CN109274283A - 基于动态分层排序的控制mmc电容电压平衡的方法及系统 - Google Patents

基于动态分层排序的控制mmc电容电压平衡的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于动态分层排序的控制MMC电容电压平衡的方法及系统，属于电力系统数字仿真技术领域。本发明方法具体流程包括：计算阀臂各层电压高；计算阀臂中每个子模块所属层号，并根据每个子模块所属层号，统计各层子模块数目；根据阀臂投入子模块数目，确定排序层号及排序层投入子模块数目；根据电容电压平衡控制排序算法确定排序层的子模块投入或切除状态；根据阀臂电流方向，确定其他层子模块投入或切除状态。本发明仅需对某一层子模块电容电压进行排序，与传统的基于排序算法的电容电压平衡控制方法需对单个阀臂所有子模块电容电压进行排序相比，不影响传统的基于排序算法的电容电压平衡控制方法的控制效果的前提下，可大幅提升计算效率。

Description

基于动态分层排序的控制MMC电容电压平衡的方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统数字仿真技术领域，并且更具体地，涉及一种基于动态分层排序的控制MMC电容电压平衡的方法及系统。
背景技术
关于MMC的电容电压平衡控制国内外已有很多研究，主要实现途径有两种，一种是将电容电压平衡控制策略与调制策略结合，通过对每个子模块的调制参考波进行调整，达到电容电压平衡的控制目的，这类控制方法的控制复杂度随着子模块数目增加而增加，主要用于子模块数目少的小容量MMC换流器。另一种是基于排序算法的电容电压平衡控制方法。该方法将电容电压平衡控制策略与调制策略分开，调制策略控制子模块投切数目，而电容电压平衡控制则采用排序法对子模块电容电压进行平衡控制，根据电容电压排序结果、阀臂电流方向确定子模块的投入与切除，这种控制方法由于仅使用一个调制波，控制简单，适用于子模块数目多的大容量MMC换流器。
传统的基于排序算法的电容电压平衡控制方法的核心思想为：对每一个阀臂，将所有子模块的电容电压按照数值大小进行排序，根据充放电状态和排序结果决定哪些子模块处于投入状态：如果阀臂电流对投入的子模块电容充电，将投入该阀臂中电容电压偏低的子模块；如果阀臂电流对投入的子模块电容放电，则投入该阀臂中电容电压偏高的子模块，传统的基于排序算法的电容电压平衡控制方法可以保证任何时刻各子模块电容电压偏差最小，但因为方法需要对单个阀臂所有子模块电容电压进行排序，在子模块数目众多时，计算效率低，
发明内容
本发明的目的在于在保证达到传统的基于排序算法的电容电压平衡算法的控制效果的基础上，大幅提高了仿真计算效率，为MMC换流器实时仿真提供了条件，提出了一种基于动态分层排序的控制MMC电容电压平衡的方法，本发明方法包括：
计算阀臂各层电压高ΔUC，公式如下：
ΔUC＝(UCmax-UCmin)/NL (1)
式中，NL为预先设定的层数，UCmax为阀臂所有子模块电容电压的最大值，UCmin为阀臂所有子模块电容电压的最小值；
计算阀臂中每个子模块所属层号，并根据每个子模块所属层号，统计各层子模块数目，其中，第i个子模块所属层号LNO(i)计算公式如下：
LNO(i)＝int((UC(i)-UCmin)/ΔUC) (2)
其中，UC(i)为第i个子模块的电容电压，int为取整函数，i为子模块编号；
根据阀臂投入子模块数目，确定排序层号及排序层投入子模块数目；
根据电容电压平衡控制排序算法确定排序层j的子模块投入或切除状态；
根据阀臂电流方向，确定其他层子模块投入或切除状态。
可选的，排序层号及排序层投入子模块数目的确定，包括：如果阀臂电流为流出子模块，且第j～NL层子模块数目满足公式：
从最高层NL开始往下累加各层的子模块数目，直到第j层，累加子模块数目大于阀臂投入子模块数目，则可确定第j层为排序层，计算排序层投入子模块的数目公式如下：
其中，LNSM(i)为第i层子模块数目，SLNon为排序层投入子模块数目，Non为阀臂投入子模块数目，如果阀臂电流为流入子模块，且第1～j层子模块数目满足公式
即从第1层开始往上累加各层的子模块数目，直到第j层，累加子模块数目大于阀臂投入子模块数目，则可确定第j层为排序层，计算排序层投入子模块的数目计算公式如下：
可选的，排序层j的子模块的确定是将排序层子模块的电容电压按照数值大小进行排序，如果阀臂电流为流入子模块，投入该层电容电压偏低的子模块；如果阀臂电流为流出子模块，则投入该层中电容电压偏高的子模块。
可选的，确定其他层子模块投入或切除状态的确定是如果阀臂电流为流出子模块，投入第j+1层～第N层的所有子模块，切除第1层～第j-1层的所有子模块；如果阀臂电流为流入子模块，投入第1层～第j-1层的所有子模块，切除第j+1层～第N层的所有子模块。
本发明还提供一种基于动态分层排序的控制MMC电容电压平衡的系统，本发明系统包括：
电压高计算模块，计算阀臂各层电压高ΔUC，公式如下：
ΔUC＝(UCmax-UCmin)/NL
式中，NL为预先设定的层数，UCmax为阀臂所有子模块电容电压的最大值，UCmin为阀臂所有子模块电容电压的最小值；
子模块所属层号计算模块，计算阀臂中每个子模块所属层号，并根据每个子模块所属层号，统计各层子模块数目，其中，第i个子模块所属层号LNO(i)计算公式如下：
LNO(i)＝int((UC(i)-UCmin)/ΔUC)
其中，UC(i)为第i个子模块的电容电压，int为取整函数，i为子模块编号；
确定投入子模块数目模块，根据阀臂投入子模块数目，确定排序层号及排序层投入子模块数目；
确定排序层j的子模块状态模块，根据电容电压平衡控制排序算法确定排序层j的子模块投入或切除状态；
确定其他层子模块状态模块，根据阀臂电流方向，确定其他层子模块投入或切除状态。
可选的，排序层号及排序层投入子模块数目的确定，包括：如果阀臂电流为流出子模块，且第j～NL层子模块数目满足公式：
从最高层NL开始往下累加各层的子模块数目，直到第j层，累加子模块数目大于阀臂投入子模块数目，则可确定第j层为排序层，计算排序层投入子模块的数目公式如下：
其中，LNSM(i)为第i层子模块数目，SLNon为排序层投入子模块数目，Non为阀臂投入子模块数目，如果阀臂电流为流入子模块，且第1～j层子模块数目满足公式
从第1层开始往上累加各层的子模块数目，直到第j层，累加子模块数目大于阀臂投入子模块数目，则可确定第j层为排序层，计算排序层投入子模块的数目计算公式如下：
可选的，排序层j的子模块的确定是将排序层子模块的电容电压按照数值大小进行排序，如果阀臂电流为流入子模块，投入该层电容电压偏低的子模块；如果阀臂电流为流出子模块，则投入该层中电容电压偏高的子模块。
可选的，确定其他层子模块投入或切除状态的确定是如果阀臂电流为流出子模块，投入第j+1层～第N层的所有子模块，切除第1层～第j-1层的所有子模块；如果阀臂电流为流入子模块，投入第1层～第j-1层的所有子模块，切除第j+1层～第N层的所有子模块。
本发明的优点在于：
本发明通过简单的动态分层，仅需对某一层子模块电容电压进行排序。
本发明与传统的基于排序算法的电容电压平衡控制方法需对单个阀臂所有子模块电容电压进行排序相比，不影响传统的基于排序算法的电容电压平衡控制方法的控制效果的前提下，可大幅提升计算效率。
附图说明
图1为本发明一种基于动态分层排序的控制MMC电容电压平衡的方法流程图；
图2为本发明一种基于动态分层排序的控制MMC电容电压平衡的系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明提供一种基于动态分层排序的控制MMC电容电压平衡的方法，如图1所述，具体流程包括：
计算阀臂各层电压高ΔUC，公式如下：
ΔUC＝(UCmax-UCmin)/NL
式中，NL为预先设定的层数，UCmax为阀臂所有子模块电容电压的最大值，UCmin为阀臂所有子模块电容电压的最小值；
计算阀臂中每个子模块所属层号，并根据每个子模块所属层号，统计各层子模块数目，其中，第i个子模块所属层号LNO(i)计算公式如下：
LNO(i)＝int((UC(i)-UCmin)/ΔUC)
其中，UC(i)为第i个子模块的电容电压，int为取整函数，i为子模块编号；
根据阀臂投入子模块数目，确定排序层号及排序层投入子模块数目，排序层号及排序层投入子模块数目的确定，包括：如果阀臂电流为流出子模块，且第j～NL层子模块数目满足公式：
从最高层NL开始往下累加各层的子模块数目，直到第j层，累加子模块数目大于阀臂投入子模块数目，则可确定第j层为排序层，计算排序层投入子模块的数目公式如下：
其中，LNSM(i)为第i层子模块数目，SLNon为排序层投入子模块数目，Non为阀臂投入子模块数目，如果阀臂电流为流入子模块，且第1～j层子模块数目满足公式
即从第1层开始往上累加各层的子模块数目，直到第j层，累加子模块数目大于阀臂投入子模块数目，则可确定第j层为排序层，计算排序层投入子模块的数目计算公式如下：
根据电容电压平衡控制排序算法确定排序层j的子模块投入或切除状态，排序层j的子模块投入或切除状态的确定是将排序层子模块的电容电压按照数值大小进行排序，如果阀臂电流为流入子模块，投入该层电容电压偏低的子模块；如果阀臂电流为流出子模块，则投入该层中电容电压偏高的子模块。
根据阀臂电流方向，确定其他层子模块投入或切除状态，确定其他层子模块投入或切除状态的确定是如果阀臂电流为流出子模块，投入第j+1层～第N层的所有子模块，切除第1层～第j-1层的所有子模块；如果阀臂电流为流入子模块，投入第1层～第j-1层的所有子模块，切除第j+1层～第N层的所有子模块。
本发明还提供一种基于动态分层排序的控制MMC电容电压平衡系统，如图2所示，系统200包括：
电压高计算模块201，计算阀臂各层电压高ΔUC，公式如下：
ΔUC＝(UCmax-UCmin)/NL
式中，NL为预先设定的层数，UCmax为阀臂所有子模块电容电压的最大值，UCmin为阀臂所有子模块电容电压的最小值；
子模块所属层号计算模块202，计算阀臂中每个子模块所属层号，并根据每个子模块所属层号，统计各层子模块数目，其中，第i个子模块所属层号LNO(i)计算公式如下：
LNO(i)＝int((UC(i)-UCmin)/ΔUC)
其中，UC(i)为第i个子模块的电容电压，int为取整函数，i为子模块编号；
确定投入子模块数目模块203，根据阀臂投入子模块数目，确定排序层号及排序层投入子模块数目，排序层号及排序层投入子模块数目的确定，包括：如果阀臂电流为流出子模块，且第j～NL层子模块数目满足公式：
从最高层NL开始往下累加各层的子模块数目，直到第j层，累加子模块数目大于阀臂投入子模块数目，则可确定第j层为排序层，计算排序层投入子模块的数目公式如下：
其中，LNSM(i)为第i层子模块数目，SLNon为排序层投入子模块数目，Non为阀臂投入子模块数目，如果阀臂电流为流入子模块，且第1～j层子模块数目满足公式
从第1层开始往上累加各层的子模块数目，直到第j层，累加子模块数目大于阀臂投入子模块数目，则可确定第j层为排序层，计算排序层投入子模块的数目计算公式如下：
确定排序层j的子模块状态模块204，根据电容电压平衡控制排序算法确定排序层j的子模块投入或切除状态，排序层j的子模块的确定是将排序层子模块的电容电压按照数值大小进行排序，如果阀臂电流为流入子模块，投入该层电容电压偏低的子模块；如果阀臂电流为流出子模块，则投入该层中电容电压偏高的子模块。
确定其他层子模块状态模块205，根据阀臂电流方向，确定其他层子模块投入或切除状态，确定其他层子模块投入或切除状态的确定是如果阀臂电流为流出子模块，投入第j+1层～第N层的所有子模块，切除第1层～第j-1层的所有子模块；如果阀臂电流为流入子模块，投入第1层～第j-1层的所有子模块，切除第j+1层～第N层的所有子模块。
本发明通过简单的动态分层，仅需对某一层子模块电容电压进行排序。
本发明与传统的基于排序算法的电容电压平衡控制方法需对单个阀臂所有子模块电容电压进行排序相比；
本发明不影响传统的基于排序算法的电容电压平衡控制方法的控制效果的前提下，可大幅提升计算效率。

Claims (8)

1.一种基于动态分层排序的控制MMC电容电压平衡的方法，所述方法包括：
计算阀臂各层电压高ΔUC，公式如下：
ΔUC＝(UCmax-UCmin)/NL (1)
式中，NL为预先设定的层数，UCmax为阀臂所有子模块电容电压的最大值，UCmin为阀臂所有子模块电容电压的最小值；
计算阀臂中每个子模块所属层号，并根据每个子模块所属层号，统计各层子模块数目，其中，第i个子模块所属层号LNO(i)计算公式如下：
LNO(i)＝int((UC(i)-UCmin)/ΔUC) (2)
其中，UC(i)为第i个子模块的电容电压，int为取整函数，i为子模块编号；
根据阀臂投入子模块数目，确定排序层号及排序层投入子模块数目；
根据电容电压平衡控制排序算法确定排序层的子模块投入或切除状态；
根据阀臂电流方向，确定其他层子模块投入或切除状态。
2.根据权利要求1所述的方法，所述的排序层号及排序层投入子模块数目的确定，包括：如果阀臂电流为流出子模块，且第j～NL层子模块数目满足公式：
从最高层NL开始往下累加各层的子模块数目，直到第j层，累加子模块数目大于阀臂投入子模块数目，则可确定第j层为排序层，计算排序层投入子模块的数目公式如下：
其中，LNSM(i)为第i层子模块数目，SLNon为排序层投入子模块数目，Non为阀臂投入子模块数目，如果阀臂电流为流入子模块，且第1～j层子模块数目满足公式：
即从第1层开始往上累加各层的子模块数目，直到第j层，累加子模块数目大于阀臂投入子模块数目，则可确定第j层为排序层，计算排序层投入子模块的数目计算公式如下：
3.根据权利要求1所述的方法，所述的排序层j的子模块的确定是将排序层子模块的电容电压按照数值大小进行排序，如果阀臂电流为流入子模块，投入该层电容电压偏低的子模块；如果阀臂电流为流出子模块，则投入该层中电容电压偏高的子模块。
4.根据权利要求1所述的方法，所述的确定其他层子模块投入或切除状态的确定是如果阀臂电流为流出子模块，投入第j+1层～第N层的所有子模块，切除第1层～第j-1层的所有子模块；如果阀臂电流为流入子模块，投入第1层～第j-1层的所有子模块，切除第j+1层～第N层的所有子模块。
5.一种基于动态分层排序的控制MMC电容电压平衡的系统，所述系统包括：
电压高计算模块，计算阀臂各层电压高ΔUC，公式如下：
ΔUC＝(UCmax-UCmin)/NL
式中，NL为预先设定的层数，UCmax为阀臂所有子模块电容电压的最大值，UCmin为阀臂所有子模块电容电压的最小值；
子模块所属层号计算模块，计算阀臂中每个子模块所属层号，并根据每个子模块所属层号，统计各层子模块数目，其中，第i个子模块所属层号LNO(i)计算公式如下：
LNO(i)＝int((UC(i)-UCmin)/ΔUC)
其中，UC(i)为第i个子模块的电容电压，int为取整函数，i为子模块编号；
确定投入子模块数目模块，根据阀臂投入子模块数目，确定排序层号及排序层投入子模块数目；
确定排序层j的子模块状态模块，根据电容电压平衡控制排序算法确定排序层j的子模块投入或切除状态；
确定其他层子模块状态模块，根据阀臂电流方向，确定其他层子模块投入或切除状态。
6.根据权利要求5所述的系统，所述的排序层号及排序层投入子模块数目的确定，包括：如果阀臂电流为流出子模块，且第j～NL层子模块数目满足公式：
从最高层NL开始往下累加各层的子模块数目，直到第j层，累加子模块数目大于阀臂投入子模块数目，则可确定第j层为排序层，计算排序层投入子模块的数目公式如下：
其中，LNSM(i)为第i层子模块数目，SLNon为排序层投入子模块数目，Non为阀臂投入子模块数目，如果阀臂电流为流入子模块，且第1～j层子模块数目满足公式
从第1层开始往上累加各层的子模块数目，直到第j层，累加子模块数目大于阀臂投入子模块数目，则可确定第j层为排序层，计算排序层投入子模块的数目计算公式如下：
7.根据权利要求5所述的系统，所述的排序层j的子模块的确定是将排序层子模块的电容电压按照数值大小进行排序，如果阀臂电流为流入子模块，投入该层电容电压偏低的子模块；如果阀臂电流为流出子模块，则投入该层中电容电压偏高的子模块。
8.根据权利要求5所述的系统，所述的确定其他层子模块投入或切除状态的确定是如果阀臂电流为流出子模块，投入第j+1层～第N层的所有子模块，切除第1层～第j-1层的所有子模块；如果阀臂电流为流入子模块，投入第1层～第j-1层的所有子模块，切除第j+1层～第N层的所有子模块。
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