有源模块化的换流链控制方法及换流器控制方法与流程

本申请涉及大功率电力电子变流技术领域，具体涉及一种有源模块化的换流链控制方法、装置及换流器的控制方法、装置及电子设备。

背景技术：

在大容量大功率电力电子变流技术领域，多电平换流器利用模块化级联技术，将储能装置集成在子模块中，具有模块化程度高、谐波特性好、等效开关频率低等优势，目前已成为高压电力电子领域的标准拓扑。通过将储能单元作为子模块集成在模块化多电平换流器中，可以同时实现交直流功率转换和能量储存。

由此诞生的有源型模块化换流器是一种能够有效满足储能系统接入要求、缓解或者隔离交直流系统间故障传播的可行方案。带有储能单元的多电平换流器，需要考虑储能单元故障或功率单元故障的情况。不同状态的子模块具有不同的运行特性，如储能单元正常的子模块可提供有功功率和无功功率，储能单元故障或无储能单元的子模块仅能起到调节无功功率和支撑交流电压的作用。

现有技术中，混合单元级联h桥储能系统单相功率控制方法引入了电容子模块和储能子模块的控制概念，并分析了系统工作的向量图，但是忽略了各种类型的子模块数量会动态的发生变化，换流链的有功功率和无功功率调节能力也会随着数量的变化而变化。在这种情况下，换流链接收到控制命令时，由于功率调节能力的限制可能无法能够按照指令执行。如果仍然按照原指令执行，会导致系统控制失稳等一系列问题。

技术实现要素：

基于此，本申请提供了一种有源模块化的换流链控制方法，其中所述换流链包括，

串联的n个子模块，n为大于等于2的整数；

所述n个子模块包括n1个储能子模块、n2个无储能子模块和n3个故障旁路子模块，n1、n2为大于等于1的整数，n3为大于等于0的整数；

所述储能子模块包括功率单元、隔离单元和储能单元；所述n1个储能子模块构成储能换流链；

所述无储能子模块包括功率单元；所述n2个无储能子模块构成无储能换流链；

所述功率单元包括旁路开关；

其特征在于，所述换流链控制方法包括：

根据所述储能子模块的数量n1和所述无储能子模块的数量n2，计算所述换流链输出的有功功率最大值；

根据所述有功功率最大值对接收的有功功率指令进行修正获得有功功率修正指令；

根据所述有功功率修正值对接收的无功功率指令进行修正获得无功功率修正指令；

将所述有功功率修正指令分配给所述储能换流链，将所述无功功率修正指令分配给所述无储能换流链和所述储能换流链；

所述储能换流链根据分配的有功功率修正指令和无功功率修正指令执行闭环控制；所述无储能换流链根据分配的无功功率修正指令执行闭环控制。

根据本申请的一些实施例，所述根据所述储能子模块的数量n1和所述无储能子模块的数量n2，计算所述换流链输出的有功功率最大值，包括：

计算所述储能换流链的输出电压vt；

以采集的电网电压有效值向量vs的起始端为圆心、vt为半径，形成第一圆；

计算所述无储能换流链的输出电压vc；

以采集的电网电压vs有效值向量的末端为圆心、vc为半径，形成第二圆；

根据所述第一圆和所述第二圆的位置关系，计算所述有功功率最大值。

根据本申请的一些实施例，所述根据所述储能子模块的数量n1和所述无储能子模块的数量n2，计算所述换流链输出的有功功率最大值，还包括：

分别按照以下公式计算所述储能换流链的输出电压vt和所述无储能换流链的输出电压vc：

vt＝n1votmt；

vc＝n2vocmc；

其中vot为所述储能子模块的直流电压，mt为所述储能子模块的调制比；voc为所述无储能子模块的直流电压，mc为所述无储能子模块调制比。

根据本申请的一些实施例，所述根据所述第一圆和所述第二圆的位置关系，计算所述有功功率最大值，包括：

当所述第一圆包含所述第二圆时，按照以下公式计算所述有功功率最大值pmax：

pmax＝vsie，

其中，vs为采集的电网电压向量，ie为所述换流链的额定电流；

当所述第二圆包含所述第一圆时，按照以下公式计算所述有功功率最大值pmax：

pmax＝vsiesinθ，

其中，θ为从所述第二圆圆心到所述第一圆的切线向量vc与向量vs的夹角；

当所述第一圆与所述第二圆相交时，根据交点位置确定所述有功功率最大值；

当所述第一圆与所述第二圆在相切时，所述有功功率最大值为0；

当所述第一圆与所述第二圆彼此相离时，所述换流链处于故障状态。

根据本申请的一些实施例，所述当所述第一圆与所述第二圆相交时，根据交点位置确定所述有功功率最大值，包括：

按照以下公式计算所述有功功率最大值pmax：

当θ≥90°时，pmax＝vsie；

当θ＜90°时，pmax＝vsiesinθ；

其中，θ为从所述第二圆圆心到所述交点的向量vc与向量vs的夹角。

根据本申请的一些实施例，所述根据所述有功功率最大值对接收的有功功率指令进行修正获得有功功率修正指令，包括：

判断所述有功功率最大值pmax是否大于所述有功功率指令pref；

当pmax≥pref时，所述有功功率修正指令pref’＝pref；

当pmax<pref时，所述有功功率修正指令pref’＝pmax。

根据本申请的一些实施例，根据所述有功功率修正值对接收的无功功率指令进行修正获得无功功率修正指令，包括：

根据所述有功功率修正指令pref’和所述换流链的视在功率s，按照以下公式计算所述换流链的无功功率最大值qmax：

判断所述无功功率最大值qmax是否大于所述无功功率指令qref；

当qmax≥qref时，所述无功功率修正指令qref’＝qref；

当qmax<qref时，所述无功功率修正指令qref’＝qmax。

根据本申请的一些实施例，将所述无功功率修正指令分配给所述无储能换流链和所述储能换流链，包括：

根据所述有功功率修正指令pref’、所述无功功率修正指令qref’和电网电压有效值向量vs，计算所述换流链的电流有效值；

按照与vs的夹度φ＝arctan(qref’/pref’)确定方向从而确定电流有效值向量is；

当所述电流向量is或其延长线与所述第二圆相交或者相切时，将所述无功功率修正指令qref’全部分配给所述无储能换流链；

当所述电流向量is或其延长线与所述第二圆相离时，分配给所述无储能换流链的第二无功功率修正指令q2ref＝vc×is，分配给所述储能换流链的第一无功功率修正指令q1ref＝qref’-q2ref。

根据本申请的一些实施例，将所述无功功率修正指令分配给所述无储能换流链和所述储能换流链，包括：

按照所述功率单元效率最优的原则，将所述无功功率修正指令分配给所述储能换流链和所述无储能换流链。

根据本申请的一些实施例，所述储能子模块与所述无储能子模块可以相互转换；所述储能子模块或所述无储能子模块可以转换为故障旁路子模块。

根据本申请的一些实施例，所述储能换流链根据分配的有功功率修正指令和无功功率修正指令执行闭环控制，包括：

将分配的有功功率修正指令和无功功率修正指令作为外环控制目标；

将所述外环控制目标与实测值的差值经过调节器得到内环的电流指令值；

将所述电流指令值与电流实测值的差值经过调节器得到输出电压给定值；

将所述输出电压给定值分配给各个储能子模块；

所述各个储能子模块根据所述输出电压给定值控制输出电压。

根据本申请的一些实施例，所述无储能换流链根据分配的无功功率修正指令执行闭环控制，包括：

将所述无储能换流子模块的直流电压平均值和分配的无功功率作为外环控制目标；

将所述外环控制目标与实测值的差值经过调节器得到内环的电流指令值；

将所述电流指令值与实测值的差值经过调节器得到输出电压给定值；

将所述输出电压给定值分配给各个无储能子模块；

所述各个无储能子模块根据所述输出电压给定值控制输出电压。

根据本申请的一些实施例，所述隔离单元包括：隔离开关和/或具有隔离功能的dc/dc回路。

根据本申请的一些实施例，所述功率单元包括直流电容和桥式电路，所述桥式电路包括由两组功率半导体器件构成的半桥电路或者由四组功率半导体器件构成的全桥电路。

根据本申请的一些实施例，所述换流链控制方法，还包括：

当所述储能子模块中的储能单元发生故障时，所述隔离开关分开或者所述dc/dc变换器闭锁，所述储能子模块转换为无储能子模块；

更新所述储能子模块的数量n1和所述无储能子模块的数量n2；

重复上述换流链控制方法中的步骤。

根据本申请的一些实施例，所述换流链控制方法，还包括：

当所述储能子模块中的功率单元发生故障时，闭合所述旁路开关，所述储能子模块转换为故障旁路子模块；

当所述无储能子模块中的功率单元发生故障时，闭合所述旁路开关，所述无储能子模块转换为故障旁路子模块；

更新所述储能子模块的数量n1和所述无储能子模块的数量n2；

重复上述换流链控制方法中的步骤。

本申请还提供一种有源模块化的换流链控制方法，其中所述换流链包括，

串联的n个子模块，n为大于等于2的整数；

所述n个子模块包括n1个储能子模块、n2个无储能子模块和n3个故障旁路子模块，n1、n2为大于等于1的整数，n3为大于等于0的整数；

所述储能子模块包括功率单元、隔离单元和储能单元；所述n1个储能子模块构成储能换流链；

所述无储能子模块包括功率单元；所述n2个无储能子模块构成无储能换流链；

所述功率单元包括旁路开关；

所述换流链控制方法包括：

根据所述储能子模块的数量n1和所述无储能子模块的数量n2，分别计算所述储能换流链的输出电压vt和所述无储能换流链的输出电压vc；

以采集的电网电压有效值向量vs的起始端为圆心，分别以vt、vc为半径形成第一圆和第二圆，根据第一圆和第二圆的位置关系计算所述换流链输出的有功功率最大值pmax；

根据有功功率最大值pmax，对接收的有功功率指令pref进行修正获得有功功率修正指令pref’；

根据有功功率修正指令pref’以及所述换流链的视在功率s，对接收的无功功率指令qref进行修正，得到无功功率修正指令qref’；

将有功功率修正指令pref’分配给所述储能换流链；

根据有功功率修正指令pref’、无功功率修正指令qref’以及电压有效值向量vs计算所述换流链的电流is值及方向，并根据电流is值及方向与所述第二圆的位置关系确定无功功率修正指令qref’的分配原则；

依据所述分配原则，将无功功率修正指令qref’分配给无储能换流链和储能换流链；

所述储能换流链、无储能换流链根据分配的有功功率修正指令和/或无功功率修正指令执行闭环控制。

本申请还提供一种有源模块化的换流器控制方法，其中所述换流器包括三个有源模块化换流链，分别为a、b、c三相换流链，其中所述换流链包括，

串联的n个子模块，n为大于等于2的整数；

所述n个子模块包括n1个储能子模块、n2个无储能子模块和n3个故障旁路子模块，n1、n2为大于等于1的整数，n3为大于等于0的整数；

所述储能子模块包括功率单元、隔离单元和储能单元；所述n1个储能子模块构成储能换流链；

所述无储能子模块包括功率单元；所述n2个无储能子模块构成无储能换流链；

所述功率单元包括旁路开关；

所述换流器控制方法，包括：

分别读取所述a、b、c三相换流链的储能子模块数量n1a、n1b、n1c和无储能子模块数量n2a、n2b、n2c；

分别调整所述a、b、c三相换流链中的储能子模块和无储能子模块的数量，使得a、b、c三相换流链中的储能子模块数量均为n1min、储能子模块数量均为n2min且满足以下条件：

n1min＝min(n1a；n1b；n1c)

n2min＝min(n2a+n1a-n1min；n2b+n1b-n1min；n2c+n1c-n1min)；

根据所述a、b、c三相换流链的储能子模块数量n1min和储能子模块数量n2min，执行上述换流链控制方法，使得所述a、b、c三相换流链输出有功功率平衡；

当所述a、b、c三相换流链的储能子模块数量或无储能子模块数量发生变化时，重复上述步骤。

上述换流链控制方法中所述a、b、c三相换流链输出有功功率平衡，包括：所述a、b、c三相换流链分别输出的有功功率相等。。

本申请还提供一种有源模块化的换流链控制装置，其中所述换流链包括，

串联的n个子模块，n为大于等于2的整数；

所述n个子模块包括n1个储能子模块、n2个无储能子模块和n3个故障旁路子模块，n1、n2为大于等于1的整数，n3为大于等于0的整数；

所述储能子模块包括功率单元、隔离单元和储能单元；所述n1个储能子模块构成储能换流链；

所述无储能子模块包括功率单元；所述n2个无储能子模块构成无储能换流链；

所述功率单元包括旁路开关；

所述换流链控制装置包括：

有功功率最大值计算模块，用于根据所述储能子模块的数量n1和所述无储能子模块的数量n2，计算所述换流链输出的有功功率最大值；

有功功率指令修正模块，用于根据所述有功功率最大值对接收的有功功率指令进行修正获得有功功率修正指令；

无功功率指令修正模块，用于根据所述有功功率修正值对接收的无功功率指令进行修正获得无功功率修正指令；

功率指令分配模块，用于将所述有功功率修正指令分配给所述储能换流链，将所述无功功率修正指令分配给所述无储能换流链和所述储能换流链；

功率指令执行模块，用于所述储能换流链根据分配的有功功率修正指令和无功功率修正指令执行闭环控制以及所述无储能换流链根据分配的无功功率修正指令执行闭环控制。

根据本申请的一些实施例，所述换流链控制装置还包括：

第一控制子模块，控制所述储能换流链；

第一控制子模块，控制所述无储能换流链；

所述换流链控制装置协调第一控制子系统和所述第二控制子系统的输入和输出。

本申请还提供一种有源模块化的换流器控制装置，其中所述换流器包括三个有源模块化换流链，分别为a、b、c三相换流链，所述换流链包括，

串联的n个子模块，n为大于等于2的整数；

所述n个子模块包括n1个储能子模块、n2个无储能子模块和n3个故障旁路子模块，n1、n2为大于等于1的整数，n3为大于等于0的整数；

所述储能子模块包括功率单元、隔离单元和储能单元；所述n1个储能子模块构成储能换流链；

所述无储能子模块包括功率单元；所述n2个无储能子模块构成无储能换流链；

所述功率单元包括旁路开关；

其中，所述换流器控制装置包括：

子模块数量读取模块，用于分别读取所述a、b、c三相换流链的储能子模块数量和无储能子模块数量；

子模块数量调整模块，用于分别调整所述a、b、c三相换流链中的储能子模块和无储能子模块的数量；

功率校正与分配模块，用于根据所述a、b、c三相换流链的储能子模块数量和储能子模块数量，执行上述的换流链控制方法。

本申请还提供一种有源模块化换流器控制电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述的换流器控制方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。

图1a示出根据本申请示例实施例的有源模块化换流链结构示意图；

图1b示出根据本申请示例实施例的隔离单元结构示意图；

图2示出根据本申请示例实施例的换流链控制方法流程图；

图3a示出根据本申请示例实施例的第一圆和所述第二圆的第一位置关系示意图；

图3b示出根据本申请示例实施例的第一圆和所述第二圆的第二位置关系示意图；

图3c示出根据本申请示例实施例的第一圆和所述第二圆的第三位置关系示意图；

图3d示出根据本申请示例实施例的第一圆和所述第二圆的第四位置关系示意图；

图3e示出根据本申请示例实施例的第一圆和所述第二圆的第五位置关系示意图；

图4a示出根据本申请示例实施例的第一交点位置示意图；

图4b示出根据本申请示例实施例的第二交点位置示意图；

图4c示出根据本申请示例实施例的第三交点位置示意图；

图5a示出根据本申请第一示例实施例无功功率分配示意图；

图5b示出根据本申请第二示例实施例无功功率分配示意图。

图6示出根据本申请另一示例实施例的换流链控制方法流程图；

图7示出根据本申请示例实施例的换流器控制方法流程图；

图8示出根据本申请示例实施例的换流链控制装置组成框图；

图9示出根据本申请示例实施例的换流器控制装置组成框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本申请概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，可能不是按比例的。附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。

本发明人针对现有的有源模块化换流链的控制中仅基于理想状态计算、没有考虑换流链自身调节能力的限制等问题，提出一种有源模块化的换流链控制方法，根据所述换流链的自身状态对控制指令进行修正，以确保换流链能够以最大能力正常运行；同时，对两种不同类型的子模块进行合理指令分配，从而保证换流链的运行处于最优状态。

以下将结合附图，详细介绍本申请的技术方案。

图1a示出根据本申请示例实施例的有源模块化换流链结构示意图；图1b示出根据本申请示例实施例的隔离单元结构示意图。

本申请提供的换流链控制方法适用于如图1a所述的有源模块化换流链1000。有源模块化换流链1000包括串联的n个子模块，分别为n1个储能子模块100、n2个无储能子模块200以及n3个故障旁路子模块(图中未示)。n为大于等于2的整数，n1、n2为大于等于1的整数，n3为大于等于0的整数。所述储能子模块100和无储能子模块200在换流链中的位置可以是连续的，即同类型的子模块连接在一起；也可以是不连续的，即不同类型的两种子模块穿插在换流链中。所述故障旁路子模块可以设置于换流链中的任意位置。

所述储能子模块100包括功率单元110、隔离单元120和储能单元130；所述n1个储能子模块构成储能换流链。所述无储能子模块200包括功率单元210；所述n2个无储能子模块200构成无储能换流链。根据本申请的一些实施例，所述无储能子模块200还可以包括经隔离单元切除的储能单元。如图1中所示的实施例，所述无储能子模块200包括功率单元210。

有源模块化换流链1000还包括控制系统(图中未示)，用于控制换流链的运行。控制系统进一步包括第一控制系统和第二控制系统，分别与储能换流链、无储能换流链相连。

所述功率单元110用于实现交直流变换，包括旁路开关111、桥式电路以及直流电容113。桥式电路包括四组功率半导体器件(s1、s2、s3、s4)构成的全桥电路。根据本申请的另一些实施例，桥式电路也可以包括由两组功率半导体器件构成的半桥电路。

参见图1b，隔离单元120可以包括隔离开关121和/或具有隔离功能的dc/dc回路122。根据本申请的示例实施例，dc/dc回路包括dc/ac逆变单元，隔离变压器和ac/dc整流单元。当储能子模块中的储能单元发生故障时，隔离单元中的隔离开关分开，或者dc/dc变换器闭锁，储能子模块转换为无储能子模块。

图2示出根据本申请示例实施例的换流链控制方法流程图。

根据本申请的第一方面，提供一种有源模块化的换流链控制方法，如图2所示，所述换流链控制方法包括：

在步骤s210，根据所述储能子模块的数量n1和所述无储能子模块的数量n2，计算所述换流链输出的有功功率最大值。根据本申请的一些实施例，计算所述换流链输出的有功功率最大值的过程为：

按照以下公式计算所述储能换流链的输出电压vt，

vt＝n1votmt

其中，vot为所述储能子模块的直流电压，mt为所述储能子模块的调制比；

以采集的电网电压有效值向量vs的起始端为圆心、vt为半径，形成第一圆；

按照以下公式计算所述无储能换流链的输出电压vc，

vc＝n2vocmc

其中voc为所述无储能子模块的直流电压，mc为所述无储能子模块调制比；

以电网电压vs有效值向量的末端为圆心、vc为半径，形成第二圆；

根据所述第一圆和所述第二圆的位置关系，计算所述有功功率最大值。

图3a示出根据本申请示例实施例的第一圆和所述第二圆的第一位置关系示意图；图3b示出根据本申请示例实施例的第一圆和所述第二圆的第二位置关系示意图；图3c示出根据本申请示例实施例的第一圆和所述第二圆的第三位置关系示意图；图3d示出根据本申请示例实施例的第一圆和所述第二圆的第四位置关系示意图；图3e示出根据本申请示例实施例的第一圆和所述第二圆的第五位置关系示意图。

第一圆和第二圆的位置存在五种状态，如图3a-3e所示。参见图3a，当第一圆301包含第二圆302时，按照以下公式计算所述有功功率最大值pmax：

pmax＝vsie，

其中，vs为电网电压有效值向量，ie为所述换流链的额定电流。

参见图3b，第二圆302包含第一圆301时，按照以下公式计算所述有功功率最大值pmax：

pmax＝vsiesinθ，

其中，θ为从所述第二圆302的圆心到所述第一圆的切线向量vc与向量vs的夹角。

参见图3c，当所述第一圆301与所述第二圆302相交时，可以根据交点位置确定所述有功功率最大值。图4a示出根据本申请示例实施例的第一交点位置示意图。图4b示出根据本申请示例实施例的第二交点位置示意图。图4c示出根据本申请示例实施例的第三交点位置示意图。交点位置不同，有功功率最大值的计算方法也不同。

根据本申请的示例实施例，如图4a-4c所示，向量vs的起始端到交点12形成向量vt，向量vs的末端到交点12形成向量vc。向量vs、vt、vc构成三角形，vc、vs的夹角可以记为θ。

如图4a所示，当θ>90°时，可调节vc与vs垂直，使is与vs平行，达到最大有功功率输出。如图4b所示，当θ＝90°时，vc与vs垂直、is与vs平行，自然达到最大有功功率输出。因此，当θ≥90°时，按照公式pmax＝vsie，来计算有功功率最大值。

如图4c所示，当θ＜90°时，需要计算以交点12位置构成三角形后，vs与vc的夹角θ，θ越接近90°，输出有功功率越大。其中：

pmax＝vsiesinθ。

参见图3d，当所述第一圆301与所述第二圆302在相切时，所述有功功率最大值pmax为0。此时，|vc|+|vt|＝|vs|，由于换流链电流有效值向量is与vc垂直，vs与vc平行，因此is与vs夹角为90°，所以有功功率为0。

参见图3e，当所述第一圆301与所述第二圆302彼此相离时，换流链整体处于故障状态、无法运行，需要停止操作。

在步骤s220，根据所述有功功率最大值对接收的有功功率指令进行修正获得有功功率修正指令。

首先判断所述有功功率最大值pmax是否大于所述有功功率指令pref；

当pmax≥pref时，所述有功功率修正指令pref’＝pref；

当pmax<pref时，所述有功功率修正指令pref’＝pmax。

在步骤s230，根据所述有功功率修正值对接收的无功功率指令进行修正获得无功功率修正指令。

首先根据所述有功功率修正指令pref’和所述换流链的视在功率s，按照以下公式计算所述换流链的无功功率最大值qmax：

判断所述无功功率最大值qmax是否大于所述无功功率指令qref；

当qmax≥qref时，所述无功功率修正指令qref’＝qref；

当qmax<qref时，所述无功功率修正指令qref’＝qmax。

在步骤s240，所述控制系统将所述有功功率修正指令分配给所述储能换流链，将所述无功功率修正指令分配给所述无储能换流链和所述储能换流链。

根据本申请的一些实施例，所述无功功率修正指令的分配原则可以按照所述功率单元效率最优的原则，将所述无功功率修正指令分配给所述储能换流链和所述无储能换流链。由于有功功率和无功功率的分配比例影响功率单元的效率，可以根据效率曲线按照功率单元效率最优的原则选取无功功率的分配关系。

根据本申请的另一些实施例，可以根据所述换流链的电流有效值向量is与第二圆的位置关系来进行分配。图5a示出根据本申请第一示例实施例无功功率分配示意图。图5b示出根据本申请第二示例实施例无功功率分配示意图。

首先，根据所述有功功率修正指令pref’、所述无功功率修正指令qref’和电网电压有效值向量vs，计算所述换流链的电流的有效值。定义夹度φ＝arctan(qref’/pref’)。以电流的有效值、以与vs的夹角φ为方向形成电流有效值向量is。

如图5a所示，当所述电流向量is或其延长线与所述第二圆302相交或者相切时，将所述无功功率修正指令qref’全部分配给所述无储能换流链。即，无储能换流链分配的第二无功功率修正指令q2ref＝qref’，储能换流链分配的第一无功功率修正指令q1ref＝0。

如图5b所示，当所述电流向量is或其延长线与所述第二圆302相离时，分配给所述无储能换流链的第二无功功率修正指令q2ref＝vc×is，分配给所述储能换流链的第一无功功率修正指令q1ref＝qref’-q2ref。即，qref’优先分配给无储能换流链，剩余的分配给储能换流链。

图5a和图5b中，无储能换流链的输出电压vc可以在oa线段上任意变化，仍然满足q2max＝vc×is，q1ref＝qref’-q2ref。

在步骤s250，所述储能换流链根据分配的有功功率修正指令和无功功率修正指令执行闭环控制；所述无储能换流链根据分配的无功功率修正指令执行闭环控制。

根据本申请的示例实施例，所述换流链中的所述控制系统分为两个子系统，即：第一控制子系统，控制所述储能换流链；第一控制子系统，控制所述无储能换流链。所述控制系统协调第一控制子系统和所述第二控制子系统的输入和输出。其中，储能换流链同时具备有功和无功的调节能力，以有功功率输出优先。无储能换流链具备无功的调节能力，以无功功率输出优先。

所述储能换流链根据分配的有功功率修正指令和无功功率修正指令执行闭环控制的过程包括：将分配的有功功率修正指令和无功功率修正指令作为外环控制目标；将所述外环控制目标与实测值的差值经过调节器得到内环的电流指令值；将所述电流指令值与电流实测值的差值经过调节器得到输出电压给定值；将所述输出电压给定值分配给各个储能子模块；所述各个储能子模块根据所述输出电压给定值控制输出电压。

所述无储能换流链根据分配的无功功率修正指令执行闭环控制的过程包括：将所述无储能换流子模块的直流电压平均值和分配的无功功率作为外环控制目标；将所述外环控制目标与实测值的差值经过调节器得到内环的电流指令值；将所述电流指令值与实测值的差值经过调节器得到输出电压给定值；将所述输出电压给定值分配给各个无储能子模块；所述各个无储能子模块根据所述输出电压给定值控制输出电压。

在上述的换流链控制方法中，所述储能子模块与所述无储能子模块可以相互转换；所述储能子模块或所述无储能子模块可以转换为故障旁路子模块。即，n1、n2、n3可动态变换，n1和n2之间可以双向变换，n1或n2可向n3单向变换，n1+n2+n3＝n。由此，可以根据控制需要调节有储能子模块、无储能子模块和故障旁路子模块的数量。

在运行过程中，当所述储能子模块中的储能单元发生故障时，所述隔离开关分开或者所述dc/dc变换器闭锁，所述储能子模块转换为无储能子模块；更新所述储能子模块的数量n1和所述无储能子模块的数量n2；重复上述换流链控制方法中的步骤，即可更新有功功率指令和无功功率指令的分配关系。

同样地，当所述储能子模块中的功率单元发生故障时，闭合所述旁路开关，所述储能子模块转换为故障旁路子模块；当所述无储能子模块中的功率单元发生故障时，闭合所述旁路开关，所述无储能子模块转换为故障旁路子模块；更新所述储能子模块的数量n1和所述无储能子模块的数量n2；；重复上述换流链控制方法中的步骤，也可更新有功功率指令和无功功率指令的分配关系。

图6示出根据本申请另一示例实施例的换流链控制方法流程图。

根据本申请的另一实施例，还提供一种换流链控制方法，包括：

在步骤s610，根据所述储能子模块的数量n1和所述无储能子模块的数量n2，分别计算所述储能换流链的输出电压vt和所述无储能换流链的输出电压vc。

在步骤s620，以采集的电网电压有效值向量vs的起始端为圆心，分别以vt、vc为半径形成第一圆和第二圆，根据第一圆和第二圆的位置关系计算所述换流链输出的有功功率最大值pmax。

在步骤s630，根据有功功率最大值pmax，对接收的有功功率指令pref进行修正获得有功功率修正指令pref’。

在步骤s640，根据有功功率修正指令pref’以及所述换流链的视在功率s，对接收的无功功率指令qref进行修正，得到无功功率修正指令qref’。

在步骤s650，将有功功率修正指令pref’分配给所述储能换流链。

在步骤s660，根据有功功率修正指令pref’、无功功率修正指令qref’以及电压有效值向量vs计算所述换流链的电流is值及方向，并根据电流is值及方向与所述第二圆的位置关系确定无功功率修正指令qref’的分配原则。

在步骤s670，依据所述分配原则，将无功功率修正指令qref’分配给无储能换流链和储能换流链。

在步骤s680，所述储能换流链、无储能换流链根据分配的有功功率修正指令和/或无功功率修正指令执行闭环控制。

图7示出根据本申请示例实施例的换流器控制方法流程图。

根据本申请的另一方面还提供一种换流器控制方法。其中所述换流器包括三个图1a中的有源模块化换流链1000，分别为a、b、c三相换流链。如图7所示，所述换流器控制方法，包括：

在步骤s710，分别读取所述a、b、c三相换流链的储能子模块数量n1a、n1b、n1c和无储能子模块数量n2a、n2b、n2c。

在步骤s720，分别调整所述a、b、c三相换流链中的储能子模块和无储能子模块的数量，使得a、b、c三相换流链中的储能子模块数量均为n1min、储能子模块数量均为n2min且满足以下条件：

n1min＝min(n1a；n1b；n1c)

n2min＝min(n2a+n1a-n1min；n2b+n1b-n1min；n2c+n1c-n1min)。

例如，n1a＝8、n2a＝2、n1b＝6、n2b＝3、n1c＝9、n2c＝1。n1min＝min(n1a；n1b；n1c)＝min(8；6；9)＝6。n2min＝min(4；3；4)＝3。

对于a相换流链来说，可以将8个储能子模块中的1个转换为无储能子模块，1个转换为故障旁路子模块。转换后n1a＝8-1-1＝6，n2a＝2+1＝3。对于b相换流链来说，可以保持不变。对于c相换流链来说，可以将9个储能子模块中的2个转换为无储能子模块，1个转换为故障旁路子模块，转换后n1a＝9-2-1＝6，n2a＝1+2＝3。以此方式实现了abc三相换流链储能子模块和无储能子模块数量相同。

在步骤s730，根据所述a、b、c三相换流链的储能子模块数量n1min和储能子模块数量n2min，执行权利要求1-18中任一项所述的换流链控制方法，使得所述a、b、c三相换流链输出有功功率平衡；

在步骤s740，当所述a、b、c三相换流链的储能子模块数量或无储能子模块数量发生变化时，重复上述步骤。

三相换流链结合起来时，需考虑三相的功率平衡，对换流链的控制提出更高的要求。本申请提供的换流链控制方法中，通过控制三相换流链中子模块的数量使得三相功率平衡。

图8示出根据本申请示例实施例的换流链控制装置组成框图。

根据本申请的另一方面，还提供一种换流链控制装置800，包括有功功率最大值计算模块810、有功功率指令修正模块820、无功功率指令修正模块830、功率指令分配模块840、功率指令执行模块850。

有功功率最大值计算模块810，用于根据所述储能子模块的数量n1和所述无储能子模块的数量n2，计算所述换流链输出的有功功率最大值；

有功功率指令修正模块820，用于根据所述有功功率最大值对接收的有功功率指令进行修正获得有功功率修正指令；

无功功率指令修正模块830，用于根据所述有功功率修正值对接收的无功功率指令进行修正获得无功功率修正指令；

功率指令分配模块840，用于所述控制系统将所述有功功率修正指令分配给所述储能换流链，将所述无功功率修正指令分配给所述无储能换流链和所述储能换流链；

功率指令执行模块850，用于所述储能换流链根据分配的有功功率修正指令和无功功率修正指令执行闭环控制以及所述无储能换流链根据分配的无功功率修正指令执行闭环控制。

根据本申请的一些实施例，换流链控制装置800还包括：第一控制子模块和第二控制子模块。第一控制子模块，控制所述储能换流链；第一控制子模块，控制所述无储能换流链；换流链控制装置800协调所述第一控制子模块和所述第二控制子模块的输入和输出。

图9示出根据本申请示例实施例的换流器控制装置组成框图。

根据本申请的另一方面，还提供一种换流器控制装置900，包括：子模块数量读取模块910、子模块数量调整模块920、功率校正与分配模块930。

子模块数量读取模块910，用于分别读取所述a、b、c三相换流链的储能子模块数量和无储能子模块数量；

子模块数量调整模块920，用于分别调整所述a、b、c三相换流链中的储能子模块和无储能子模块的数量；

功率校正与分配模块930，用于根据所述a、b、c三相换流链的储能子模块数量和储能子模块数量，执行上述的换流链控制方法。

根据本申请的另一方面，还提供一种有源模块化换流器控制电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述的换流器控制方法。

本申请提供的换流链控制方法根据储能子模块、无储能子模块的数量来计算两种换流链的输出电压并绘制矢量图，通过矢量图中两个圆的位置关系来确认换流链的实际输出有功功率能力，方法简洁、直观，可操作性强。此外根据换流链的实际输出有功功率能力对功率指令进行了修正，能够避免控制目标超出换流链本身的运行范围，提高了可靠性。在指令修正的基础上，以满足控制目标为前提，通过无功功率直径的合理分配使换流链运行于最佳工作点，保证运行效率最优。最后，在换流器的控制方法中，通过调节三相换流链中储能子模块和无储能子模块的数量，使三相换流链输出有功功率平衡，兼顾了单相换流链控制目标的实现与三相有功功率平衡。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。