一种MMC子模块开关频率控制方法、装置及一种MMC与流程

本发明涉及一种mmc子模块开关频率控制方法、装置及一种mmc，属于电力系统柔性输配电
技术领域：
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背景技术：
：随着全控型电力电子器件的发展和电力电子技术在电力系统中的应用，基于电压源换流器的高压直流输电技术(voltage-sourcedconverterhighvoltagedirectcurrent，vsc-hvdc)日益受到重视。模块化多电平换流器(mmc，modularmultilevelconverter)是柔性直流输电系统应用中电压源换流器的一种，以其显著的优势广泛应用于柔性直流输电和新能源接入系统中。mmc-hvdc工程在投运前必须进行运行试验，然而内部子模块数量庞大，电压等级很高，无法选取整个换流器作为试验对象。工程中一般选择由若干个mmc子模块串联而成的阀组件作为试验对象，进行等比例缩小等效运行试验。iec规定，等效试验必须定性的和定量的产生与实际工程相同的电流应力。mmc运行试验拓扑采用对拖结构，如图1所示，包含阀组件1、阀组件2、电源1、电源2和电源3，通过分别调节两个阀组件输出电压的交流分量幅值和相位差，即可得到精确的交、直流叠加的电流应力，调节方式简单灵活。另外，图1中的mmc子模块不局限于半桥子模块，还可以是全桥和钳位式子模块，且子模块中功率开关器件不局限于igbt，还可以是mosfet器件。柔性直流输电mmc子模块开关频率是换流器正常运行的一项重要指标，过高的开关频率会增加换流器的损耗，降低功率器件的使用寿命。mmc直流输电工程中每个换流器桥臂都有众多的mmc子模块，mmc子模块电容电压的均衡成为不可避免的问题，工程中一般采用传统排序均压算法对mmc子模块进行均压，然而传统排序算法中mmc子模块投切为随机过程，开关频率很高，难以满足实际工程需求，实际工程中一般引入保持因子法对传统排序均压算法进行改进，有效避免了因传统排序算法带来的mmc子模块频繁投切，mmc子模块开关频率过高的问题。引入保持因子的排序均压算法，mmc子模块开关频率大为降低，然而无法对开关频率实现精确及动态调整控制。技术实现要素：本发明的目的是提供一种mmc子模块开关频率控制方法，用以解决现有的保持因子的排序均压算法无法对mmc子模块的开关频率实现精确控制的问题。本发明还提供一种mmc子模块开关频率控制装置，用以解决现有的保持因子的排序均压算法无法对mmc子模块的开关频率实现精确控制的问题。本发明还提供一种mmc，用以解决现有mmc中的保持因子的排序均压算法无法对mmc子模块的开关频率实现精确控制的问题。为实现上述目的，本发明的方案包括：一种mmc子模块开关频率控制方法，包括以下步骤：(1)当采用保持因子排序法对子模块进行控制时，根据所需的开关频率以及子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系得到所需的开关频率对应的开关频率保持因子；其中，所述对应关系包括至少两个子模块开关频率以及与各子模块开关频率对应的开关频率保持因子；(2)根据所需的开关频率对应的开关频率保持因子，采用保持因子排序法对子模块进行控制。当采用保持因子排序法对子模块进行控制时，根据所需的开关频率以及子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系得到所需的开关频率对应的开关频率保持因子；最后根据所需的开关频率对应的开关频率保持因子，采用保持因子排序法对子模块进行控制。因此，得到的开关频率保持因子为与最终所需的开关频率相对应的开关频率保持因子，那么，根据该开关频率保持因子采用保持因子排序法对子模块进行控制时，能够确保mmc子模块的开关频率稳定在所需的开关频率附近，实现mmc子模块的开关频率的精确控制，极大地降低了开关频率的控制误差。为了进一步确定子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系，对所述子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系中的各子模块开关频率与对应的开关频率保持因子进行曲线拟合，得到子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系曲线。进一步地，为了准确得到子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系，所述子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系的建立过程包括：将mmc子模块进行运行试验，在以保持因子排序法进行试验过程中，选取至少两个开关频率保持因子，记录任意一个开关频率保持因子下子模块不同的开关频率以及各开关频率对应的电容电压波动百分比，得到不同开关频率保持因子、子模块开关频率以及电容电压波动百分比的对应关系，然后根据电容电压波动百分比的限定范围选取不同开关频率保持因子下电容电压波动百分比满足电容电压波动百分比的限定范围的子模块开关频率，进而建立子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系。本发明还提供一种mmc子模块开关频率控制装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现的处理过程包括：(1)当采用保持因子排序法对子模块进行控制时，根据所需的开关频率以及子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系得到所需的开关频率对应的开关频率保持因子；其中，所述对应关系包括至少两个子模块开关频率以及与各子模块开关频率对应的开关频率保持因子；(2)根据所需的开关频率对应的开关频率保持因子，采用保持因子排序法对子模块进行控制。当采用保持因子排序法对子模块进行控制时，根据所需的开关频率以及子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系得到所需的开关频率对应的开关频率保持因子；最后根据所需的开关频率对应的开关频率保持因子，采用保持因子排序法对子模块进行控制。因此，得到的开关频率保持因子为与最终所需的开关频率相对应的开关频率保持因子，那么，根据该开关频率保持因子采用保持因子排序法对子模块进行控制时，能够确保mmc子模块的开关频率稳定在所需的开关频率附近，实现mmc子模块的开关频率的精确控制，极大地降低了开关频率的控制误差。为了进一步确定子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系，对所述子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系中的各子模块开关频率与对应的开关频率保持因子进行曲线拟合，得到子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系曲线。进一步地，为了准确得到子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系，所述子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系的建立过程包括：将mmc子模块进行运行试验，在以保持因子排序法进行试验过程中，选取至少两个开关频率保持因子，记录任意一个开关频率保持因子下子模块不同的开关频率以及各开关频率对应的电容电压波动百分比，得到不同开关频率保持因子、子模块开关频率以及电容电压波动百分比的对应关系，然后根据电容电压波动百分比的限定范围选取不同开关频率保持因子下电容电压波动百分比满足电容电压波动百分比的限定范围的子模块开关频率，进而建立子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系。本发明还提供一种mmc，包括mmc拓扑结构以及一种mmc子模块开关频率控制装置，所述mmc子模块开关频率控制装置包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现的处理过程包括：(1)当采用保持因子排序法对子模块进行控制时，根据所需的开关频率以及子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系得到所需的开关频率对应的开关频率保持因子；其中，所述对应关系包括至少两个子模块开关频率以及与各子模块开关频率对应的开关频率保持因子；(2)根据所需的开关频率对应的开关频率保持因子，采用保持因子排序法对子模块进行控制。当采用保持因子排序法对子模块进行控制时，根据所需的开关频率以及子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系得到所需的开关频率对应的开关频率保持因子；最后根据所需的开关频率对应的开关频率保持因子，采用保持因子排序法对子模块进行控制。因此，得到的开关频率保持因子为与最终所需的开关频率相对应的开关频率保持因子，那么，根据该开关频率保持因子采用保持因子排序法对子模块进行控制时，能够确保mmc子模块的开关频率稳定在所需的开关频率附近，实现mmc子模块的开关频率的精确控制，极大地降低了开关频率的控制误差。为了进一步确定子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系，对所述子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系中的各子模块开关频率与对应的开关频率保持因子进行曲线拟合，得到子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系曲线。进一步地，为了准确得到子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系，所述子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系的建立过程包括：将mmc子模块进行运行试验，在以保持因子排序法进行试验过程中，选取至少两个开关频率保持因子，记录任意一个开关频率保持因子下子模块不同的开关频率以及各开关频率对应的电容电压波动百分比，得到不同开关频率保持因子、子模块开关频率以及电容电压波动百分比的对应关系，然后根据电容电压波动百分比的限定范围选取不同开关频率保持因子下电容电压波动百分比满足电容电压波动百分比的限定范围的子模块开关频率，进而建立子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系。附图说明图1是现有的mmc运行试验拓扑图；图2是本发明提供的mmc子模块开关频率控制方法的整体流程图；图3是开关频率保持因子-开关频率的拟合曲线图；图4是开关频率设定为250hz时的相关仿真图；图5是开关频率设定为300hz时的相关仿真图。具体实施方式mmc实施例：本实施例提供一种mmc，包括mmc拓扑结构以及一种mmc子模块开关频率控制装置。mmc拓扑结构为常规的六桥臂拓扑结构，其中的mmc子模块(以下简称为子模块)可以是半桥子模块、全桥或者钳位式子模块，且子模块中功率开关器件不局限于igbt，还可以是mosfet器件。由于mmc拓扑结构为常规技术，这里就不再具体说明。mmc子模块开关频率控制装置用于实现mmc拓扑结构中的子模块的开关频率的精确控制，该开关频率控制装置包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器在执行计算机程序时实现开关频率控制方法。也就是说，该开关频率控制装置本质上是一种开关频率控制方法。该开关频率控制装置可以是一个软件模块，也可以是一种实施开关频率控制方法的硬件设备，比如：mmc拓扑结构对应的控制系统，控制对象是mmc拓扑结构中的子模块。以下重点对mmc子模块开关频率控制方法的实现过程进行具体说明。如图2所示，首先建立子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系，当然，该对应关系中包括至少两个子模块开关频率以及与各子模块开关频率对应的开关频率保持因子，其中，对应关系中涉及到的子模块开关频率的个数越多，控制越精确。该子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系可以是长久以往工作人员通过大量的工作经验获取到的，这里直接拿过来应用，也可以通过具体的试验过程进行建立，也就是说，本申请不局限于该子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系的具体获取方式。而且，该对应关系的建立过程可以是本申请提供的开关频率控制方法的其中一个步骤，也可以不属于该控制方法。本实施例中，子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系是通过试验建立得到的，以下给出一种具体过程：首先，建立子模块运行试验装置，其中主回路及阀组件与图1中的运行试验装置原理图一致，而且，子模块参数与工程用子模块参数保持一致，与工程中柔性直流输电换流阀均压控制及开关频率保持因子算法控制保持一致。也就是说，该运行试验装置中的相关参数需要与子模块真实运行情况保持一致。当然，还可以直接用图1所示的试验装置进行试验，或者直接将mmc拓扑结构连接相关电源以及控制设备，以进行试验。子模块运行试验装置对应的主控程序中，设定阀组件1的基频调制波为u1＝m1sin(ωt+α1)；阀组件2的基频调制波为u2＝m2sin(ωt+α2)，这两个式中，m1和m2分别表示阀组件1对应调制波与阀组件2对应调制波的幅值，ω为角频率，α1和α2分别表示阀组件1对应调制波与阀组件2对应调制波的初始相角。然后，设定两阀组件调制波幅值与相位遥调参数值。通过仿真调节两阀组件的幅值和相位差，可以得到子模块运行所需的交流和直流电流分量，以达到对两个阀组件进行型式运行试验(具体是以保持因子排序法进行试验)的目的。由于上述过程属于常规技术，这里就不再详述。也就是说，以保持因子排序法对阀组件或者对mmc拓扑结构进行试验，试验过程与mmc拓扑结构以保持因子排序法进行控制的真实运行过程同理。在以保持因子排序法进行试验过程中，选取至少两个开关频率保持因子，分别以各个开关频率保持因子进行试验。在任意一个开关频率保持因子下，检测子模块不同的开关频率所对应的电容电压波动百分比，不同的开关频率就会对应不同的电容电压波动百分比，那么记录该开关频率保持因子下子模块不同的开关频率以及与各开关频率所对应的电容电压波动百分比。其他各开关频率保持因子也按照上述过程进行试验。那么，就能够得到不同开关频率保持因子、子模块开关频率以及电容电压波动百分比的对应关系，通过上述仿真分析，就可以建立不同开关频率优化因子、子模块开关频率及子模块电容电压波动关系。一般情况下，为了子模块正常运行，需要尽可能降低子模块的电容电压波动，即需要较小的电容电压波动百分比。那么，设定一个电容电压波动百分比的限定范围，比如：[-a，a]，a为设定值，电容电压波动百分比如果在该限定范围内，表示电容电压波动百分比比较小，子模块电容电压波动不大，满足要求。其中，a的取值，即电容电压波动百分比的限定范围根据实际控制要求进行具体设定。那么，在该电容电压波动百分比的限定范围的限定下，不符合要求的电容电压波动百分比被排除掉，这些不符合要求的电容电压波动百分比所对应的子模块的开关频率相应地也被排除掉，因此，对于任意一个开关频率保持因子，就能够选取得到在该开关频率保持因子下，满足电容电压波动百分比的限定范围的子模块开关频率。为了实现在满足电容电压波动百分比的限定范围的要求下，一个开关频率保持因子对应一个子模块开关频率，就需要对电容电压波动百分比的限定范围进行具体设置，该限定范围不能设置的太大，因此，限定范围的设置要求为：满足一个开关频率保持因子对应一个子模块开关频率。进而建立满足要求的子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系，该对应关系就是在子模块电容电压波动限制条件的要求下，不同的开关频率保持因子均对应有一个子模块开关频率。进一步地，为了准确得到开关频率保持因子与子模块开关频率的数学关系，对上述得到的子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系中的各子模块开关频率与对应的开关频率保持因子进行曲线拟合，就能够得到子模块开关频率与开关频率保持因子的数学关系式，即子模块开关频率和开关频率保持因子的对应关系曲线。为了对mmc拓扑结构中的子模块进行控制，在开关频率控制装置中嵌入上述得到的子模块开关频率与开关频率保持因子的曲线拟合数学表达式。另外，还可以在开关频率控制装置中设置子模块开关频率精确控制使能遥调参数及子模块开关频率遥调参数。当采用保持因子排序法对mmc拓扑结构中的子模块进行控制时，设置控制所需的子模块开关频率(即目标开关频率)，根据所需的开关频率以及子模块开关频率与开关频率保持因子的曲线拟合数学表达式，就能够得到所需的开关频率对应的开关频率保持因子。最后，根据得到的所需开关频率对应的开关频率保持因子，采用保持因子排序法对mmc拓扑结构中的子模块进行触发脉冲控制，实现子模块开关频率的精确控制。其中，采用保持因子排序法对子模块进行控制的控制过程属于常规技术手段，比如名称为《mmc型vsc-hvdc系统电容电压的优化平衡控制》以及名称为《一种模块化多电平换流器的子模块优化均压方法》的论文中已有所公开，本实施例就不再具体说明。以下结合上述实现过程，给出一种具体实例。子模块开关频率保持因子分别为1、1.005、1.01、1.015、1.02、1.04、1.05、1.06时，检测对应的子模块开关频率。在进行上述步骤得出子模块开关频率时，还需关注不同开关频率保持因子下子模块电容电压波动，子模块电容电压波动与子模块开关频率保持因子成正比关系，与子模块开关频率成反比关系。基于电容电压波动限制因素，电容电压波动百分比的限定范围为[-10％，10％，根据该限定范围最终得到开关频率保持因子与子模块开关频率的对应关系。表1给出不同开关频率保持因子对应的子模块开关频率。表1开关频率保持因子开关频率f/hz14601.005383.51.013571.0153251.022931.042571.052381.06224将开关频率保持因子与子模块开关频率进行多项式曲线拟合，如图3所示，采用多项式曲线拟合后开关频率保持因子与子模块开关频率表达式如下：y＝-6.577e-9x3+8.12e-6x2-3.41e-3x+1.491通过曲线拟合，得出开关频率保持因子与子模块开关频率的数学关系表达式，并将该表达式嵌入至开关频率控制装置中。另外，还可以在开关频率控制装置中设置子模块开关频率精确控制使能遥调参数及子模块开关频率参数遥调值。设置子模块开关频率参数值(即目标开关频率)，例如开关频率分别给定为250hz和300hz，通过开关频率保持因子与子模块开关频率表达式得到对应开关频率的开关频率优化因子分别为1.043和1.021。根据得到的开关频率优化因子1.043和1.021，采用保持因子排序法对mmc拓扑结构中的子模块进行触发脉冲控制，进而实现子模块开关频率的精确控制。进一步地，为了验证上述子模块开关频率控制的精确性，当开关频率优化因子取1.043和1.021时，对子模块的真实开关频率进行检测仿真，检测仿真得到子模块的真实开关频率分别为252hz和295hz，误差在允许范围内，且系统特性无影响，验证了上述开关频率控制方法的精确控制。图4是开关频率设定为250hz时的相关仿真图，图5是开关频率设定为300hz时的相关仿真图。以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。mmc子模块开关频率控制装置实施例：本实施例提供一种mmc子模块开关频率控制装置，由于该控制装置在上述mmc实施例中已进行了详细地描述，本实施例就不再具体说明。mmc子模块开关频率控制方法实施例：本实施例提供一种mmc子模块开关频率控制方法，由于该控制方法在上述mmc实施例中已进行了详细地描述，本实施例就不再具体说明。当前第1页12