CN106533227A - 一种模块化多电平换流器冗余容错控制方法 - Google Patents

Abstract

一种模块化多电平换流器冗余容错控制方法，所述方法在模块化多电平换流器交流侧设置逆变控制器，对模块化多电平换流器进行冗余容错模型预测控制，所述冗余容错模型预测控制包含交流电流跟踪、子模块电容电压均衡、环流抑制三个控制目标，每个控制目标定义一个目标函数，计算对应目标函数下所有可能开关状态目标函数值，其中交流电流跟踪目标函数和子模块电容电压均衡目标函数计算MMC所有开关状态下的数值，环流抑制目标函数计算所有环流抑制补偿电平下的数值，选取目标函数的最小值，并记录目标函数最小值对应的开关状态，将此开关状态输入到MMC中，作为下一时刻MMC的开关状态，实现在冗余容错状况下模块化多电平换流器的环流抑制和子模块电容电压均衡。

Description

一种模块化多电平换流器冗余容错控制方法

技术领域

本发明涉及换流器技术领域，特别涉及一种换流器的冗余容错控制方法。

背景技术

电压源型换流器拓扑结构主要分为两电平、三电平等形式，在直流输电工程中应用较多，但是这类拓扑结构存在开关频率高、串联动态均压、谐波含量大等缺点。德国学者Lesnicar和R.Marquardt提出的模块化多电平换流器(MMC)，相比于传统两电平电压源型换流器，具有模块化程度高、损耗小、可扩展性强、输出波形质量好、拥有故障穿越能力等优势。2010年，西门子公司投运的美国“Trans Bay Cable”工程中首次使用此种拓扑结构的换流器。近年来，在我国建设的柔性直流输电工程中模块化多电平换流器也有所使用。2011年，亚洲首条柔性直流输电示范工程上海南汇风电场柔性直流输电工程投运，额定直流电压±30kV，额定容量18MW。

模块化多电平换流器包含子模块数量众多，部分子模块发生故障导致换流器不能正常工作，很大程度上降低了换流器工作的可靠性。因此，在子模块输出端设置快速旁路开关，方便故障子模块旁路，减小对换流器的影响。

由于子模块由IGBT、二极管和储能电容器组成，子模块故障主要存在以下几种情况：IGBT故障、储能电容器不能正常工作、触发系统存在故障。目前，对于故障子模块进行冗余备用处理，即在桥臂上增加冗余子模块，保证子模块故障时可以将冗余子模块投入运行，减小对MMC的影响。关于冗余备用保护方式主要分为热备用冗余保护方式和冷备用冗余保护方式两种。冷备用冗余保护方式为当子模块未发生故障时，冗余子模块不投入运行，当子模块发生故障时，冗余子模块替换故障子模块。热备用冗余保护方式为在子模块未发生故障时，冗余子模块投入运行；当子模块发生故障时，旁路故障子模块。由于热备用冗余保护方式相比于冷备用冗余保护方式启动时间较短，其暂态过程较短，控制过程较为简单，热备用冗余保护方式应用较为广泛。

当MMC采用热备用冗余保护方式时存在两种方案：一种方案是不仅旁路故障子模块，其他桥臂旁路同样数量的子模块；另外一种方案是仅旁路故障子模块，其他桥臂不改变。虽然第一种方案实现了系统对称运行，但是需旁路的子模块个数较多，造成换流器工作的不稳定。第二种方案虽然很大程度减少旁路正常工作子模块带来的风险，但是会形成换流器桥臂间不对称运行。由于第二种方案相比于第一种方案实现难度较小，更为经济、可靠，更多的采用第二种方案。但是，采用第二种方案会给MMC带来诸多的影响，比如环流成分的变化、子模块电容电压不均衡，等等。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术之缺陷，提供一种模块化多电平换流器冗余容错控制方法，它可以在冗余容错状态下进行模块化多电平换流器内部的环流抑制和子模块电容的均压，以提高模块化多电平换流器的故障穿越能力和工作稳定性。

本发明所述问题是以下述技术方案解决的：

一种模块化多电平换流器冗余容错控制方法，所述方法在模块化多电平换流器交流侧设置逆变控制器，对模块化多电平换流器进行冗余容错模型预测控制，所述冗余容错模型预测控制包含交流电流跟踪、子模块电容电压均衡、环流抑制三个控制目标，每个控制目标定义一个目标函数，其中，交流电流跟踪目标函数计算MMC所有可能开关状态的目标函数值，子模块电容电压均衡目标函数计算MMC所有可能开关状态下的数值，并通过交流电流跟踪权重系数和子模块电容电压均衡权重系数计算两个目标函数的综合目标函数值，选取其中的最小值，并记录综合目标函数最小值对应的开关状态S_{j min}和对应的预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_jxmin(j＝a,b,c)(x＝p,l)个子模块电容电压之和环流抑制目标函数为计算所有环流抑制电平下目标函数值，选取环流抑制目标函数的最小值，根据环流抑制目标函数最小值对应的环流抑制补偿电平调整开关状态S_{j min}和将调整后的开关状态S_{j min_cir}输入到MMC中，作为下一时刻MMC的开关状态，实现在冗余容错状况下模块化多电平换流器的环流抑制和子模块电容电压均衡。

上述模块化多电平换流器冗余容错控制方法，所述冗余容错模型预测控制的具体步骤如下：

a.u_sj(j＝a,b,c)测量模块对模块化多电平换流器交流侧电压进行采样，采样周期为T_s，得到三相交流电压t时刻实际值u_sa(t)、u_sb(t)、u_sc(t)；

b.三相交流电压t时刻实际值u_sa(t)、u_sb(t)、u_sc(t)经过三相静止坐标系到两相旋转坐标系的坐标变换输出t时刻两相旋转坐标系下交流电压实际值u_sd(t)和u_sq(t)；

c.有功功率给定值P_ref与相除，得到t时刻d轴交流电流给定值i_dref(t)；

d.无功功率给定值Q_ref与相除，得到t时刻q轴交流电流给定值i_qref(t)；

e.i_dref(t)和i_qref(t)经过两相旋转坐标系到三相静止坐标系的坐标变换输出t时刻三相静止坐标系下交流电流给定值i_aref(t)、i_bref(t)、i_cref(t)；

f.u_SMjxi(j＝a,b,c)(x＝p,l)测量模块对模块化多电平换流器所有子模块电容电压进行采样，采样周期为T_s，得到所有子模块电容电压t时刻实际值u_SMjxi(t)；

g.i_jx测量模块对模块化多电平换流器所有桥臂电流进行采样，采样周期为T_s，得到所有桥臂电流t时刻实际值i_ap(t)、i_bp(t)、i_cp(t)、i_al(t)、i_bl(t)、i_cl(t)；

h.根据各个桥臂正常运行子模块数量确定各个桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵u_{SM_apsort}(t+T_s)、u_{SM_alsort}(t+T_s)、u_{SM_bpsort}(t+T_s)、u_{SM_blsort}(t+T_s)、u_{SM_cpsort}(t+T_s)、u_{SM_clsort}(t+T_s)的个数，故障子模块不进行电容电压排序环节；

j.i_sj测量模块对模块化多电平换流器的交流电流进行采样，采样周期为T_s，得到三相交流电流t时刻实际值i_sa(t)、i_sb(t)、i_sc(t)；

k.i_jcir测量模块对模块化多电平换流器的环流进行采样，采样周期为T_s，得到三相环流t时刻实际值i_acir(t)、i_bcir(t)、i_ccir(t)；

l.根据各个桥臂子模块电容电压t时刻实际值u_SMjxi(t)和所有桥臂电流t时刻实际值i_ap(t)、i_bp(t)、i_cp(t)、i_al(t)、i_bl(t)、i_cl(t)，计算模块化多电平换流器所有开关状态下各个桥臂正常子模块电容电压预测值u_SMjxi(t+T_s)(i＝1,2,3,…,N_normal)；

m.对各个桥臂正常运行的子模块电容电压预测值u_SMjxi(t+T_s)分别按照各个桥臂电流的方向进行排序，若桥臂电流为子模块电容充电方向，则预测时刻子模块电容电压按照升序进行排列，并依次记录到预测时刻子模块电容电压排序矩阵u_{SM_apsort}(t+T_s)、u_{SM_alsort}(t+T_s)、u_{SM_bpsort}(t+T_s)、u_{SM_blsort}(t+T_s)、u_{SM_cpsort}(t+T_s)、u_{SM_clsort}(t+T_s)中，若桥臂电流为子模块电容放电方向，则预测时刻子模块电容电压按照降序进行排列，并依次记录到预测时刻子模块电容电压排序矩阵u_{SM_apsort}(t+T_s)、u_{SM_alsort}(t+T_s)、u_{SM_bpsort}(t+T_s)、u_{SM_blsort}(t+T_s)、u_{SM_cpsort}(t+T_s)、u_{SM_clsort}(t+T_s)中；

n.从预测时刻子模块电容电压排序矩阵的首端开始选取子模块，根据i_sa(t)、i_sb(t)、i_sc(t)和各个桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵，计算模块化多电平换流器所有开关状态下三相交流电流预测值i_prea(t+T_s)_k、i_preb(t+T_s)_k、i_prec(t+T_s)_k，分别与预测时刻交流电流给定值i_aref(t+T_s)、i_bref(t+T_s)、i_cref(t+T_s)相比较，分别计算得到各个相所有开关状态交流电流跟踪目标函数值J_{AC_a}、J_{AC_b}、J_{AC_c}；

o.由正常运行子模块电容电压t时刻实际值、各个桥臂电流t时刻实际值计算正常运行子模块电容电压预测值，并与子模块电容电压给定值u_SMref相比较，分别计算得到各个相所有开关状态子模块电容电压均衡目标函数值J_{SM_a}、J_{SM_b}、J_{SM_c}；

p.根据J_{1_j}＝α_ACJ_{AC_j}+α_cJ_{SM_j}分别计算各个相(N+1)种开关状态的目标函数J_{1_j}，其中α_AC和α_c分别为交流电流跟踪权重系数和子模块电容电压均衡权重系数，选取目标函数的最小值，记为J_{1min_a}、J_{1min_b}、J_{1min_c}，记录目标函数最小值对应的开关状态S_{a min}、S_{b min}、S_{c min}和对应的各个桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_{jx min}个子模块电容电压之和

q.根据三相环流t时刻实际值i_acir(t)、i_bcir(t)、i_ccir(t)、目标函数最小值J_{1min_a}、J_{1min_b}、J_{1min_c}对应的开关状态S_{a min}、S_{b min}、S_{c min}、目标函数最小值J_{1min_a}、J_{1min_b}、J_{1min_c}对应的各个桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_jxmin个子模块电容电压之和 预测时刻环流给定值以及环流抑制补偿电平u_jciradd计算三相各个环流抑制电平下环流预测值和环流抑制目标函数J_cira、J_cirb、J_circ，并选取其中的最小值J_{cir min a}、J_{cir min b}、J_{cir min c}，记录环流抑制目标函数最小值对应的开关状态S_{a min_cir}、S_{b min_cir}、S_{c min_cir}，若某相环流抑制目标函数最小值对应的环流抑制补偿电平为正，则该相的上、下桥臂需同时增加投入子模块的个数，即开关状态S_{a min}、S_{b min}、S_{c min}需进行改变，上、下桥臂同时增加投入的子模块选取对应桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵中未被选择投入且排位靠前的子模块，那么调整后对应的开关状态为S_{a min_cir}、S_{b min_cir}、S_{c min_cir}，若某相环流抑制目标函数最小值对应的环流抑制补偿电平为负，则该相的上、下桥臂需同时切除相同数量的子模块，即开关状态S_{a min}、S_{b min}、S_{c min}需进行改变，上、下桥臂同时切除的子模块选取对应桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵靠后且选择投入的子模块，那么调整后对应的开关状态为S_{a min_cir}、S_{b min_cir}、S_{c min_cir}，若某相环流抑制目标函数最小值对应的环流抑制补偿电平为0，则该相的上、下桥臂不需要同时投入或切除子模块，即开关状态S_{a min}、S_{b min}、S_{c min}不需要进行调整，那么开关状态S_{a min_cir}、S_{b min_cir}、S_{c min_cir}与S_{a min}、S_{b min}、S_{c min}一致；

r.将S_{a min_cir}、S_{b min_cir}、S_{c min_cir}输送到模块化多电平换流器中，作为下一时刻模块化多电平换流器的开关状态。

上述模块化多电平换流器冗余容错控制方法，所述交流电流预测值的数学模型为：

其中，i_prej(t+T_s)_k为第k个状态j相交流电流预测值；为对应第k个状态预测时刻j相上桥臂子模块电容电压排序矩阵前k_p个子模块电容电压之和；为对应第k个状态预测时刻j相下桥臂子模块电容电压排序矩阵前k_l个子模块电容电压之和；u_{SM_jpsortr}(t+T_s)为预测时刻j相上桥臂子模块电容电压排序矩阵第r个子模块电容电压；u_{SM_jlsortr}(t+T_s)为预测时刻j相下桥臂子模块电容电压排序矩阵第r个子模块电容电压；T_s为采样周期；L'为等效交流侧电感和桥臂电感；i_sj(t)为t时刻j相交流电流实际值；u_sj(t+T_s)为三相交流电流预测值，采样周期很小时，u_sj(t+T_s)可以近似为u_sj(t)。

上述模块化多电平换流器冗余容错控制方法，所述交流电流跟踪目标函数为：

J_{AC_j}＝|i_jref(t+T_s)-i_prej(t+T_s)_k|

其中，i_jref(t+T_s)为预测时刻j相交流电流给定值，采样周期很小时，i_jref(t+T_s)可以近似为i_jref(t)。

上述模块化多电平换流器冗余容错控制方法，所述子模块电容电压预测值的数学模型为：

其中，u_SMjxi(t+T_s)为j相预测时刻子模块电容电压；u_SMjxi(t)为t时刻j相子模块电容电压实际值；C为子模块电容值；为t时刻j相上、下桥臂电流实际值。

上述模块化多电平换流器冗余容错控制方法，所述子模块电容电压均衡目标函数为：

其中，N_normal为桥臂正常运行子模块个数；u_SMref为子模块电容电压给定值，U_dc为直流侧电压；N为MMC桥臂额定子模块个数。

上述模块化多电平换流器冗余容错控制方法，计算子模块电容电压预测值时，只需计算正常运行的子模块即可。

上述模块化多电平换流器冗余容错控制方法，所述环流预测值的数学模型为：

其中，(d为正整数)为j相环流抑制补偿电平；i_jcir(t+T_s)为预测时刻j相环流；L_arm为换流器桥臂电感；为目标函数最小值J_{1min_j}对应的j相上桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_{p min}个子模块电容电压之和；为目标函数最小值J_{1min_j}对应的j相下桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_{l min}个子模块电容电压之和；i_jcir(t)为t时刻j相环流实际值。

上述模块化多电平换流器冗余容错控制方法，所述环流抑制目标函数为：

J_cirj＝|i_{jcir_ref}(t+T_s)-i_jcir(t+T_s)|

其中，i_{jcir_ref}(t+T_s)为预测时刻j相环流给定值，i_dc为直流侧电流。

上述模块化多电平换流器冗余容错控制方法，所述目标函数J₁计算(N+1)次，其中N表示MMC桥臂额定子模块个数。

上述模块化多电平换流器冗余容错控制方法，所述环流抑制补偿电平u_jciradd可以根据模块化多电平换流器实际情况进行调整。

上述模块化多电平换流器冗余容错控制方法，所述α_AC交流电流跟踪权重系数和α_c子模块电容电压均衡权重系数需根据模块化多电平换流器实际运行情况酌情进行取值。

上述模块化多电平换流器冗余容错控制方法，所述采样周期T_s的取值要适当，以不影响模块化多电平换流器工作和保持较好的控制效果为前提。

上述模块化多电平换流器冗余容错控制方法，所述子模块电容电压排序矩阵为子模块电容电压预测值进行排序。

上述模块化多电平换流器冗余容错控制方法，首先根据交流电流跟踪目标函数、子模块电容电压均衡及其相应的权重系数，计算得到两个目标函数的综合目标函数最小值，并将此目标函数最小值对应的开关状态和对应的预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_jxmin(j＝a,b,c)(x＝p,l)个子模块电容电压之和输送到环流抑制目标函数计算中，基于环流抑制目标函数的最小值调整综合目标函数最小值对应的开关状态。

本发明采用模型预测控制策略对逆变器进行模块化多电平换流器冗余容错控制。所述方法减少了模块化多电平换流器的调制环节，可以实现对MMC内部环流交流分量的抑制和子模块电容电压均衡的控制，提高了模块化多电平换流器的故障穿越能力和工作的稳定性。

附图说明

图1为本发明提供的模块化多电平换流器逆变侧控制原理结构方框图，说明模块化多电平换流器主电路结构及模块化多电平换流器冗余容错模型预测控制原理；

图2为本发明提供的冗余容错控制目标函数计算示意图，说明模块化多电平换流器冗余容错模型预测控制目标函数，即交流电流跟踪目标函数、子模块电容电压均衡目标函数以及环流抑制目标函数的计算过程；

附图或文中所用标号清单为：

P_ref：有功功率给定值， Q_ref：无功功率给定值，

u_sa(t)：t时刻a相交流电压实际值， u_sb(t)：t时刻b相交流电压实际值，

u_sc(t)：t时刻c相交流电压实际值， i_dref(t)：t时刻d轴交流电流给定值，

i_qref(t)：t时刻q轴交流电流给定值， i_aref(t)：t时刻a相交流电流给定值，

i_bref(t)：t时刻b相交流电流给定值， i_cref(t)：t时刻c相交流电流给定值，

i_acir(t)：t时刻a相环流实际值， i_bcir(t)：t时刻b相环流实际值，

i_ccir(t)：t时刻c相环流实际值， i_sa(t)：t时刻a相交流电流实际值，

i_sb(t)：t时刻b相交流电流实际值， i_sc(t)：t时刻c相交流电流实际值，

N_normal：桥臂正常运行子模块个数， u_sd(t)：t时刻交流电压d轴实际值，

u_sq(t)：t时刻交流电压q轴实际值， i_jp(t)：t时刻j相上桥臂电流实际值，

i_jl(t)：t时刻j相下桥臂电流实际值， J_{1min_j}：j相目标函数J_{1_j}的最小值，

S_{j min}：j相对应J_{1min_j}的开关状态， u_jciradd：j相环流抑制补偿电平，

J_{cir min j}：j相环流抑制目标函数最小值， C：子模块电容值，

S_{j min_cir}：j相对应J_{cir min j}的开关状态， T_s：采样周期，

U_dc：直流侧电压， i_dc：直流侧电流，

α_AC：交流电流跟踪权重系数， α_c：子模块电容电压均衡权重系数，

L'：等效交流侧电感和桥臂电感， u_SMref：子模块电容电压给定值，

N：MMC桥臂额定子模块个数， L_arm：换流器桥臂电感，

i_jcir(t+T_s)：预测时刻j相环流，

J_{1_j}：所有开关状态j相综合目标函数值，即所有开关状态j相交流电流跟踪目标函数和所有开关状态j相子模块电容电压均衡目标函数值根据相应的权重系数计算得到的目标函数值，

J_cirj：所有环流抑制补偿电平j相环流抑制目标函数值，

J_{AC_j}：所有开关状态j相交流电流跟踪目标函数值，

i_jref(t+T_s)：预测时刻j相交流电流给定值，

i_{jcir_ref}(t+T_s)：预测时刻j相环流给定值，

i_prej(t+T_s)_k：第k个状态j相交流电流预测值，

J_{SM_j}：所有开关状态j相子模块电容电压均衡目标函数值，

u_{SM_jpsort}(t+T_s)：预测时刻j相上桥臂子模块电容电压排序矩阵，

u_{SM_jlsort}(t+T_s)：预测时刻j相下桥臂子模块电容电压排序矩阵，

u_{SM_jpsortr}(t+T_s)：j相上桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵第r个子模块电容电压，

u_{SM_jpsortr}(t+T_s)：j相下桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵第r个子模块电容电压，

u_SMjxi(t)(j＝a,b,c)(x＝p,l)：t时刻j相子模块电容电压实际值，

u_SMjxi(t+T_s)(i＝1,2,3,…,N_normal)：j相预测时刻子模块电容电压，

对应第k个状态预测时刻j相上桥臂子模块电容电压排序矩阵前k_p个子模块电容电压之和，

对应第k个状态预测时刻j相下桥臂子模块电容电压排序矩阵前k_l个子模块电容电压之和，

目标函数最小值J_{1min_j}对应的j相上桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_{p min}个子模块电容电压之和，

目标函数最小值J_{1min_j}对应的j相下桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_{l min}个子模块电容电压之和；

1、交流系统，2、变压器，3、交流侧电感，4、桥臂电阻，5、桥臂电感，6、(N+N_r)个子模块，7、直流电源，8、接地极。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图1，本发明的模块化多电平换流器逆变侧主电路结构包括：

交流系统1，与变压器2相连接。变压器2，与交流侧电感3和交流系统1相连接。交流侧电感3，与变压器2和桥臂电阻4相连接，是交流侧与模块化多电平换流器能量交换的纽带，同时也起到一定的滤波作用。桥臂电阻4，与交流侧电感3和桥臂电感5相连接。桥臂电感5，与桥臂电阻4和(N+N_r)个子模块6相连接，起到一定的环流抑制作用。桥臂(N+N_r)个子模块6，与桥臂电感5和直流电源7正极相连接。直流电源7，与桥臂(N+N_r)个子模块6和接地极8相连接。

参见图1，本发明所提供的模块化多电平换流器逆变侧采用冗余容错模型预测控制策略，包括如下步骤：

第一步：u_sj(j＝a,b,c)测量模块对模块化多电平换流器交流侧电压进行采样，采样周期为T_s，得到三相交流电压t时刻实际值u_sa(t)、u_sb(t)、u_sc(t)；

第二步：三相交流电压t时刻实际值u_sa(t)、u_sb(t)、u_sc(t)经过三相静止坐标系到两相旋转坐标系的坐标变换输出t时刻两相旋转坐标系下交流电压实际值u_sd(t)和u_sq(t)；

第三步：有功功率给定值P_ref与相除，得到t时刻d轴交流电流给定值i_dref(t)；

第四步：无功功率给定值Q_ref与相除，得到t时刻q轴交流电流给定值i_qref(t)；

第五步：i_dref(t)和i_qref(t)经过两相旋转坐标系到三相静止坐标系的坐标变换输出t时刻三相静止坐标系下交流电流给定值i_aref(t)、i_bref(t)、i_cref(t)；

第六步：u_SMjxi(j＝a,b,c)(x＝p,l)测量模块对模块化多电平换流器所有子模块电容电压进行采样，采样周期为T_s，得到所有子模块电容电压t时刻实际值u_SMjxi(t)；

第七步：i_jx测量模块对模块化多电平换流器所有桥臂电流进行采样，采样周期为T_s，得到所有桥臂电流t时刻实际值i_ap(t)、i_bp(t)、i_cp(t)、i_al(t)、i_bl(t)、i_cl(t)；

第八步：根据各个桥臂正常运行子模块数量确定各个桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵u_{SM_apsort}(t+T_s)、u_{SM_alsort}(t+T_s)、u_{SM_bpsort}(t+T_s)、u_{SM_blsort}(t+T_s)、u_{SM_cpsort}(t+T_s)、u_{SM_clsort}(t+T_s)的个数，故障子模块不进行电容电压排序环节；

第九步：i_sj测量模块对模块化多电平换流器的交流电流进行采样，采样周期为T_s，得到三相交流电流t时刻实际值i_sa(t)、i_sb(t)、i_sc(t)；

第十步：i_jcir测量模块对模块化多电平换流器的环流进行采样，采样周期为T_s，得到三相环流t时刻实际值i_acir(t)、i_bcir(t)、i_ccir(t)；

第十一步：根据测量的实际值、预测时刻给定值和目标函数，计算所有可能状态下的目标函数，选取目标函数最小值，将目标函数最小值对应的开关状态作为下一时刻的开关状态输入到MMC中，实现对MMC的控制。

参见图2，所述模块化多电平换流器冗余容错模型预测控制目标函数计算的具体步骤如下：

第一步：根据各个桥臂子模块电容电压t时刻实际值u_SMjxi(t)和所有桥臂电流t时刻实际值i_ap(t)、i_bp(t)、i_cp(t)、i_al(t)、i_bl(t)、i_cl(t)，计算模块化多电平换流器所有开关状态下各个桥臂正常子模块电容电压预测值u_SMjxi(t+T_s)(i＝1,2,3,…,N_normal)；

第二步：对各个桥臂正常运行的子模块电容电压预测值u_SMjxi(t+T_s)分别按照各个桥臂电流的方向进行排序，若桥臂电流为子模块电容充电方向，则预测时刻子模块电容电压按照升序进行排列，并依次记录到预测时刻子模块电容电压排序矩阵u_{SM_apsort}(t+T_s)、u_{SM_alsort}(t+T_s)、u_{SM_bpsort}(t+T_s)、u_{SM_blsort}(t+T_s)、u_{SM_cpsort}(t+T_s)、u_{SM_clsort}(t+T_s)中，若桥臂电流为子模块电容放电方向，则预测时刻子模块电容电压按照降序进行排列，并依次记录到预测时刻子模块电容电压排序矩阵u_{SM_apsort}(t+T_s)、u_{SM_alsort}(t+T_s)、u_{SM_bpsort}(t+T_s)、u_{SM_blsort}(t+T_s)、u_{SM_cpsort}(t+T_s)、u_{SM_clsort}(t+T_s)中；

第三步：从预测时刻子模块电容电压排序矩阵的首端开始选取子模块，根据i_sa(t)、i_sb(t)、i_sc(t)和各个桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵，计算模块化多电平换流器所有开关状态下三相交流电流预测值i_prea(t+T_s)_k、i_preb(t+T_s)_k、i_prec(t+T_s)_k，分别与预测时刻交流电流给定值i_aref(t+T_s)、i_bref(t+T_s)、i_cref(t+T_s)相比较，分别计算得到各个相所有开关状态交流电流跟踪目标函数值J_{AC_a}、J_{AC_b}、J_{AC_c}；

第四步：由正常运行子模块电容电压t时刻实际值、各个桥臂电流t时刻实际值计算正常运行子模块电容电压预测值，并与子模块电容电压给定值u_SMref相比较，分别计算得到各个相所有开关状态子模块电容电压均衡目标函数值J_{SM_a}、J_{SM_b}、J_{SM_c}；

第五步：根据J_{1_j}＝α_ACJ_{AC_j}+α_cJ_{SM_j}分别计算各个相(N+1)种开关状态的目标函数J_{1_j}，其中α_AC和α_c分别为交流电流跟踪权重系数和子模块电容电压均衡权重系数，选取目标函数的最小值，记为J_{1min_a}、J_{1min_b}、J_{1min_c}，记录目标函数最小值对应的开关状态S_{a min}、S_{b min}、S_{c min}和对应的各个桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_jxmin个子模块电容电压之和

第六步：根据三相环流t时刻实际值i_acir(t)、i_bcir(t)、i_ccir(t)、目标函数最小值J_{1min_a}、J_{1min_b}、J_{1min_c}对应的开关状态S_{a min}、S_{b min}、S_{c min}、目标函数最小值J_{1min_a}、J_{1min_b}、J_{1min_c}对应的各个桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_jxmin个子模块电容电压之和 预测时刻环流给定值以及环流抑制补偿电平u_jciradd计算三相各个环流抑制电平下环流预测值和环流抑制目标函数J_cira、J_cirb、J_circ，并选取其中的最小值J_{cir min a}、J_{cir min b}、J_{cir min c}，记录环流抑制目标函数最小值对应的开关状态S_{a min_cir}、S_{b min_cir}、S_{c min_cir}，若某相环流抑制目标函数最小值对应的环流抑制补偿电平为正，则该相的上、下桥臂需同时增加投入子模块的个数，即开关状态S_{a min}、S_{b min}、S_{c min}需进行改变，上、下桥臂同时增加投入的子模块选取对应桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵中未被选择投入且排位靠前的子模块，那么调整后对应的开关状态为S_{a min_cir}、S_{b min_cir}、S_{c min_cir}，若某相环流抑制目标函数最小值对应的环流抑制补偿电平为负，则该相的上、下桥臂需同时切除相同数量的子模块，即开关状态S_{a min}、S_{b min}、S_{c min}需进行改变，上、下桥臂同时切除的子模块选取对应桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵靠后且选择投入的子模块，那么调整后对应的开关状态为S_{a min_cir}、S_{b min_cir}、S_{c min_cir}，若某相环流抑制目标函数最小值对应的环流抑制补偿电平为0，则该相的上、下桥臂不需要同时投入或切除子模块，即开关状态S_{a min}、S_{b min}、S_{c min}不需要进行调整，那么开关状态S_{a min_cir}、S_{b min_cir}、S_{c min_cir}与S_{a min}、S_{b min}、S_{c min}一致；

第七步：将S_{a min_cir}、S_{b min_cir}、S_{c min_cir}输送到模块化多电平换流器中，作为下一时刻模块化多电平换流器的开关状态。

本发明中的交流电流预测值的数学模型为：

其中，i_prej(t+T_s)_k为第k个状态j相交流电流预测值；为对应第k个状态预测时刻j相上桥臂子模块电容电压排序矩阵前k_p个子模块电容电压之和；为对应第k个状态预测时刻j相下桥臂子模块电容电压排序矩阵前k_l个子模块电容电压之和；u_{SM_jpsortr}(t+T_s)为预测时刻j相上桥臂子模块电容电压排序矩阵第r个子模块电容电压；u_{SM_jlsortr}(t+T_s)为预测时刻j相下桥臂子模块电容电压排序矩阵第r个子模块电容电压；T_s为采样周期；L'为等效交流侧电感和桥臂电感；i_sj(t)为t时刻j相交流电流实际值；u_sj(t+T_s)为三相交流电流预测值，采样周期很小时，u_sj(t+T_s)可以近似为u_sj(t)。

本发明中的交流电流跟踪目标函数为：

J_{AC_j}＝|i_jref(t+T_s)-i_prej(t+T_s)_k|

其中，i_jref(t+T_s)为预测时刻j相交流电流给定值，采样周期很小时，i_jref(t+T_s)可以近似为i_jref(t)。

本发明中的交流电流跟踪目标函数是确保模块化多电平换流器交流侧电流跟踪交流电流给定值，其通过所有开关状态下对应的各个桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_jx个子模块电容电压之和以及三相交流电流实际值计算交流电流预测值，将交流电流预测值与预测时刻交流电流给定值相比较，得到交流电流跟踪目标函数值；子模块电容电压均衡为实现模块化多电平换流器内部正常运行子模块电容电压稳定在子模块电容电压给定值附近，其通过桥臂电流和正常运行子模块电容电压实际值计算得到子模块电容电压预测值，并将子模块电容电压预测值与子模块电容电压给定值相比较，得到子模块电容电压均衡目标函数值，将交流电流跟踪目标函数和子模块电容电压均衡目标函数依据一定的权重系数计算得到目标函数值J_{1_j}(j＝a,b,c)，并选取其中的最小值J_{1min_j}，记录最小值对应的开关状态及对应的各个桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_jxmin个子模块电容电压之和；环流抑制目标是实现抑制模块化多电平换流器内部环流交流分量，其通过环流抑制补偿电平、环流实际值、目标函数最小值J_{1min_j}对应的开关状态、以及目标函数最小值J_{1min_j}对应的各个桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_jxmin个子模块电容电压之和，将环流预测值与环流给定值相比较，得到环流抑制目标函数值。

本发明中的子模块电容电压预测值的数学模型为：

其中，u_SMjxi(t+T_s)为j相预测时刻子模块电容电压；u_SMjxi(t)为t时刻j相子模块电容电压实际值；C为子模块电容值；为t时刻j相上、下桥臂电流实际值。

本发明中的子模块电容电压均衡目标函数为：

其中，N_normal为桥臂正常运行子模块个数；u_SMref为子模块电容电压给定值，为直流侧电压；N为MMC桥臂额定子模块个数。

本发明中的计算子模块电容电压预测值时，只需计算正常运行的子模块即可。

本发明中的环流预测值的数学模型为：

其中，(d为正整数)为j相环流抑制补偿电平；i_jcir(t+T_s)为预测时刻j相环流；L_arm为换流器桥臂电感；为目标函数最小值J_{1min_j}对应的j相上桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_{p min}个子模块电容电压之和；为目标函数最小值J_{1min_j}对应的j相下桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_{l min}个子模块电容电压之和；i_jcir(t)为t时刻j相环流实际值。

本发明中的环流抑制目标函数为：

J_cirj＝|i_{jcir_ref}(t+T_s)-i_jcir(t+T_s)|

其中，i_{jcir_ref}(t+T_s)为预测时刻j相环流给定值，i_dc为直流侧电流。

本发明中的目标函数J₁计算(N+1)次，其中N表示MMC桥臂额定子模块个数。

本发明中的环流抑制补偿电平u_jciradd可以根据模块化多电平换流器实际情况进行调整。

本发明中的α_AC交流电流跟踪权重系数和α_c子模块电容电压均衡权重系数需根据模块化多电平换流器实际运行情况酌情进行取值。

本发明中的采样周期T_s的取值要适当，以不影响模块化多电平换流器工作和保持较好的控制效果为前提。

本发明中的子模块电容电压排序矩阵为子模块电容电压预测值进行排序。

本发明中的冗余容错控制方法，首先根据交流电流跟踪目标函数、子模块电容电压均衡及其相应的权重系数，计算得到两个目标函数的综合目标函数最小值，并将此目标函数最小值对应的开关状态和目标函数最小值J_{1min_j}对应的各个桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_jxmin个子模块电容电压之和输送到环流抑制目标函数计算中，基于环流抑制目标函数的最小值调整综合目标函数最小值对应的开关状态。

上述计算所有开关状态下目标函数，交流电流跟踪误差绝对值J_{AC_a}、J_{AC_b}、J_{AC_c}的计算中子模块的选取是从各个桥臂子模块电容电压排序矩阵的首端开始，然后依次进行。

综上所述，本发明提供的模块化多电平换流器冗余容错控制方法采用模块化多电平换流器冗余容错模型预测控制策略，对模块化多电平换流器进行冗余容错模型预测控制，所述冗余容错模型预测控制包含交流电流跟踪、子模块电容电压均衡、环流抑制三个控制目标，每个控制目标定义一个目标函数，其中，交流电流跟踪目标函数计算MMC所有可能开关状态的目标函数值，子模块电容电压均衡目标函数计算MMC所有可能开关状态下的数值，并通过交流电流跟踪权重系数和子模块电容电压均衡权重系数计算两个目标函数的综合目标函数值，选取其中的最小值，并记录综合目标函数最小值对应的开关状态S_{j min}和对应的预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_jxmin(j＝a,b,c)(x＝p,l)个子模块电容电压之和环流抑制目标函数为计算所有环流抑制电平下目标函数值，选取环流抑制目标函数的最小值，根据环流抑制目标函数最小值对应的环流抑制补偿电平调整开关状态S_{j min}和将调整后的开关状态S_{j min_cir}输入到MMC中，作为下一时刻MMC的开关状态，实现在冗余容错状况下模块化多电平换流器的环流抑制和子模块电容电压均衡。

Claims (9)

1.一种模块化多电平换流器冗余容错控制方法，所述方法在模块化多电平换流器交流侧设置逆变控制器，对模块化多电平换流器进行冗余容错模型预测控制，所述冗余容错模型预测控制包含交流电流跟踪、子模块电容电压均衡、环流抑制三个控制目标，每个控制目标定义一个目标函数，其中，交流电流跟踪目标函数计算MMC所有可能开关状态的目标函数值，子模块电容电压均衡目标函数计算MMC所有可能开关状态下的数值，并通过交流电流跟踪权重系数和子模块电容电压均衡权重系数计算两个目标函数的综合目标函数值，选取其中的最小值，并记录综合目标函数最小值对应的开关状态S_jmin和对应的预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_jxmin(j＝a,b,c)(x＝p,l)个子模块电容电压之和环流抑制目标函数为计算所有环流抑制电平下目标函数值，选取环流抑制目标函数的最小值，根据环流抑制目标函数最小值对应的环流抑制补偿电平调整开关状态S_jmin和将调整后的开关状态S_{jmin_cir}输入到MMC中，作为下一时刻MMC的开关状态，实现在冗余容错状况下模块化多电平换流器的环流抑制和子模块电容电压均衡。

2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器冗余容错控制方法，其特征是，所述模型预测控制策略的具体步骤如下：

a.u_sj(j＝a,b,c)测量模块对模块化多电平换流器交流侧电压进行采样，采样周期为T_s，得到三相交流电压t时刻实际值u_sa(t)、u_sb(t)、u_sc(t)；

b.三相交流电压t时刻实际值u_sa(t)、u_sb(t)、u_sc(t)经过三相静止坐标系到两相旋转坐标系的坐标变换输出t时刻两相旋转坐标系下交流电压实际值u_sd(t)和u_sq(t)；

c.有功功率给定值P_ref与相除，得到t时刻d轴交流电流给定值i_dref(t)；

d.无功功率给定值Q_ref与相除，得到t时刻q轴交流电流给定值i_qref(t)；

e.i_dref(t)和i_qref(t)经过两相旋转坐标系到三相静止坐标系的坐标变换输出t时刻三相静止坐标系下交流电流给定值i_aref(t)、i_bref(t)、i_cref(t)；

f.u_SMjxi(j＝a,b,c)(x＝p,l)测量模块对模块化多电平换流器所有子模块电容电压进行采样，采样周期为T_s，得到所有子模块电容电压t时刻实际值u_SMjxi(t)；

g.i_jx测量模块对模块化多电平换流器所有桥臂电流进行采样，采样周期为T_s，得到所有桥臂电流t时刻实际值i_ap(t)、i_bp(t)、i_cp(t)、i_al(t)、i_bl(t)、i_cl(t)；

h.根据各个桥臂正常运行子模块数量确定各个桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵u_{SM_apsort}(t+T_s)、u_{SM_alsort}(t+T_s)、u_{SM_bpsort}(t+T_s)、u_{SM_blsort}(t+T_s)、u_{SM_cpsort}(t+T_s)、u_{SM_clsort}(t+T_s)的个数，故障子模块不进行电容电压排序环节；

j.i_sj测量模块对模块化多电平换流器的交流电流进行采样，采样周期为T_s，得到三相交流电流t时刻实际值i_sa(t)、i_sb(t)、i_sc(t)；

k.i_jcir测量模块对模块化多电平换流器的环流进行采样，采样周期为T_s，得到三相环流t时刻实际值i_acir(t)、i_bcir(t)、i_ccir(t)；

l.根据各个桥臂子模块电容电压t时刻实际值u_SMjxi(t)和所有桥臂电流t时刻实际值i_ap(t)、i_bp(t)、i_cp(t)、i_al(t)、i_bl(t)、i_cl(t)，计算模块化多电平换流器所有开关状态下各个桥臂正常子模块电容电压预测值u_SMjxi(t+T_s)(i＝1,2,3,…,N_normal)；

m.对各个桥臂正常运行的子模块电容电压预测值u_SMjxi(t+T_s)分别按照各个桥臂电流的方向进行排序，若桥臂电流为子模块电容充电方向，则预测时刻子模块电容电压按照升序进行排列，并依次记录到预测时刻子模块电容电压排序矩阵u_{SM_apsort}(t+T_s)、u_{SM_alsort}(t+T_s)、u_{SM_bpsort}(t+T_s)、u_{SM_blsort}(t+T_s)、u_{SM_cpsort}(t+T_s)、u_{SM_clsort}(t+T_s)中，若桥臂电流为子模块电容放电方向，则预测时刻子模块电容电压按照降序进行排列，并依次记录到预测时刻子模块电容电压排序矩阵u_{SM_apsort}(t+T_s)、u_{SM_alsort}(t+T_s)、u_{SM_bpsort}(t+T_s)、u_{SM_blsort}(t+T_s)、u_{SM_cpsort}(t+T_s)、u_{SM_clsort}(t+T_s)中；

n.从预测时刻子模块电容电压排序矩阵的首端开始选取子模块，根据i_sa(t)、i_sb(t)、i_sc(t)和各个桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵，计算模块化多电平换流器所有开关状态下三相交流电流预测值i_prea(t+T_s)_k、i_preb(t+T_s)_k、i_prec(t+T_s)_k，分别与预测时刻交流电流给定值i_aref(t+T_s)、i_bref(t+T_s)、i_cref(t+T_s)相比较，分别计算得到各个相所有开关状态交流电流跟踪目标函数值J_{AC_a}、J_{AC_b}、J_{AC_c}；

o.由正常运行子模块电容电压t时刻实际值、各个桥臂电流t时刻实际值计算正常运行子模块电容电压预测值，并与子模块电容电压给定值u_SMref相比较，分别计算得到各个相所有开关状态子模块电容电压均衡目标函数值J_{SM_a}、J_{SM_b}、J_{SM_c}；

p.根据J_{1_j}＝α_ACJ_{AC_j}+α_cJ_{SM_j}分别计算各个相(N+1)种开关状态的目标函数J_{1_j}，其中α_AC和α_c分别为交流电流跟踪权重系数和子模块电容电压均衡权重系数，选取目标函数的最小值，记为J_{1min_a}、J_{1min_b}、J_{1min_c}，记录目标函数最小值对应的开关状态S_amin、S_bmin、S_cmin和对应的各个桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_jxmin个子模块电容电压之和

q.根据三相环流t时刻实际值i_acir(t)、i_bcir(t)、i_ccir(t)、目标函数最小值J_{1min_a}、J_{1min_b}、J_{1min_c}对应的开关状态S_amin、S_bmin、S_cmin、目标函数最小值J_{1min_a}、J_{1min_b}、J_{1min_c}对应的各个桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_jxmin个子模块电容电压之和 预测时刻环流给定值以及环流抑制补偿电平u_jciradd计算三相各个环流抑制电平下环流预测值和环流抑制目标函数J_cira、J_cirb、J_circ，并选取其中的最小值J_cirmina、J_cirminb、J_cirminc，记录环流抑制目标函数最小值对应的开关状态S_{amin_cir}、S_{bmin_cir}、S_{cmin_cir}，若某相环流抑制目标函数最小值对应的环流抑制补偿电平为正，则该相的上、下桥臂需同时增加投入子模块的个数，即开关状态S_amin、S_bmin、S_cmin需进行改变，上、下桥臂同时增加投入的子模块选取对应桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵中未被选择投入且排位靠前的子模块，那么调整后对应的开关状态为S_{amin_cir}、S_{bmin_cir}、S_{cmin_cir}，若某相环流抑制目标函数最小值对应的环流抑制补偿电平为负，则该相的上、下桥臂需同时切除相同数量的子模块，即开关状态S_amin、S_bmin、S_cmin需进行改变，上、下桥臂同时切除的子模块选取对应桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵靠后且选择投入的子模块，那么调整后对应的开关状态为S_{amin_cir}、S_{bmin_cir}、S_{cmin_cir}，若某相环流抑制目标函数最小值对应的环流抑制补偿电平为0，则该相的上、下桥臂不需要同时投入或切除子模块，即开关状态S_amin、S_bmin、S_cmin不需要进行调整，那么开关状态S_{amin_cir}、S_{bmin_cir}、S_{cmin_cir}与S_amin、S_bmin、S_cmin一致；

r.将S_{amin_cir}、S_{bmin_cir}、S_{cmin_cir}输送到模块化多电平换流器中，作为下一时刻模块化多电平换流器的开关状态。

3.根据权利要求2所述的模块化多电平换流器冗余容错控制方法，其特征在于，所述交流电流预测值的数学模型为：

$i_{prej}{(t+T_s)}_k=T_s\[\frac{u_{sj}(t+T_s)}{L^{\′}}-\frac{\stackrel{k_{jl}}{\Σ}{u}_{SM\_jlsortr}(t+T_s)-\stackrel{k_{jp}}{\Σ}{u}_{SM\_jpsortr}(t+T_s)}{2L^{\′}}\]+i_{sj}\left(t\right)$

其中，i_prej(t+T_s)_k为第k个状态j相交流电流预测值；为对应第k个状态预测时刻j相上桥臂子模块电容电压排序矩阵前k_p个子模块电容电压之和；为对应第k个状态预测时刻j相下桥臂子模块电容电压排序矩阵前k_l个子模块电容电压之和；u_{SM_jpsortr}(t+T_s)为预测时刻j相上桥臂子模块电容电压排序矩阵第r个子模块电容电压；u_{SM_jlsortr}(t+T_s)为预测时刻j相下桥臂子模块电容电压排序矩阵第r个子模块电容电压；T_s为采样周期；L'为等效交流侧电感和桥臂电感；i_sj(t)为t时刻j相交流电流实际值；u_sj(t+T_s)为三相交流电流预测值，采样周期很小时，u_sj(t+T_s)可以近似为u_sj(t)。

4.根据权利要求3所述的模块化多电平换流器冗余容错控制方法，其特征在于，所述交流电流跟踪目标函数为：

J_{AC_j}＝|i_jref(t+T_s)-i_prej(t+T_s)_k|

其中，i_jref(t+T_s)为预测时刻j相交流电流给定值，采样周期很小时，i_jref(t+T_s)可以近似为i_jref(t)；

所述子模块电容电压预测值的数学模型为：

其中，u_SMjxi(t+T_s)为j相预测时刻子模块电容电压；u_SMjxi(t)为t时刻j相子模块电容电压实际值；C为子模块电容值；为t时刻j相上、下桥臂电流实际值。

5.根据权利要求4所述的模块化多电平换流器冗余容错控制方法，其特征在于，所述子模块电容电压均衡目标函数为：

$J_{SM\_j}=\underset{i=1}{\overset{N_{normal}}{\Σ}}|u_{SMref}-u_{SMjxi}(t+T_s)|$

其中，N_normal为桥臂正常运行子模块个数；u_SMref为子模块电容电压给定值，U_dc为直流侧电压；N为MMC桥臂额定子模块个数。

6.根据权利要求5所述的模块化多电平换流器冗余容错控制方法，其特征在于，计算子模块电容电压预测值时，只需计算正常运行的子模块即可。

7.根据权利要求6所述的模块化多电平换流器冗余容错控制方法，其特征在于，所述环流预测值的数学模型为：

$\begin{array}{c}{i}_{jcir}(t+T_s)=\frac{T_s}{2L_{arm}}\[U_{dc}-\left(\stackrel{k_{jp\min }}{\Σ}{u}_{SM\_jpsortr}\right(t+T_s)+u_{jciradd})-\\ \left(\stackrel{k_{jl\min }}{\Σ}{u}_{SM\_jlsortr}\right(t+T_s)+u_{jciradd})\]+i_{jcir}\left(t\right)\end{array}$

其中，(d为正整数)为j相环流抑制补偿电平；i_jcir(t+T_s)为预测时刻j相环流；L_arm为换流器桥臂电感；为目标函数最小值J_{1min_j}对应的j相上桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_pmin个子模块电容电压之和；为目标函数最小值J_{1min_j}对应的j相下桥臂预测时刻子模块电容电压排序矩阵前k_lmin个子模块电容电压之和；i_jcir(t)为t时刻j相环流实际值。

8.根据权利要求7所述的模块化多电平换流器冗余容错控制方法，其特征在于，所述环流抑制目标函数为：

J_cirj＝|i_{jcir_ref}(t+T_s)-i_jcir(t+T_s)|

其中，i_{jcir_ref}(t+T_s)为预测时刻j相环流给定值，i_dc为直流侧电流。

9.根据权利要求8所述的模块化多电平换流器冗余容错控制方法，其特征在于，所述目标函数J₁计算(N+1)次，其中N表示MMC桥臂额定子模块个数。