CN108683324A - 模块化多电平换流器的子模块快速均压控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种模块化多电平换流器的子模块快速均压控制方法，包括以下步骤：根据T‑1控制周期排序结果，将每个桥臂上的子模块分成投入组和切除组，记录投入组和切除组的组内子模块电压顺序；同时，记录T‑1控制周期桥臂电流的方向及切除组中子模块和投入组中子模块的数量，根据子模块数量进行不同操作。由系统的调制策略得到本周期应当投入的子模块个数k，判断桥臂电流的方向，若是给子模块充电，则将有序序列中电压最低的k个模块投入；若是给子模块放电，则将有序序列中电压最高的k个模块投入，并分别记录。其为解决传统的模块化多电平换流器在子模块数量较多时电压均衡策略计算量庞大的问题，提出一种能够显著降低计算量的子模块快速均压方法。
Description
技术领域
本发明属输配电技术领域，具体地说本发明涉及一种模块化多电平换流器的子模块快速均压控制方法。
背景技术
模块化多电平换流器在高压大功率领域得到广泛应用，然而桥臂各子模块触发过程和电容参数的差异将带来电容电压不平衡的问题。随着功率和电压等级的不断提高，换流器所需要的子模块个数逐渐增加，基于排序算法的传统均压方法需要对所有模块进行实时全排序，占据控制器大量计算资源，导致系统运行速度下降甚至影响控制器的电流动态追踪性能。
如何在保证子模块均压效果的同时尽可能地降低子模块均衡策略的计算量是模块化多电平换流器实际应用中急需解决的一个问题。本发明提出的一种模块化多电平换流器的子模块快速均压控制方法，基于传统的均压策略，分析子模块运行过程中的投切规律，并结合T-1控制周期中的排序结果和桥臂电流的历史信息提出一种无须排序的快速均压方法，在保证子模块均压效果的同时有效降低了算法计算量。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明为解决传统的模块化多电平换流器在子模块数量较多时电压均衡策略计算量庞大的问题，提出一种能够显著降低计算量的子模块快速均压方法。
本发明提供一种模块化多电平换流器的子模块快速均压控制方法，其包括以下步骤：
S1、根据T-1控制周期排序结果，将每个桥臂上的子模块分成投入组和切除组，分别记录投入组和切除组的组内子模块电压顺序；同时，记录T-1控制周期桥臂电流的方向及切除组中子模块和投入组中子模块的数量，当桥臂电流给子模块电容充电时，如果切除组中子模块数量小于投入组中子模块数量，则转入步骤S2,如果切除组中子模块数量大于投入组中子模块数量，则转入步骤S3；
当桥臂电流给子模块电容放电时，如果切除组中子模块数量小于投入组中子模块的数量，则转入步骤S4，如果切除组中子模块数量大于投入组中子模块数量，则转入步骤S5；
S2、将切除组中的子模块按照电压由高到低的顺序依次插入到投入组中，得到完整的子模块有序序列；
S3、将投入组中的子模块按照由低到高的顺序依次插入到切除组中，得到完整的子模块有序序列；
S4、将切除组中的子模块按照电压由低到高的顺序依次插入到投入组中，得到完整的子模块有序序列；
S5、将投入组中的子模块按照由高到低的顺序依次插入到切除组中，得到完整的子模块有序序列；
S6、由系统的调制策略得到本周期应当投入的子模块个数k，判断桥臂电流的方向，若是给子模块充电，则将有序序列中电压最高的k个模块投入；若是给子模块放电，则将有序序列中电压最低的k个模块投入，并分别记录。
优选地，步骤S2中，切除组模块插入投入组的具体方法是：假设切除组子模块i1插入投入组子模块中，投入组子模块按照由低到高的顺序与之比较，直到i1小于投入组中的某一子模块电压j1，则子模块i1插入后结束插入；若j1为投入组最低电压，则切除组中所有比i1电压低的子模块插入后结束插入。
优选地，步骤S3中，投入组模块插入切除组的具体方法是：假设投入组子模块i11插入切除组中，切除组子模块按照由高到低的顺序与之比较，直到i11大于切除组中的某一子模块电压j11，则子模块i11插入后结束插入，若j11为切除组最高电压，则投入组所有比i11电压高的子模块插入后结束插入。
优选地，步骤S4中，切除组模块插入投入组的具体方法是：假设切除组子模块i2插入投入组中，投入组子模块按照由高到低的顺序与之比较，直到i2大于投入组中的某一子模块电压j2，则子模块i2插入后结束插入，若j2为投入组最高电压，则切除组所有比i2电压高的子模块插入后结束插入。
优选地，步骤S5中，投入组模块插入切除组的具体方法是：假设投入组子模块i22插入切除组中，切除组子模块按照由低到高的顺序与之比较，直到i22小于切除组中的某一子模块电压j22，则子模块i22插入后结束插入，若j22为切除组最低电压，则投入组所有比i22电压低的子模块插入后结束插入。
优选地，S6中的调整策略为最近电平逼近调制策略，其具体为利用阶梯波不断逼近调制波波形，通过对调制波的瞬时值和子模块电压额定值的比值进行四舍五入取整，得到各控制周期内应当投入的子模块个数k。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出的一种模块化多电平换流器的子模块快速均压控制方法，将子模块电压分为投入组和切除组，利用投入组和切除组子模块电压在相同时间内各自组内顺序不变的特点，并结合子模块电容充放电和投切子模块数量关系的历史信息，提出了一种无须排序的快速均压方法，能够精确控制子模块电压波动，提高均压策略的响应速度。
附图说明
图1是本发明的工作流程图；
图2是本发明的T-1控制周期子模块电容充电时切除组插入投入组；
图3是本发明的T-1控制周期子模块电容充电时投入组插入切除组；
图4是本发明的T-1控制周期子模块电容放电时切除组插入投入组；
图5是本发明的T-1控制周期子模块电容放电时投入组插入切除组。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
本发明提供一种模块化多电平换流器的子模块快速均压控制方法，如图1所示，其包括以下步骤：
S1、根据T-1控制周期排序结果，将每个桥臂上的子模块分成投入组和切除组，分别记录投入组和切除组的组内子模块电压顺序；同时，记录T-1控制周期桥臂电流的方向及切除组中子模块和投入组中子模块的数量，当桥臂电流给子模块电容充电时，如果切除组中子模块数量小于投入组中子模块数量，则转入步骤S2,如果切除组中子模块数量大于投入组中子模块数量，则转入步骤S3。
当桥臂电流给子模块电容放电时，如果切除组中子模块数量小于投入组中子模块的数量，则转入步骤S4，如果切除组中子模块数量大于投入组中子模块数量，则转入步骤S5。
S2、T-1控制周期中，如果桥臂电流给子模块电容充电时，且切除组中子模块数量小于投入组中子模块数量，则投入组的子模块电压整体升高，切除组的子模块电压维持不变，将切除组中的子模块按照电压由高到低的顺序依次插入到投入组中，得到完整的子模块有序序列。
S3、如果桥臂电流给子模块电容充电时，且切除组中子模块数量大于投入组中子模块数量，则投入组的子模块电压维持不变，切除组的子模块电压整体升高，将投入组中的子模块按照由低到高的顺序依次插入到切除组中，得到完整的子模块有序序列。
S4、T-1控制周期中，如果桥臂电流给子模块电容放电时，且切除组中子模块数量小于投入组中子模块的数量，则投入组的子模块电压整体降低，切除组的子模块电压维持不变，将切除组中的子模块按照电压由低到高的顺序依次插入到投入组中，得到完整的子模块有序序列。
S5、如果桥臂电流给子模块电容放电时，且切除组中子模块数量小于投入组中子模块的数量，则投入组的子模块电压维持不变，切除组的子模块电压整体降低，将投入组中的子模块按照由高到低的顺序依次插入到切除组中，得到完整的子模块有序序列。
S6、由系统的调制策略得到本周期应当投入的子模块个数k，判断桥臂电流的方向，若是给子模块充电，则将有序序列中电压最高的k个模块投入；反之，则将有序序列中电压最低的k个模块投入，并分别记录。
优选地，由于子模块电容参数基本一致，开关器件近乎处于理想工作状态(即导通电阻较小，关断电阻较大)，因此投入组和切除组各自的子模块电压顺序在经历相同时间后保持不变。另外，桥臂上各子模块电容电压大小在正常运行时基本一致，故当T-1周期桥臂电流充电时，投入组电容电压大概率高于切除组；反之，投入组电容电压大概率低于切除组。因此，根据桥臂电流对子模块电容的充放电的历史信息，并比较T-1周期投入组和切除组中子模块数量大小，选择合适的插入过程和插入对象，快速形成当前控制周期的子模块有序序列。本发明主要利用上述的子模块运行规律对原有的控制策略进行优化。
优选地，步骤S2中，切除组模块插入投入组的具体方法是：假设切除组子模块i1插入投入组中，投入组子模块按照由低到高的顺序与之比较，直到i1小于投入组中的某一子模块电压j1，则子模块i1插入过程结束。若j1为投入组最低电压，则切除组所有比i1电压低的子模块插入过程结束。图2以10个子模块为例说明步骤2)的具体操作，切除组子模块按照9、7、2、1的顺序插入到投入组中，投入组子模块则是由低到高依次与插入元素进行比较。首先将子模块9、7插入正确的位置，插入子模块2时，由于子模块2小于投入组最低的子模块3，因此可将切除组中子模块2和1直接插入序列最后，插入过程结束。
优选地，步骤S3中，投入组模块插入切除组的具体方法是：假设投入组子模块i11插入切除组中，切除组子模块按照由高到低的顺序与之比较，直到i11大于切除组中的某一子模块电压j11，则子模块i11插入过程结束。若j11为切除组最高电压，则投入组所有比i11电压高的子模块插入过程结束。图3以10个子模块为例说明步骤3)的具体操作，投入组子模块按照1、2、7、9的顺序插入到切除组中，切除组子模块则是由高到低依次与插入元素进行比较。依次将子模块1、2、7、9插入正确的位置，插入过程结束。
优选地，步骤S4中，切除组模块插入投入组的具体方法是：假设切除组子模块i2插入投入组中，投入组子模块按照由高到低的顺序与之比较，直到i2大于投入组中的某一子模块电压j2，则子模块i2插入过程结束。若j2为投入组最高电压，则切除组所有比i2电压高的子模块插入过程结束。图4以10个子模块为例说明步骤4)的具体操作，切除组子模块按照1、2、7、9的顺序插入到投入组中，投入组子模块则是由高到低依次与插入元素进行比较。依次将子模块1、2、7、9插入正确的位置，插入过程结束。
优选地，步骤S5中，投入组模块插入切除组的具体方法是：假设投入组子模块i22插入切除组中，切除组子模块按照由低到高的顺序与之比较，直到i22小于切除组中的某一子模块电压j22，则子模块i22插入过程结束。若j22为切除组最低电压，则投入组所有比i22电压低的子模块插入过程结束。图5以10个子模块为例说明步骤5)的具体操作，投入组子模块按照9、7、2、1的顺序插入到投入组中，切除组子模块则是由低到高依次与插入元素进行比较。首先将子模块9、7插入正确的位置，插入子模块2时，由于子模块2小于切除组最低的子模块3，因此可将投入组中子模块2和1直接插入序列最后，插入过程结束。
S6、由系统的调制策略，如工程上应用的最近电平逼近调制得到第T周期应当投入的子模块个数k，判断桥臂电流的方向，若是给子模块充电，则将有序序列中电压最低的k个模块投入；若是给子模块放电，则将有序序列中电压最高的k个模块投入，并分别记录。工程上均采取最近电平逼近调制策略，利用阶梯波不断逼近调制波波形。通过对调制波瞬时值和子模块电压额定值的比值四舍五入取整，可得到各控制周期内应当投入的子模块个数k。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出的一种模块化多电平换流器的子模块快速均压控制方法，将子模块电压分为投入组和切除组，利用投入组和切除组子模块电压在相同时间内各自组内顺序不变的特点，并结合子模块电容充放电和投切子模块数量关系的历史信息，提出了一种无须排序的快速均压方法，能够精确控制子模块电压波动，提高均压策略的响应速度。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种模块化多电平换流器的子模块快速均压控制方法，其特征在于：其包括以下步骤：
S1、根据第T-1控制周期排序结果，将每个桥臂上的子模块分成投入组和切除组，分别记录投入组和切除组的组内子模块电压顺序；同时，记录所述第T-1控制周期桥臂电流的方向及切除组中子模块和投入组中子模块的数量，当桥臂电流给子模块电容充电时，如果切除组中子模块数量小于投入组中子模块数量，则转入步骤S2,如果切除组中子模块数量大于投入组中子模块数量，则转入步骤S3；
当桥臂电流给子模块电容放电时，如果切除组中子模块数量小于投入组中子模块的数量，则转入步骤S4，如果切除组中子模块数量大于投入组中子模块数量，则转入步骤S5；
S2、将切除组中的子模块按照电压由高到低的顺序依次插入到投入组中，得到完整的子模块有序序列,并转入步骤S6；
S3、将投入组中的子模块按照由低到高的顺序依次插入到切除组中，得到完整的子模块有序序列,并转入步骤S6；
S4、将切除组中的子模块按照电压由低到高的顺序依次插入到投入组中，得到完整的子模块有序序列,并转入步骤S6；
S5、将投入组中的子模块按照由高到低的顺序依次插入到切除组中，得到完整的子模块有序序列,并转入步骤S6；
S6、由调制策略得到第T周期应当投入的子模块个数k，判断桥臂电流的方向，若是给子模块充电，则将有序序列中电压最低的k个模块投入；若是给子模块放电，则将有序序列中电压最高的k个模块投入。
2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器的子模块快速均压控制方法，其特征在于：步骤S2中，切除组模块插入投入组的具体方法是：假设切除组子模块i1插入投入组子模块中，投入组子模块按照由低到高的顺序与之比较，直到i1小于投入组中的某一子模块电压j1，则子模块i1插入后结束插入；若j1为投入组最低电压，则切除组中所有比i1电压低的子模块插入后结束插入。
3.根据权利要求1或者2所述的模块化多电平换流器的子模块快速均压控制方法，其特征在于：步骤S3中，投入组模块插入切除组的具体方法是：假设投入组子模块i11插入切除组中，切除组子模块按照由高到低的顺序与之比较，直到i11大于切除组中的某一子模块电压j11，则子模块i11插入后结束插入，若j11为切除组最高电压，则投入组所有比i11电压高的子模块插入后结束插入。
4.根据权利要求3所述的模块化多电平换流器的子模块快速均压控制方法，其特征在于：步骤S4中，切除组模块插入投入组的具体方法是：假设切除组子模块i2插入投入组中，投入组子模块按照由高到低的顺序与之比较，直到i2大于投入组中的某一子模块电压j2，则子模块i2插入后结束插入，若j2为投入组最高电压，则切除组所有比i2电压高的子模块插入后结束插入。
5.根据权利要求4所述的模块化多电平换流器的子模块快速均压控制方法，其特征在于：步骤S5中，投入组模块插入切除组的具体方法是：假设投入组子模块i22插入切除组中，切除组子模块按照由低到高的顺序与之比较，直到i22小于切除组中的某一子模块电压j22，则子模块i22插入后结束插入，若j22为切除组最低电压，则投入组所有比i22电压低的子模块插入后结束插入。
6.根据权利要求5所述的模块化多电平换流器的子模块快速均压控制方法，其特征在于：步骤S6中的调整策略为最近电平逼近调制策略，其具体为利用阶梯波不断逼近调制波波形，通过对调制波的瞬时值和子模块电压额定值的比值进行取整，得到各控制周期内应当投入的子模块个数k。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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