模块化多电平变流器分布式控制系统的断网保护策略的制作方法

本发明涉及电力系统控制技术领域，具体为一种模块化多电平变流器分布式控制系统的断网保护策略。

背景技术：

模块化多电平变流器(mmc)是一种新型电力电子拓扑，其适用于高压大功率场合，尤其是高压直流输电领域(hvdc)。

但由于电力电子器件耐压的限制，当模块化多电平变流器应用于高压直流输电领域时，其往往需要大量的子模块。此时若采用集中式控制结构，即采用一个中心控制器对全部子模块进行控制的方式，系统需要大量的光纤且中心控制器需要有极强的控制能力。因而子模块数量较多的模块化多电平变流器往往采用分布式控制拓扑，分布式控制拓扑由一个主控制器与每个子模块对应的子控制器组成，主控制器与各个子控制器通过通信网络相连，将系统的控制分散在主控制器与子控制器之间，因而系统无需大量的光纤且控制器的计算负担也被合理的分配。

而当模块化多电平变流器采用分布式控制系统时，若采用主控制器进行输出电流控制，子控制器执行平均电容电压控制、环流控制与电容电压均衡控制，则主控制器需要通过通信网络向子控制器发送目标环流值、实际环流值、目标电容电压值、目标输出电压值以及目标输出电流相位值这五个控制量，进而完成模块化多电平变换器分布式控制系统全部的控制环路。

当某个子控制器出现断网故障时，其无法接收到以上五个控制数据，其只能通过对所控制的子模块电容电压进行采样得知其电容电压值。此时不论子控制器是否继续进行原始控制程序，其均会产生缺少基频交流分量的调制信号并将最终导致其对应控制的断网子模块电容电压的飞升以及整体系统的不稳定。

目前并未有对于模块化多电平变换器分布式控制系统中子控制器断网问题的成果被发表，因而对此问题展开研究是十分有必要的。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够有效的降低子控制器断网故障对整体模块化多电平变流器的影响，使整体系统对于短时间的断网故障具有故障穿越能力，对于长时间的断网故障，可对系统进行保护的模块化多电平变流器分布式控制系统的断网保护策略。技术方案如下：

一种模块化多电平变流器分布式控制系统的断网保护策略，各子控制器创建一个数组对主控制器发送的目标输出电流相位或目标输出电压相位进行存储与刷新；当断网故障发生后，子控制器使用所存储的相位信号作为调制波中的基频分量，继续产生包含直流分量与基频交流分量的调制信号；同时采用电容电压均衡环对断网后调制信号中的调制比mbreak进行调节，进而对断网子模块电容电压进行控制。

进一步的，具体保护流程包括以下步骤：

步骤1：当子控制器检测到在对应时间未接收到主控制的广播信号则默认断网故障发生，并对断网故障持续时间进行计时；

步骤2：若子控制器检测到断网故障持续时间小于系统设置的最迟保护时间tset，则判定此断网故障为短时间断网故障，进入步骤3，5，6，7，9；

若子控制器检测到断网故障持续时间达到系统设置的最迟保护时间tset，则判定此断网故障为长时间断网故障，进入步骤4，5，6，7，8，9；

步骤3：子控制器将子模块电容电压uc^*目标值设置为额定值；

步骤4：子控制器立即将子模块电容电压uc^*目标值设置为0v；

步骤5：通过子模块电容电压均衡环对断网子模块电容电压进行控制；

步骤6：将子模块电容电压均衡环的结果与初始调制比minit相加作为调制信号基频分量的幅值mbreak；

步骤7：根据公式产生最终调制信号，通过调制产生驱动信号，控制断网子模块电容电压达到目标值；其中，为存储的目标输出电流相位信号；

步骤8：将断网子模块切除出系统；

步骤9：断网保护结束。

更进一步的，若主控制器发现某一子控制器失联时间达到设定时间tset后，主控制器将默认此断网子控制器已将对应子模块切除出系统，进而主控制器将安排另一替补子控制器与子模块接入系统，完成对断网故障的保护。

本发明的有益效果是：本发明有效的降低了子控制器断网故障对整体模块化多电平变流器的影响；整体系统将可以在断网故障发生的过程中保持稳定；使得整体系统对于短时间的断网故障具有故障穿越能力，而对于长时间的断网故障，其将合理的对系统进行保护。

附图说明

图1为子控制器断网保护策略控制框图。

图2为系统断网保护流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。本发明通过对主控制发送来的目标输出电流相位进行存储的方式使得断网后的子控制器仍能继续产生含有相位基本正确的基频交流分量的调制信号；通过一电容电压均衡环对断网子模块的电容电压进行有效控制；提出了完整断网保护策略，分别对于长时间与短时间的断网故障给出了合理的解决方法。

子控制器断网后，其无法接收到主控制器的控制信息，只能通过电压传感器检测所控制子模块的电容电压。

本专利所提出的断网保护策略如下：正常情况下，各子控制器创建一个数组对主控制器发送的五个控制量之一——目标输出电流相位进行存储与刷新。当断网故障发生后，子控制器使用所存储的相位信号作为调制波中的基频分量，继续产生包含直流分量与基频交流分量的调制信号。同时为了稳定断网子模块的电容电压，采用一电容电压均衡环对断网后调制信号中的调制比mbreak进行调节，进而对断网子模块电容电压进行控制。所述断网保护策略的具体控制框图如图1所示。

图中为存储的目标输出电流相位信号，minit为系统额定工况下的调制比，uc^*为断网子模块电容电压目标值，uck为断网子模块电容电压实际值。可见电容电压偏差值反馈进入比例(p)控制器来改变存储的目标输出电流的幅值，也即mbreak值，进而实现对断网子模块电容电压的控制。

如图2所示，使用本断网保护策略后整体系统的保护流程如下：当子控制器检测到在对应时间未能接收到主控制的广播信号则默认断网故障发生，启用上述断网保护策略并对断网故障持续时间进行计时。当断网故障持续时间较短，小于系统设置的最迟保护时间tset的情况下，子控制器将断网保护策略中子模块目标电容电压uc^*设置为额定值，进而维持断网子模块电容电压的稳定也使得系统继续稳定运行。当子控制器检测到断网故障持续时间达到设置的最迟保护时间tset时，其判定此断网故障为长时间断网故障。子控制器立即将子模块目标电容电压uc^*设置为0v，控制断网子模块电容电压跌落至0，之后将断网子模块切除出系统。同时若主控制器发现某一子控制器失联时间达到设定时间tset后，主控制器将默认此断网子控制器已将对应子模块切除出系统，进而主控制器将安排另一替补子控制器与子模块接入系统，至此系统完成对断网故障的保护。

具体保护流程包括以下步骤：

步骤1：当子控制器检测到在对应时间未接收到主控制的广播信号则默认断网故障发生，并对断网故障持续时间进行计时；

步骤2：若子控制器检测到断网故障持续时间小于系统设置的最迟保护时间tset，则判定此断网故障为短时间断网故障，进入步骤3，5，6，7，9；

若子控制器检测到断网故障持续时间达到系统设置的最迟保护时间tset，则判定此断网故障为长时间断网故障，进入步骤4，5，6，7，8，9；

步骤3：子控制器将子模块电容电压uc^*目标值设置为额定值；

步骤4：子控制器立即将子模块电容电压uc^*目标值设置为0v；

步骤5：通过子模块电容电压均衡环对断网子模块电容电压进行控制；

步骤6：将子模块电容电压均衡环的结果与初始调制比minit相加作为调制信号基频分量的幅值mbreak；

步骤7：根据公式产生最终调制信号，通过调制产生驱动信号，控制断网子模块电容电压达到目标值；其中，为存储的目标输出电流相位信号；

步骤8：将断网子模块切除出系统；

步骤9：断网保护结束。