CN103036210B - 一种基于查表法的分层分段式电容平衡控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于查表法的分层分段式电容平衡控制方法，分层分段式的采集处理结构解决了阀基控制设备对大规模子模块信息的采集能力限制的问题，桥臂整体的电压平衡策略承担了宏观意义上的平衡效果，使每段子模块的平衡控制更为有效合理。查表法根据预先制定的投切状况，将投切决策规则事先制订成表格形式，将所有运行情况归纳于不同情况的决策输出，使任务处理简单快捷；针对于各种不同的控制目标，可以通过侧重比重制定出不同的脉冲分配表，再加上附加开关点的设置，使桥臂子模块电容电压得到稳定运行的同时，降低开关频率。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种基于查表法的分层分段式电容平衡控制方法。
背景技术
当前，基于全控型电力电子器件IGBT的各种电力电子电路已经越来越多地应用于电力系统、机车牵引、航空航天等领域。随着电力电子技术及材料、制造工艺的发展，IGBT器件的通流能力也越来越强，使其在直流输电领域也得到重要的发挥空间，直接促进了柔性直流输电技术的诞生和发展。与传统的高压直流输电技术不同，柔性直流输电换流器以由IGBT串联构成的高压换流阀替代了晶闸管串联换流阀，形成了电压源型的柔性直流换流器。柔性直流输电可以实现向远距离的中小型孤立、弱负荷进行供电；可以进行独立、准确、灵活的有功/无功功率控制，提高系统潮流传输的经济性和稳定性；在潮流反转时直流电压极性不变，方便构成多端直流输电系统；在相联系统短路时不增加系统的短路容量，有利于限制短路电流，阻止系统的故障扩散；可以提供无功支持和频率控制，用于风电场和分布式发电等可再生能源并网有着特殊的优势；在相联电网故障后能够提供黑启动电源，加快电网故障后的快速恢复能力；换流站占地面积相对于普通直流大为减小。
柔性直流输电技术丰富的性能优势吸引了众多科研技术人员投入到相关的研究及实践工作中，其灵活的控制性能也使得柔性直流的控制保护方法和控制保护装置成为了柔性直流技术的研究热点。在基于模块化多电平换流器拓扑结构的柔性直流的控制中，对换流器子模块内部的控制保护是整个控制保护系统中一个非常重要的环节。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于查表法的分层分段式电容平衡控制方法，分层分段式的采集处理结构解决了阀基控制设备对对大规模子模块信息的采集能力限制的问题，桥臂整体的电压平衡策略承担了宏观意义上的平衡效果，使每段子模块的平衡控制更为有效合理。查表法根据预先制定的投切状况，将投切决策规则事先制订成表格形式，将所有运行情况归纳于不同情况的决策输出，使任务处理简单快捷；针对于各种不同的控制目标，可以通过侧重比重制定出不同的脉冲分配表，再加上附加开关点的设置，使桥臂子模块电容电压得到稳定运行的同时，降低开关频率。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
提供一种基于查表法的分层分段式电容平衡控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：确定各分段电压平均值；
步骤2：各分段电压平均值进行排序；
步骤3：确定桥臂需要投入的子模块数M；
步骤4：确定脉冲分配表所需的分配数值T；
步骤5：确定各分段所需投切子模块的动作值,向各桥臂分段控制单元下发子模块决策动作信息。
所述步骤1中，桥臂分段控制单元采集子模块电压信息，并对所有子模块电压求平均值，提取得到各分段电压平均值。
所述步骤2中，桥臂汇总控制单元通过冒泡法将各分段电压平均值进行排序，从大到小分依次为第一分段、第二分段、……、第N-1分段和第N分段。
所述步骤3包括以下步骤：
步骤3-1：环流控制单元周期获取控制保护系统发送的系统调制信息，通过环流抑制算法得到每个桥臂的调制信息，并发送给各桥臂汇总控制单元；
步骤3-2：桥臂汇总控制单元将接收的桥臂调制信息进行提取，得到当前时刻此桥臂需要投入的子模块数M。
所述步骤4中，设每个分段每个周期最大投入/切出子模块的数量为I，将此桥臂需要投入的子模块数M对于此桥臂分段个数N取余数，脉冲分配表所需的分配数值T=（M%N）+(I-1)*N。
所述脉冲分配表依据各分段电压反馈、电流方向以及附加开关点设置，对整个桥臂各分段在此时刻需要投切子模块的预先进行分配。
所述步骤5中，根据电流方向、分配数值T以及各分段平均电压大小的顺序，按照脉冲分配表进行索引，得到各分段所需投切子模块的动作值。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、在大容量MMC柔性直流输电系统中，换流阀桥臂级联数大，分层分段式的采集处理结构解决了阀基控制设备对对大规模子模块信息的采集能力限制的问题，桥臂整体的电压平衡策略承担了宏观意义上的平衡效果，使每段子模块的平衡控制更为有效合理；
2、查表法根据预先制定的投切状况，将投切决策规则事先制订成表格形式，将所有运行情况归纳于不同情况的决策输出，使任务处理简单快捷；保证了策略运行的速度，使庞大的信息处理得到了极为方便简捷的方式完成，提高了系统可靠性；
3、针对于各种不同的控制目标，可以通过侧重比重制定出不同的脉冲分配表，再加上附加开关点的设置，使桥臂子模块电容电压得到稳定运行的同时，降低开关频率；
4、通过对各分段电压反馈，电流方向等判断依据，而制定的脉冲分配表，通过此表实现子模块的投切决策，使系统可以保证稳定运行前提下，实现子模块电容电压平衡。
附图说明
图1是包括阀基控制设备的模块化多电平换流器拓扑结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1，模块化多电平换流器包括MMC阀、阀基控制设备和站控系统，阀基控制设备包括桥臂分段控制单元、桥臂汇总单元、缓流控制单元、光CT合并及接口单元和阀监视单元，光CT主要采集桥臂电流，发送给电流控制单元，作环流抑制控制；阀监视单元主要是对阀的状态进行监视，并上传上位机，由操作人员进行监视。
提供一种基于查表法的分层分段式电容平衡控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：确定各分段电压平均值；
步骤2：各分段电压平均值进行排序；
步骤3：确定桥臂需要投入的子模块数M；
步骤4：确定脉冲分配表所需的分配数值T；
步骤5：确定各分段所需投切子模块的动作值,向各桥臂分段控制单元下发子模块决策动作信息。
所述步骤1中，桥臂分段控制单元采集子模块电压信息，并对所有子模块电压求平均值，提取得到各分段电压平均值。
所述步骤2中，桥臂汇总控制单元通过冒泡法将各分段电压平均值进行排序，从大到小分依次为第一分段、第二分段、……、第N-1分段和第N分段。
所述步骤3包括以下步骤：
步骤3-1：环流控制单元周期获取控制保护系统发送的系统调制信息，通过环流抑制算法得到每个桥臂的调制信息，并发送给各桥臂汇总控制单元；
步骤3-2：桥臂汇总控制单元将接收的桥臂调制信息进行提取，得到当前时刻此桥臂需要投入的子模块数M。
所述步骤4中，设每个分段每个周期最大投入/切出子模块的数量为I，将此桥臂需要投入的子模块数M对于此桥臂分段个数N取余数，脉冲分配表所需的分配数值T=（M%N）+(I-1)*N。
所述脉冲分配表依据各分段电压反馈、电流方向以及附加开关点设置，对整个桥臂各分段在此时刻需要投切子模块的预先进行分配。
所述步骤5中，根据电流方向、分配数值T以及各分段平均电压大小的顺序，按照脉冲分配表进行索引，得到各分段所需投切子模块的动作值。
脉冲分配表即查表法中的参数表，它主要依据是各分段电压反馈，电流方向，以及附加开关点设置等参数，对整个桥臂各分段在此时刻需要投切子模块的预先分配好的表格；如附表1所示，其中，假设整个桥臂分为六段，则1大桥臂至6大桥臂为单桥臂上六组分段控制单元上报的分段电压由大到小的顺序排列，每分段电压是每两个周期由各桥臂分段控制单元上送至桥臂汇总控制单元的，通过计算排序得到的；附表1和附表2中，+2表示投入2个子模块，+1表示投入1个子模块，0表示不动作，-1表示切出1个子模块，-2表示切出2个子模块；此表为电流为正的情况，而在电流为负时，投切顺序则相反。
脉冲分配表的设计原则是根据电流方向，对各分段子模块平均电压进行宏观调整，i>0，平均电压大的多切出，平均电压小的多投入；i<0，平均电压大的多投入，平均电压小的多切出的原则，使整体桥臂各分段的子模块平均电压趋于一致。
此表根据当前时刻整个桥臂投入的子模块数M，M除以桥臂分段数N的余数作为分配数值，对应的横排各列数字便是此分段当前时刻需要投切的子模块数。
附表1是整个桥臂分为六段的脉冲分配表，且每个分段每一时刻最多动作一个模块；附表2是整个桥臂分为六段的脉冲分配表，且每个分段每一时刻最多动作两个模块；附表3是整个桥臂分为八段的脉冲分配表，且每个分段每一时刻最多动作三个模块；三个表都是在桥臂电流i>0时的分配情况，在i<0时则各列次序颠倒。
以下以平均电压大小定好顺序的N=6个分段单元、每一分段单元每一周期最大投入/切出数I=2，分配数值T=（M%N）+(I-1)*6=（M%6）+6=12、以及电流方向对脉冲分配表进行说明：
假设电流为正，根据步骤4，分配数值T的取值为-12,……,-2,-1,0，1，2，……,12，正数表示需要投入的数，负数表示需要切出的数；
六个桥臂分段单元按平均电压进行排序，从大到小分为第一分段、第二分段、……、第六分段；
当分配数值T=-12时，第一分段切出2个，第二分段切出2个，第三分段切出2个，第四分段切出2个，第五分段切出2个，第六分段切出2个；
当分配数值T=-11时，第一分段切出2个，第二分段切出2个，第三分段切出2个，第四分段切出2个，第五分段切出2个，第六分段切出1个；
当分配数值T=-10时，第一分段切出2个，第二分段切出2个，第三分段切出2个，第四分段切出2个，第五分段切出1个，第六分段切出1个；
当分配数值T=-9时，第一分段切出2个，第二分段切出2个，第三分段切出2个，第四分段切出1个，第五分段切出1个，第六分段切出1个；
当分配数值T=-8时，第一分段切出2个，第二分段切出2个，第三分段切出1个，第四分段切出1个，第五分段切出1个，第六分段切出1个；
当分配数值T=-7时，第一分段切出2个，第二分段切出1个，第三分段切出1个，第四分段切出1个，第五分段切出1个，第六分段切出1个；
当分配数值T=-6时，第一分段切出1个，第二分段切出1个，第三分段切出1个，第四分段切出1个，第五分段切出1个，第六分段切出1个；
当分配数值T=-5时，第一分段切出1个，第二分段切出1个，第三分段切出1个，第四分段切出1个，第五分段切出1个，第六分段切出0个；
当分配数值T=-4时，第一分段切出1个，第二分段切出1个，第三分段切出1个，第四分段切出1个，第五分段切出0个，第六分段切出0个；
当分配数值T=-3时，第一分段切出1个，第二分段切出1个，第三分段切出1个，第四分段切出0个，第五分段切出0个，第六分段切出0个；
当分配数值T=-2时，第一分段切出1个，第二分段切出1个，第三分段切出0个，第四分段切出0个，第五分段切出0个，第六分段切出0个；
当分配数值T=-1时，第一分段切出1个，第二分段切出0个，第三分段切出0个，第四分段切出0个，第五分段切出0个，第六分段切出0个；
当分配数值T=0时，第一分段切出0个，第二分段切出0个，第三分段切出0个，第四分段切出0个，第五分段切出0个，第六分段切出0个；
当分配数值T=+1时，第一分段投入0个，第二分段投入0个，第三分段投入0个，第四分段投入0个，第五分段投入0个，第六分段投入1个；
当分配数值T=+2时，第一分段投入0个，第二分段投入0个，第三分段投入0个，第四分段投入0个，第五分段投入1个，第六分段投入1个；
当分配数值T=+3时，第一分段投入0个，第二分段投入0个，第三分段投入0个，第四分段投入1个，第五分段投入1个，第六分段投入1个；
当分配数值T=+4时，第一分段投入0个，第二分段投入0个，第三分段投入1个，第四分段投入1个，第五分段投入1个，第六分段投入1个；
当分配数值T=+5时，第一分段投入0个，第二分段投入1个，第三分段投入1个，第四分段投入1个，第五分段投入1个，第六分段投入1个；
当分配数值T=+6时，第一分段投入1个，第二分段投入1个，第三分段投入1个，第四分段投入1个，第五分段投入1个，第六分段投入1个；
当分配数值T=+7时，第一分段投入1个，第二分段投入1个，第三分段投入1个，第四分段投入1个，第五分段投入1个，第六分段投入2个；
当分配数值T=+8时，第一分段投入1个，第二分段投入1个，第三分段投入1个，第四分段投入1个，第五分段投入2个，第六分段投入2个；
当分配数值T=+9时，第一分段投入1个，第二分段投入1个，第三分段投入1个，第四分段投入2个，第五分段投入2个，第六分段投入2个；
当分配数值T=+10时，第一分段投入1个，第二分段投入1个，第三分段投入2个，第四分段投入2个，第五分段投入2个，第六分段投入2个；
当分配数值T=+11时，第一分段投入1个，第二分段投入2个，第三分段投入2个，第四分段投入2个，第五分段投入2个，第六分段投入2个；
当分配数值T=+12时，第一分段投入2个，第二分段投入2个，第三分段投入2个，第四分段投入2个，第五分段投入2个，第六分段投入2个；
投入0个和切出0个表示该分段不投入也不切出；
电流为负，则以按平均电压，从小到大进行排序分为第一分段、第二分段、……、第六分段；再通过以上分配方式进行分配；
表1
| 桥臂动作数 | 1大桥臂 | 2大桥臂 | 3大桥臂 | 4大桥臂 | 5大桥臂 | 6大桥臂 |
| 6 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 5 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 4 | -1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 3 | -1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 2 | -1 | -1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | -1 | -1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 0 | -1 | -1 | -1 | 1 | 1 | 1 |
表2
| 投入数 | 最大 | 二大 | 三大 | 四大 | 五大 | 六大 |
| 12 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 11 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 10 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 9 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 |
| 8 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 |
| 7 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 |
| 6 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 5 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 4 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 3 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| -1 | -1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| -2 | -1 | -1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| -3 | -1 | -1 | -1 | 0 | 0 | 0 |
| -4 | -1 | -1 | -1 | -1 | 0 | 0 |
| -5 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | 0 |
| -6 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 |
| -7 | -2 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 |
| -8 | -2 | -2 | -1 | -1 | -1 | -1 |
| -9 | -2 | -2 | -2 | -1 | -1 | -1 |
| -10 | -2 | -2 | -2 | -2 | -1 | -1 |
| -11 | -2 | -2 | -2 | -2 | -2 | -1 |
| -12 | -2 | -2 | -2 | -2 | -2 | -2 |
表3
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种基于查表法的分层分段式电容平衡控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：确定各分段电压平均值；
步骤2：各分段电压平均值进行排序；
步骤3：确定桥臂需要投入的子模块数M；
步骤4：确定脉冲分配表所需的分配数值T；
步骤5：确定各分段所需投切子模块的动作值,向各桥臂分段控制单元下发子模块决策动作信息；
所述步骤3包括以下步骤：
步骤3‐1：环流控制单元周期获取控制保护系统发送的系统调制信息，通过环流抑制算法得到每个桥臂的调制信息，并发送给各桥臂汇总控制单元；
步骤3‐2：桥臂汇总控制单元将接收的桥臂调制信息进行提取，得到当前时刻此桥臂需要投入的子模块数M。
2.根据权利要求1所述的基于查表法的分层分段式电容平衡控制方法，其特征在于：所述步骤1中，桥臂分段控制单元采集子模块电压信息，并对所有子模块电压求平均值，提取得到各分段电压平均值。
3.根据权利要求1所述的基于查表法的分层分段式电容平衡控制方法，其特征在于：所述步骤2中，桥臂汇总控制单元通过冒泡法将各分段电压平均值进行排序，从大到小分依次为第一分段、第二分段、……、第N‐1分段和第N分段。
4.根据权利要求1所述的基于查表法的分层分段式电容平衡控制方法，其特征在于：所述步骤4中，设每个分段每个周期最大投入/切出子模块的数量为I，将此桥臂需要投入的子模块数M对于此桥臂分段个数N取余数，脉冲分配表所需的分配数值T＝(M％N)+(I‐1)*N。
5.根据权利要求4所述的基于查表法的分层分段式电容平衡控制方法，其特征在于：所述脉冲分配表依据各分段电压反馈、电流方向以及附加开关点设置，对整个桥臂各分段在此时刻需要投切子模块的预先进行分配。
6.根据权利要求1所述的基于查表法的分层分段式电容平衡控制方法，其特征在于：所述步骤5中，根据电流方向、分配数值T以及各分段平均电压大小的顺序，按照脉冲分配表进行索引，得到各分段所需投切子模块的动作值。
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Legal Events
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
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