电压调制方法、装置、计算机设备及存储介质与流程

1.本技术涉及柔性直流输电技术领域，特别是涉及一种电压调制方法、装置、计算机设备及存储介质。


背景技术：

2.柔性直流输电系统中换流阀通常电压等级较高，主回路拓扑采用模块化多电平变流器，桥臂串联子模块数量通常在几百级，常规的载波移相调制(spwm)和电压空间矢量调制(svpwm)随模块数增加，计算量急剧增加，在5电平以上变流器应用困难，桥臂内模块均压也同样存在计算量过大的问题，并且均压效果受谐波影响，控制困难。
3.柔性直流输电系统中的模块化多电平变流器通常采用最近电平逼近方法进行调制。但在最近电平逼近方法中，调制电压与换流阀输出阶梯波之间不可避免的存在误差，其中在桥臂子模块数量一定的前提下，控制器计算周期也是误差来源之一，每个控制周期控制器计算一次桥臂投入模块数，更新输出的驱动信号，因此控制周期决定了换流阀输出阶梯波的最小宽度。控制周期越小则近似程度越高，但实际工程中控制周期通常在百微秒级别，而且最近电平逼近调制方法中通常对投入模块数直接取整，这些都造成一定的调制误差。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高调制精度的电压调制方法、装置、计算机设备及存储介质。
5.一种电压调制方法，应用于模块化多电平变流器，所述方法包括：
6.将目标调制电压与额定电压之商的整数部分和小数部分分别确定为模块数初值、调整参考值；
7.根据三角载波的周期以及所述调整参考值计算动态投切时间；
8.根据所述三角载波及预设计时规则确定计时时间；
9.比较所述计时时间以及所述动态投切时间；
10.若所述计时时间大于或等于所述动态投切时间，且小于所述三角载波的幅值，则确定投入模块数等于所述模块数初值；
11.若所述计时时间小于所述动态投切时间则确定所述投入模块数等于调整模块数，所述调整模块数为所述模块数初值加1；
12.根据所述投入模块数进行电压排序并输出驱动信号；所述驱动信号用于桥臂中的各子模块投入或切除。
13.在其中一个实施例中，还包括：
14.确定桥臂电流的充放电方向；
15.在所述桥臂电流为充电方向时，所述驱动信号用于驱动电压最低的若干个所述子模块投入，其余子模块均为切除状态；
16.其中投入的所述子模块的数量等于所述投入模块数。
17.在其中一个实施例中，还包括：
18.在所述桥臂电流为放电方向时，所述驱动信号用于驱动电压最高的若干个所述子模块投入，其余子模块均为切除状态。
19.在其中一个实施例中，所述动态投切时间等于所述周期的二分之一与所述调整参考值的乘积。
20.在其中一个实施例中，所述预设规则包括：
21.在所述三角载波的波谷位置对应的所述计时时间为零，在所述三角载波的上升沿阶段，所述计时时间根据预设的步长递增；
22.直至递增至所述三角载波的波峰位置，进入所述三角载波的下降沿，所述计时时间根据所述步长递减至零。
23.在其中一个实施例中，所述目标调制电压为上桥臂调制电压时，所述投入模块数为上桥臂的子模块投入数。
24.在其中一个实施例中，所述目标调制电压为下桥臂调制电压时，所述投入模块数为下桥臂的子模块投入数。
25.一种电压调制装置，应用于模块化多电平变流器，所述装置包括：
26.第一确定模块，用于将目标调制电压与额定电压之商的整数部分和小数部分分别确定为模块数初值、调整参考值；
27.动态投切时间确定模块，用于根据三角载波的周期以及所述调整参考值计算动态投切时间；
28.时间确定模块，用于根据所述三角载波及预设计时规则确定计时时间；
29.比较模块，用于比较所述计时时间以及所述动态投切时间；
30.第二确定模块，用于在所述计时时间大于或等于所述动态投切时间，且小于所述幅值时，确定投入模块数等于所述模块数初值；
31.第三确定模块，用于在所述计时时间小于所述动态投切时间时，确定所述投入模块数等于调整模块数，所述调整模块数为所述模块数初值加1；
32.驱动信号输出模块，用于根据所述投入模块数进行电压排序并输出驱动信号；所述驱动信号用于桥臂中的各子模块投入或切除。
33.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
34.将目标调制电压与额定电压之商的整数部分和小数部分分别确定为模块数初值、调整参考值；
35.根据三角载波的周期以及所述调整参考值计算动态投切时间；
36.根据所述三角载波及预设计时规则确定计时时间；
37.比较所述计时时间以及所述动态投切时间；
38.若所述计时时间大于或等于所述动态投切时间，且小于所述三角载波的幅值，则确定投入模块数等于所述模块数初值；
39.若所述计时时间小于所述动态投切时间则确定所述投入模块数等于调整模块数，所述调整模块数为所述模块数初值加1；
40.根据所述投入模块数进行电压排序并输出驱动信号；所述驱动信号用于桥臂中的各子模块投入或切除。
41.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
42.将目标调制电压与额定电压之商的整数部分和小数部分分别确定为模块数初值、调整参考值；
43.根据三角载波的周期以及所述调整参考值计算动态投切时间；
44.根据所述三角载波及预设计时规则确定计时时间；
45.比较所述计时时间以及所述动态投切时间；
46.若所述计时时间大于或等于所述动态投切时间，且小于所述幅值，则确定投入模块数等于所述模块数初值；
47.若所述计时时间小于所述动态投切时间则确定所述投入模块数等于调整模块数，所述调整模块数为所述模块数初值加1；
48.根据所述投入模块数进行电压排序并输出驱动信号；所述驱动信号用于桥臂中的各子模块投入或切除。
49.上述电压调制方法、装置、计算机设备及存储介质，通过将目标调制电压与额定电压之商的整数部分和小数部分分别确定为模块数初值、调整参考值，利用调整参考值与三角载波的周期计算动态投切时间，并根据三角载波确定计时时间，根据计时时间与动态投切时间的大小关系动态控制投入模块数在模块数初值与调整模块数之间反复切换，提高电压调制精度。
附图说明
50.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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技术的一些实施例，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。
51.图1为一个实施例中电压调制方法的流程示意图；
52.图2为另一个实施例中电压调制方法的流程示意图；
53.图3为一个实施例中投入模块数与计时时间的对应关系示意图；
54.图4为一个实施例中电压调制装置的结构框图；
55.图5为另一个实施例中电压调制装置的结构框图；
56.图6为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
57.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
58.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具
体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
59.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种特征，但这些特征不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个特征与另一个特征区分。
60.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
61.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
62.本技术提供的电压调制方法，应用于柔性直流输电系统中的模块化多电平变流器中。其中，模块化多电平变流器的每相由上、下两个桥臂构成，每个桥臂由多个子模块串联而成，且每个桥臂上都串联一个电抗器。与两电平或三电平电压源变流器桥臂的不同就在于，模块化多电平变流器的桥臂执行开关动作有多种组合方式，因此其输出电压是可控的。根据桥臂的目标调制电压可以确定该桥臂中每个半导体开关器件的开关模式，且这些开关模式能够确定电容的充放电时间，从而实现电容电压的平衡。
63.如图1所示，本技术实施例提供了一种电压调制方法，包括以下步骤：
64.步骤101，将目标调制电压与额定电压之商的整数部分和小数部分分别确定为模块数初值、调整参考值。
65.其中，目标调制电压为桥臂所需要输出的目标电压，额定电压为桥臂正常工作的额定电压。计算目标调制电压与额定电压之商(即目标调制电压/额定电压)，将计算结果的整数部分确定为模块数初值，小数部分确定为调整参考值。
66.步骤102，根据三角载波的周期以及调整参考值计算动态投切时间。
67.其中，动态投切时间是在模块数初值的基础上动态投切一个模块的时间，利用动态投切的模块来提高电压均值的调制精度；三角载波的周期为给定的参数。利用三角载波对调整参考值进行调制，计算出动态投切时间。
68.步骤103，根据三角载波及预设计时规则确定计时时间。
69.根据预设计时规则利用三角载波进行时间换算，确定当前时刻对应的计时时间，计时时间用于与动态投切时间进行比较。
70.步骤104，比较计时时间以及动态投切时间。
71.步骤105，若计时时间大于或等于动态投切时间，且小于三角载波的幅值，则确定投入模块数等于模块数初值。
72.其中，三角载波的幅值为给定的参数。由于三角载波在递增到等于幅值时将开始下降，在下降之前应该投入更少的模块数，所以在计时时间大于或等于动态投切时间时，将模块数初值确定为投入模块数。
73.步骤106，若计时时间小于动态投切时间则确定投入模块数等于调整模块数，调整模块数为模块数初值加1。
74.在三角载波的下降沿阶段，应该投入更多的模块数，进而拉高电压均值，所以在计
时时间小于动态投切时间时，则投入模块数确定为调整模块数，调整模块数即为模块数初值加1，即若模块数初值为n，调整模块数则为n+1。
75.步骤107，根据投入模块数进行电压排序并输出驱动信号；驱动信号用于桥臂中的各子模块投入或切除。
76.其中，电压排序是指将各模块按照电压大小进行排序，然后根据投入模块数在各子模块中按顺序选定投入模块数个子模块需要投入。驱动信号用于驱动桥臂上对应的各子模块投入或切除，即根据电压排序选定需要投入的子模块投入，其余子模块均切除。
77.上述电压调制方法，通过将目标调制电压与额定电压之商的整数部分和小数部分分别确定为模块数初值、调整参考值，利用调整参考值与三角载波的周期计算动态投切时间，并根据三角载波确定计时时间，根据计时时间与动态投切时间的大小关系动态控制投入模块数在模块数初值与调整模块数之间反复切换，提高电压调制精度。
78.如图2所示，在其中一个实施例中，电压调制方法还包括：
79.步骤201，将目标调制电压与额定电压之商的整数部分和小数部分分别确定为模块数初值、调整参考值,。
80.步骤202，根据三角载波的周期以及调整参考值计算动态投切时间；
81.步骤203，根据三角载波及预设计时规则确定计时时间；
82.步骤204，比较计时时间以及动态投切时间；
83.步骤205，若计时时间大于或等于动态投切时间，且小于三角载波的幅值，则确定投入模块数等于模块数初值；
84.步骤206，若计时时间小于动态投切时间则确定投入模块数等于调整模块数，调整模块数为模块数初值加1；
85.步骤207，确定桥臂电流的充放电方向。
86.步骤208，根据投入模块数进行电压排序并输出驱动信号；驱动信号用于桥臂中的各子模块投入或切除。
87.其中，在桥臂电流为充电方向时，驱动信号用于驱动电压最低的若干个子模块投入，其余子模块均为切除状态；其中，投入的子模块的数量等于投入模块数。
88.根据桥臂电流的充放电方向的不同，需要投入的子模块的电压排序也不同，桥臂电流的充放电方向可以通过模块化多电平变流器内部设置的桥臂电流方向测量装置进行测量确定。桥臂电流为充电方向时，根据投入模块数选定的需要投入的子模块即为电压排序中电压最低的若干个子模块，即按照电压由低到高的顺序选定投入模块数个子模块投入。
89.在其中一个实施例中，在桥臂电流为放电方向时，驱动信号用于驱动电压最高的若干个子模块投入，其余子模块均为切除状态。
90.在桥臂电流为放电方向时，根据投入模块数选定的需要投入的子模块即为电压排序中电压最高的若干个子模块，即按照电压由高到低的顺序选定投入模块数个子模块投入。
91.在其中一个实施例中，动态投切时间根据下述公式确定：
92.tm＝0.5
×
tr×n93.其中，tm为动态投切时间；tr为三角载波的周期；n为调整参考值。
94.参考图3所示，在其中一个实施例中，用于确定计时时间的计时规则为：
95.在三角载波的波谷位置对应的计时时间为零，在三角载波的上升沿阶段，计时时间根据预设的步长递增，直至递增至三角载波的波峰位置，随后进入三角载波的下降沿，此阶段中计时时间根据预设的步长递减至零，重复该过程。三角载波的发生时间取决于载波发生器，计时时间对应于对电压进行调制的时刻，根据三角载波计时确定调制时刻的对应时间，进而确定该时刻下的投入模块数并输出对应的驱动信号。
96.在其中一个实施例中，目标调制电压为用于对上桥臂进行调制的上桥臂调制电压时，投入模块数为上桥臂的子模块投入数。具体的，若需要对上桥臂进行电压调制，利用上述电压方法确定投入模块数，投入上桥臂中对应的投入模块数个子模块，上桥臂的其余子模块均切除。
97.在其中一个实施例中，目标调制电压为用于对下桥臂进行调制的下桥臂调制电压时，投入模块数为下桥臂的子模块投入数。具体的，若需要对下桥臂进行电压调制，利用上述电压方法确定投入模块数，投入下桥臂中对应的投入模块数个子模块，下桥臂的其余子模块均切除。
98.应该理解的是，虽然图1-2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-2中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
99.示例性的，若目标调制电压为100kv，额定电压为2.1kv，计算100/2.1＝47.62，即模块数初值n＝47，调整参考值为0.62。三角载波的周期为0.002s，幅值为0.001，预设的步长为0.0005，三角载波对应的计时时间t在波谷处为0，沿三角载波的上升沿按照预设的步长递增，直至波峰位置处t递增至等于三角载波的幅值，随后进入三角载波的下降沿，计时时间t由三角载波的幅值0.001按照预设的步长递减，直至递减至波谷位置等于0。获取电压调制的时刻对应的计时时间t，计算动态投切时间tm＝0.5
×
0.002
×
0.62＝0.00062，则投入模块数m即为：
[0100][0101]
根据每个时刻确定的投入模块数m进行投切控制，在桥臂电流方向为充电方向时，输出驱动信号驱动电压最低的m个子模块投入，其余子模块切除；在桥臂方向为放电方向时，输出驱动信号驱动电压最高的m个子模块投入，其余子模块切除，进而实现提高电压调制精度的目的。
[0102]
在其中一个实施例中，如图4所示，提供了一种电压调制装置400，包括：第一确定模块401、动态投切时间确定模块402、时间确定模块403、比较模块404、第二确定模块405、第三确定模块406和驱动信号输出模块407，其中：
[0103]
第一确定模块401，用于将目标调制电压与额定电压之商的整数部分和小数部分分别确定为模块数初值、调整参考值；
[0104]
动态投切时间确定模块402，用于根据三角载波的周期以及调整参考值计算动态投切时间；
[0105]
时间确定模块403，用于根据三角载波及预设计时规则确定计时时间；
[0106]
比较模块404，用于比较计时时间以及动态投切时间；
[0107]
第二确定模块405，用于在计时时间大于或等于动态投切时间，且小于三角载波的幅值时，确定投入模块数等于模块数初值；
[0108]
第三确定模块406，用于在计时时间小于动态投切时间时，确定投入模块数等于调整模块数，调整模块数为模块数初值加1；
[0109]
驱动信号输出模块407，用于根据投入模块数进行电压排序并输出驱动信号；驱动信号用于桥臂中的各子模块投入或切除。
[0110]
如图5所示，在其中一个实施例中，电压调制装置400还包括：
[0111]
电流方向确定模块408，用于确定桥臂电流的充放电方向。
[0112]
关于电压调制装置的具体限定可以参见上文中对于电压调制方法的限定，在此不再赘述。上述电压调制装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0113]
在其中一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过wifi、运营商网络、nfc(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种电压调制方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
[0114]
本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0115]
在其中一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
[0116]
将目标调制电压与额定电压之商的整数部分和小数部分分别确定为模块数初值、调整参考值；
[0117]
根据三角载波的周期以及所述调整参考值计算动态投切时间；
[0118]
根据所述三角载波及预设计时规则确定计时时间；
[0119]
比较所述计时时间以及所述动态投切时间；
[0120]
若所述计时时间大于或等于所述动态投切时间，且小于所述三角载波的幅值，则确定投入模块数等于所述模块数初值；
[0121]
若所述计时时间小于所述动态投切时间则确定所述投入模块数等于调整模块数，
所述调整模块数为所述模块数初值加1；
[0122]
根据所述投入模块数进行电压排序并输出驱动信号；所述驱动信号用于桥臂中的各子模块投入或切除。
[0123]
在其中一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
[0124]
确定桥臂电流的充放电方向。
[0125]
在其中一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
[0126]
将目标调制电压与额定电压之商的整数部分和小数部分分别确定为模块数初值、调整参考值；
[0127]
根据三角载波的周期以及所述调整参考值计算动态投切时间；
[0128]
根据所述三角载波及预设计时规则确定计时时间；
[0129]
比较所述计时时间以及所述动态投切时间；
[0130]
若所述计时时间大于或等于所述动态投切时间，且小于所述三角载波的幅值，则确定投入模块数等于所述模块数初值；
[0131]
若所述计时时间小于所述动态投切时间则确定所述投入模块数等于调整模块数，所述调整模块数为所述模块数初值加1；
[0132]
根据所述投入模块数进行电压排序并输出驱动信号；所述驱动信号用于桥臂中的各子模块投入或切除。
[0133]
在其中一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
[0134]
确定桥臂电流的充放电方向。
[0135]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(read-only memory，rom)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(random access memory，ram)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(static random access memory，sram)或动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)等。
[0136]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0137]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。