和测量值，获得第二模块数；
13.对第一模块数和第二模块数求和，获得需要投入的总模块数；
14.对所有模块的电压进行排序，结合需要投入的总模块数，确定需要投入的模块。
15.在本发明实施例中，所述模块化集中式直流耗能系统包括多个串联的模块和耗能电阻，所述模块为半桥模块或者全桥模块；所述系统包括直流电压控制模块、模块电压控制模块、求和模块和排序均压模块，其中，模块电压控制模块用于接收模块化集中式直流耗能系统的模块的电压平均值的指令值和测量值，输出第一模块数；直流电压控制模块用于接收模块化集中式直流耗能系统的直流正负极之间的电压的指令值和测量值，输出第二模块数；求和模块，用于对第一模块数和第二模块数求和，获得需要投入的总模块数；排序均压模块，用于对所有模块的电压进行排序，结合需要投入的总模块数，确定需要投入的模块。在本发明中，以模块化集中式直流耗能系统的模块的电压平均值的指令值和测量值、模块化集中式直流耗能系统的直流正负极之间的电压的指令值和测量值为依据，计算需要投入的总模块数，进而确定需要投入的模块，由于考虑了模块的电压平均值，可以有效的控制模块的平均电压，以及有效地控制系统的直流电压在岸上站交流故障期间不出现严重的过压问题。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
17.图1为本发明实施例中模块化集中式直流耗能系统的控制系统的示意图；
18.图2为本发明实施例中模块化集中式直流耗能系统的示意图；
19.图3为本发明实施例中模块电压控制模块的内部结构图；
20.图4为本发明实施例中模块化集中式直流耗能系统的控制方法的流程图；
21.图5为本发明实施例计算第一模块数的流程图；
22.图6为本发明实施例确定需要投入的模块的流程图。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
24.在本说明书的描述中，所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的
实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本技术的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。
25.图1为本发明实施例中模块化集中式直流耗能系统的控制系统的示意图，其中，模块化集中式直流耗能系统的控制系统包括：直流电压控制模块、模块电压控制模块、求和模块和排序均压模块，其中，
26.模块电压控制模块用于接收模块化集中式直流耗能系统的模块的电压平均值的指令值usm_ref和测量值usm，输出第一模块数non_sm；
27.直流电压控制模块用于接收模块化集中式直流耗能系统的直流正负极之间的电压的指令值udc_ref和测量值udc，输出第二模块数non_udc；
28.求和模块，用于对第一模块数和第二模块数求和，获得需要投入的总模块数；
29.排序均压模块，用于对所有模块的电压进行排序，结合需要投入的总模块数，确定需要投入的模块。
30.其中，所述模块化集中式直流耗能系统包括多个串联的模块和耗能电阻，所述模块为半桥模块或者全桥模块。
31.图2为本发明实施例中模块化集中式直流耗能系统的示意图，耗能装置一般安装于岸上站的直流侧，当岸上站发生交流故障等故障，导致海上站传输过来的功率盈余时，直流母线电压会上升，这时模块化集中式直流耗能系统会投入，以吸收多余的能量，保证系统的功率平衡，同时稳定直流电压。
32.图3为本发明实施例中模块电压控制模块的内部结构图，在一实施例中，所述模块电压控制模块包括第一pi控制器和乘法计算器，
33.所述第一pi控制器用于对接收的模块化集中式直流耗能系统的模块的电压平均值的指令值和测量值作差后进行pi调节，并输出第一pi控制值lnon_sm；
34.乘法计算器用于对接收的第一pi控制器和正弦信号sin(wt)进行相乘计算，并输出第一模块数。
35.在一实施例中，所述直流电压控制模块包括第二pi控制器，
36.所述第二pi控制器用于对接收的模块化集中式直流耗能系统的直流正负极之间的电压的指令值和测量值作差后进行pi调节，输出第二模块数。
37.如图3所示，所述第一pi控制器还用于：接收使能信号后，对电压平均值的指令值和测量值作差后进行pi调节；
38.所述第二pi控制器还用于：接收使能信号后，对直流正负极之间的电压的指令值和测量值作差后进行pi调节。
39.在一实施例中，排序均压模块具体用于：
40.按照模块中电容电压从小到大对所有模块进行排序；
41.在当前时刻为充电时刻时，基于需要投入的总模块数，从电容电压最小的模块开始取，获得需要投入的模块；
42.在当前时刻为放电时刻时，基于需要投入的总模块数，从电容电压最大的模块开始取，获得需要投入的模块。
43.在一实施例中，排序均压模块还用于：
44.在确定需要投入的模块之后，输出需要投入的模块和切除的模块的触发脉冲。
45.其中，所述触发脉冲可以直接输入至模块化集中式直流耗能系统。
46.本发明实施例还提出一种模块化集中式直流耗能系统的控制方法，应用于上述模块化集中式直流耗能系统的控制系统，图4为本发明实施例中模块化集中式直流耗能系统的控制方法的流程图，包括：
47.步骤401，根据模块化集中式直流耗能系统的模块的电压平均值的指令值和测量值，获得第一模块数；
48.步骤402，根据模块化集中式直流耗能系统的直流正负极之间的电压的指令值和测量值，获得第二模块数；
49.步骤403，对第一模块数和第二模块数求和，获得需要投入的总模块数；
50.步骤404，对所有模块的电压进行排序，结合需要投入的总模块数，确定需要投入的模块。
51.图5为本发明实施例计算第一模块数的流程图，在一实施例中，根据模块化集中式直流耗能系统的模块的电压平均值的指令值和测量值，获得第一模块数，包括：
52.步骤501，对接收的模块化集中式直流耗能系统的模块的电压平均值的指令值和测量值作差后进行pi调节，获得第一pi控制值；
53.步骤502，对第一pi控制器和正弦信号进行相乘计算，获得第一模块数。
54.在一实施例中，根据模块化集中式直流耗能系统的直流正负极之间的电压的指令值和测量值，获得第二模块数，包括：
55.对模块化集中式直流耗能系统的直流正负极之间的电压的指令值和测量值作差后进行pi调节，获得第二模块数。
56.图6为本发明实施例确定需要投入的模块的流程图，在一实施例中，对所有模块的电压进行排序，结合需要投入的总模块数，确定需要投入的模块，包括：
57.步骤601，按照模块中电容电压从小到大对所有模块进行排序；
58.步骤602，在当前时刻为充电时刻时，基于需要投入的总模块数，从电容电压最小的模块开始取，获得需要投入的模块；
59.步骤603，在当前时刻为放电时刻时，基于需要投入的总模块数，从电容电压最大的模块开始取，获得需要投入的模块。
60.本发明实施例提出的系统及方法以模块化集中式直流耗能系统的模块的电压平均值的指令值和测量值、模块化集中式直流耗能系统的直流正负极之间的电压的指令值和测量值为依据，计算需要投入的总模块数，进而确定需要投入的模块，由于考虑了模块的电压平均值，可以有效的控制模块的平均电压，以及有效地控制系统的直流电压在岸上站交流故障期间不出现严重的过压问题。另外，在确定需要投入的模块时考虑了模块中电容电压，因此，实现了模块化集中式直流耗能系统的电容均衡。
61.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。