CN105743360B - 一种子模块分布式控制方法、装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种子模块分布式控制方法，通过将每个桥臂的子模块分组，每组对应着一台阀控装置，上层控制装置根据桥臂电流、各组正常子模块的平均电压和数目计算出各组的权重，并结合相应桥臂应该投入的子模块数目计算出各组投入的子模块数目下发给阀控装置，阀控装置按照现有文献提供的均压策略和选通方法工作。

Description

一种子模块分布式控制方法、装置和系统
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种子模块分布式控制方法、装置和系统。
背景技术
随着电力电子技术的发展，基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术得到了极为广泛的关注和应用。该型拓扑的桥臂采用基本运行单元级联的形式，避免大量开关器件直接串联，不存在驱动一致性等问题，大幅降低了直流输电的技术壁垒。但由于该拓扑将能量分散存储在桥臂的各个子模块电容中，因此，如何在运行过程中快速实现各个子模块电容电压的均衡控制是其实现难点之一。
目前子模块均压策略通常采用子模块电容电压排序选通的方法，但当桥臂子模块数量过多，排序算法的时间开销占比过大，阀控装置的负载率过高，且随着电压等级的提高，子模块的数目(链接数)相应的提高，排序算法的时间开销将呈几何级增加。
另一方面，由于每个子模块都需要与阀控装置进行通讯，阀控装置与子模块的通讯接口也将随着链接数的增大而增大，而硬件的扩容会造成成本的大幅度提升，也会造成开发周期的提升，不利于阀控装置的扩容。
专利CN201210451946提出了“一种模块化多电平换流器的子模块分组均压控制方法”，该发明对子模块进行平均分组，计算各组总电压并计算各组的能量平衡因子，从而计算得到各组需要投入的子模块数目。这种算法要求平均分组，没有考虑到运行过程出现子模块故障旁路等正常子模块数目动态变化的情况；另外该发明用各组总电压计算各组能量平衡因子的方法会导致各组正常子模块数目差别较大时子模块电压发散，并且可能导致计算得到的投入子模块数目大于正常子模块数目。
因此有必要寻找一种具备工程应用可行性的解决方案来降低阀控装置的负载率，提高阀控装置的可扩容性，且具有优异的子模块均压效果。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种子模块分布式控制方法、装置和系统，避免因链接数的增加而带来的阀控装置负载率升高的问题，也避免阀控装置硬件扩容而带来的成本和开发周期问题，同时具有优异的子模块均压效果。
为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种子模块分布式控制方法，其特征在于，将换流阀每个桥臂的所有子模块分为M组，M≥1，所有子模块包括故障子模块以及正常子模块，每组对应的所有子模块数目相等或者不等，允许每组正常子模块数目动态变化，每组对应着一台阀控装置，各台阀控装置独立运行，由上层控制器向阀控装置下发子模块投入数目，子模块投入数目的计算步骤如下：
(1)阀控装置求得所辖正常子模块的平均电压统计正常子模块的数目并上送给上层控制器；
(2)上层控制器采集桥臂电流Iarm并判断方向；
(3)上层控制器根据各阀控装置所辖正常子模块平均电压正常子模块数目以及桥臂电流方向分别求出所辖阀控装置的权重Bi，当桥臂电流为充电方向时当桥臂电流为放电方向时，
(4)上层控制器根据相应桥臂应该投入的总的子模块数目和各阀控装置的权重Bi计算各阀控装置投入的子模块数目其中round为四舍五入取整函数。
上述方案中,所述上层控制器管辖换流阀的一个或者多个桥臂。
上述方案中,所述正常子模块为可以参与正常投切的子模块。
上述方案中,所述故障子模块包括旁路、闭锁状态的子模块以及换流阀塔上的空槽位。
上述方案中,所有变量的下标i的取值范围为1～M。
上述方案中,步骤(3)中所述充电方向是指子模块电压上升时的桥臂电流方向，所述放电方向是指子模块电压下降时的桥臂电流方向。
本发明还提供一种子模块分布式控制装置，其特征在于包括方向判断单元、权重求解单元、选择开关单元、桥臂投入计算单元以及阀控装置投入计算单元，其中
所述方向判断单元用于根据所采集到的桥臂电流Iarm判断方向；
所述权重求解单元用于根据各阀控装置所辖正常子模块平均电压正常子模块数目以及桥臂电流方向分别求出所辖阀控装置的权重Bi，当桥臂电流为充电方向时当桥臂电流为放电方向时，
所述选择开关单元用于根据所述方向判断单元的判断结果，选择所辖阀控装置的权重Bi并输出给所述阀控装置投入计算单元；
所述阀控装置投入计算单元用于根据所述权重权重Bi以及所述桥臂投入计算单元计算得到的相应桥臂应该投入的总的子模块数目计算各阀控装置投入的子模块数目其中round为四舍五入取整函数。
本发明还提供一种子模块分布式控制系统，其特征在于，包括换流阀、上层控制器以及阀控装置，其中，换流阀每个桥臂的所有子模块分为M组，M≥1，所有子模块包括故障子模块以及正常子模块，每组对应的所有子模块数目相等或者不等，允许每组正常子模块数目动态变化，每组对应着一台阀控装置，各台阀控装置独立运行；上层控制器中包括权利要求7所述的子模块分布式控制装置，用于计算子模块投入数目，并下发给所述阀控装置。
采用上述方案后，本发明的有益效果为：
(1)大幅度降低阀控装置的负载率，提高阀控装置的可靠性；
(2)避免阀控装置的硬件扩容，从而降低开发周期和开发成本；
(3)权重中引入了各组子模块平均电压信息，可以保证各组之间具有优异的均压效果。
(4)权重中引入了各组正常子模块数目的信息，可以保证各组计算得到投入子模块数目不超过该组正常子模块数目。
附图说明
图1是子模块分布式控制结构图，图中VBC为阀控装置，SM为子模块；
图2是子模块分布式控制逻辑示意图；
图3是本发明的子模块分布式控制装置结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
一种子模块分布式控制方法，通过将换流阀每个桥臂的所有子模块分为M组，M≥1，所有子模块包括故障子模块以及正常子模块，每组对应的所有子模块数目可以相等也可以不等，允许每组正常子模块数目动态变化，每组对应着一台阀控装置，各台阀控装置独立运行，由上层控制器向阀控装置下发子模块投入数目，子模块投入数目的计算步骤如下：
(1)阀控装置求得所辖正常子模块的平均电压统计正常子模块的数目并上送给上层控制器；
(2)上层控制器采集桥臂电流Iarm并判断方向；
(3)上层控制器根据各阀控装置所辖正常子模块平均电压正常子模块数目以及桥臂电流方向分别求出所辖阀控装置的权重Bi，当桥臂电流为充电方向时当桥臂电流为放电方向时，
(4)上层控制器根据相应桥臂应该投入的总的子模块数目和各阀控装置的权重Bi计算各阀控装置投入的子模块数目其中round为四舍五入取整函数。
上述上层控制器既可以管辖换流阀的一个桥臂，也可以管辖换流阀的多个桥臂。
上述正常子模块为可以参与正常投切的子模块。
上述故障子模块包括旁路、闭锁状态的子模块以及换流阀塔上的空槽位。
上述所有变量的下标i的取值范围为1～M。
上述充电方向是指子模块电压上升时的桥臂电流方向，所述放电方向是指子模块电压下降时的桥臂电流方向。
本发明还提供一种子模块分布式控制装置，如图3所示，包括方向判断单元、权重求解单元、选择开关单元、桥臂投入计算单元以及阀控装置投入计算单元，其中
所述方向判断单元用于根据所采集到的桥臂电流Iarm判断方向；
所述权重求解单元用于根据各阀控装置所辖正常子模块平均电压正常子模块数目以及桥臂电流方向分别求出所辖阀控装置的权重Bi，当桥臂电流为充电方向时当桥臂电流为放电方向时，
所述选择开关单元用于根据所述方向判断单元的判断结果，选择所辖阀控装置的权重Bi并输出给所述阀控装置投入计算单元；
所述阀控装置投入计算单元用于根据所述权重权重Bi以及所述桥臂投入计算单元计算得到的相应桥臂应该投入的总的子模块数目计算各阀控装置投入的子模块数目其中round为四舍五入取整函数。
本发明还提供一种子模块分布式控制系统，其特征在于，包括换流阀、上层控制器以及阀控装置，其中，换流阀每个桥臂的所有子模块分为M组，M≥1，所有子模块包括故障子模块以及正常子模块，每组对应的所有子模块数目相等或者不等，允许每组正常子模块数目动态变化，每组对应着一台阀控装置，各台阀控装置独立运行；上层控制器中包括本发明的子模块分布式控制装置，用于计算子模块投入数目，并下发给所述阀控装置。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种子模块分布式控制方法，其特征在于，将换流阀每个桥臂的所有子模块分为M组，M≥1，所有子模块包括故障子模块以及正常子模块，每组对应的所有子模块数目相等或者不等，允许每组正常子模块数目动态变化，每组对应着一台阀控装置，各台阀控装置独立运行，由上层控制器向阀控装置下发子模块投入数目，子模块投入数目的计算步骤如下：
(1)阀控装置求得所辖正常子模块的平均电压统计正常子模块的数目并上送给上层控制器；
(2)上层控制器采集桥臂电流Iarm并判断方向；
(3)上层控制器根据各阀控装置所辖正常子模块平均电压正常子模块数目以及桥臂电流方向分别求出所辖阀控装置的权重Bi，当桥臂电流为充电方向时当桥臂电流为放电方向时，其中为当桥臂电流为充电方向时的权重，为当桥臂电流为放电方向时的权重；
(4)上层控制器根据相应桥臂应该投入的总的子模块数目和各阀控装置的权重Bi计算各阀控装置投入的子模块数目其中round为四舍五入取整函数。
2.如权利要求1所述的一种子模块分布式控制方法，其特征在于所述上层控制器管辖换流阀的一个或者多个桥臂。
3.如权利要求1所述的一种子模块分布式控制方法，其特征在于所述正常子模块为可以参与正常投切的子模块。
4.如权利要求1所述的一种子模块分布式控制方法，其特征在于所述故障子模块包括旁路、闭锁状态的子模块以及换流阀塔上的空槽位。
5.如权利要求1所述的一种子模块分布式控制方法，其特征在于所有变量的下标i的取值范围为1～M。
6.如权利要求1所述的一种子模块分布式控制方法，其特征在于步骤(3)中所述充电方向是指子模块电压上升时的桥臂电流方向，所述放电方向是指子模块电压下降时的桥臂电流方向。
7.一种子模块分布式控制装置，其特征在于包括方向判断单元、权重求解单元、选择开关单元、桥臂投入计算单元以及阀控装置投入计算单元，其中
所述方向判断单元用于根据所采集到的桥臂电流Iarm判断方向；
所述权重求解单元用于根据各阀控装置所辖正常子模块平均电压正常子模块数目以及桥臂电流方向分别求出所辖阀控装置的权重Bi，当桥臂电流为充电方向时当桥臂电流为放电方向时，其中为当桥臂电流为充电方向时的权重，为当桥臂电流为放电方向时的权重；
所述选择开关单元用于根据所述方向判断单元的判断结果，选择所辖阀控装置的权重Bi并输出给所述阀控装置投入计算单元；
所述阀控装置投入计算单元用于根据所述权重Bi以及所述桥臂投入计算单元计算得到的相应桥臂应该投入的总的子模块数目计算各阀控装置投入的子模块数目其中round为四舍五入取整函数。
8.一种子模块分布式控制系统，其特征在于，包括换流阀、上层控制器以及阀控装置，其中，换流阀每个桥臂的所有子模块分为M组，M≥1，所有子模块包括故障子模块以及正常子模块，每组对应的所有子模块数目相等或者不等，允许每组正常子模块数目动态变化，每组对应着一台阀控装置，各台阀控装置独立运行；上层控制器中包括权利要求7所述的子模块分布式控制装置，用于计算子模块投入数目，并下发给所述阀控装置。
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