CN109450270B - 一种基于分组分类混合换流阀的触发脉冲生成方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于分组分类混合换流阀的触发脉冲生成方法及系统，以每个单个桥臂为研究对象，将单个桥臂的半桥功率模块和全桥功率模块各分为一组，根据单个桥臂的参考波获取处于投入状态的功率模块数量，根据平均电压差、预设值、电流方向确定投入状态的半桥功率模块及全桥功率模块数量，再根据单个桥臂的电流方向，半桥功率模块、全桥功率模块的总数量、电容电压和运行状态、不同周期处于投入状态的半桥功率模块及全桥功率模块数量，实现调节半桥功率模块及全桥功率模块的输出电平。本发明可实现混合拓扑换流阀的电容电压平衡和开关频率的综合优化。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统，特别是涉及一种基于分组分类混合换流阀的触发脉冲生成方法及系统。
背景技术
混合拓扑换流阀是远距离架空线应用柔性直流输电清除直流线路故障的关键技术，其每个桥臂的功率模块包括半桥功率模块和全桥功率模块。由于半桥、全桥功率模块的混合使用，混合拓扑换流阀在保证直流线路故障清除能力的同时，能够降低一次设备的初始投资，技术经济性较好。但是，混合拓扑换流阀的功率模块触发脉冲生成过程不同于半桥型、全桥型拓扑换流阀，需要统筹兼顾不同类型功率模块的电容器充放电过程，实现电容电压平衡和开关频率的综合优化。
发明内容
针对现有混合拓扑换流阀，本发明提出一种基于基于分组分类混合换流阀的触发脉冲生成方法及系统，在实现半桥、全桥功率模块电容电压平衡的同时，可以有效降低功率器件的开关频率，降低换流阀运行损耗。
一种基于基于分组分类混合换流阀的触发脉冲生成方法，混合拓扑换流阀的每个桥臂包括半桥功率模块和全桥功率模块，以混合拓扑换流阀中每个单个桥臂为研究对象，混合拓扑换流阀的低开关频率触发脉冲生成方法包括步骤：
将所述单个桥臂的半桥功率模块和全桥功率模块各分为一组，并获取各自的模块总数量及计算平均电压；
获取所述单个桥臂的参考波，对所述参考波采用就近取整原则，获得所述单个桥臂在当前控制周期中应该处于投入状态的功率模块数量；
获取所述单个桥臂的桥臂电流方向；
根据所述单个桥臂的半桥功率模及全桥功率模块总数量和所述平均电压、所述应该处于投入状态的功率模块数量、所述桥臂电流方向及正、负预设定值，计算确定处于投入状态的半桥功率模块数量和全桥功率模块数量；
根据所述单个桥臂的电流方向、所述半桥功率模块的电容电压及运行状态、上一个控制周期处于投入状态的半桥功率模块数量、所述当前控制周期应该处于投入状态的半桥功率模块数量，调节所述半桥功率模块的输出电平；
根据所述单个桥臂的电流方向、所述全桥功率模块的电容电压、上一个控制周期处于投入状态的全桥功率模块数量、所述当前控制周期应该处于投入状态的全桥功率模块数量，调节所述全桥功率模块的输出电平。
优选地，桥臂电流方向，正向表示桥臂电流对输出正电平的半桥功率模块电容进行充电，或者桥臂电流值为零；负向表示桥臂电流对输出正电平的半桥功率模块电容进行放电。
优选地，获取处于投入状态的半桥功率模块数量和全桥功率模块数量的方法如下：
当所述处于投入状态的功率模块数量为正数且桥臂电流方向为正，具体如下；
当DELTA_U＞VOLT_DIFF_P时，
当0＜DELTA_U≤VOLT_DIFF_P时，
当VOLT_DIFF_N＜DELTA_U≤0时，
当DELTA_U≤VOLT_DIFF_N时，
当处于投入状态的功率模块数量为正数且桥臂电流方向为负，具体如下；
当DELTA_U＞VOLT_DIFF_P时，
当0＜DELTA_U≤VOLT_DIFF_P时，
当VOLT_DIFF_N＜DELTA_U≤0时，
当DELTA_U≤VOLT_DIFF_N时，
当处于投入状态的功率模块数量为负数，NARM_HBSM＝0，NARM_FBSM＝|M|；
当处于投入状态的功率模块数量为零，NARM_HBSM＝0，NARM_FBSM＝0；
其中，M表示当前控制周期中处于投入状态的功率模块数量，NARM_HBSM、NARM_FBSM分别表示所述单个桥臂在当前控制周期处于投入状态的半桥功率模块数量及全桥功率模块数量，DELTA_U表示半桥功率模块与全桥功率模块的平均电压的差值，VOLT_DIFF_P、VOLT_DIFF_N分别表示正、负预设定值，NHSM、NFSM分别表示半桥功率模块总数量及全桥功率模块总数量。
优选地，调节所述单个桥臂中半桥功率模块的输出电平，步骤包括：
获取所述单个桥臂中所有半桥功率模块的电容电压和运行状态；
根据桥臂的电流方向、半桥功率模块的电容电压和运行状态及半桥预设最大、最小定值，获取因电容电压越限而需改变运行状态的半桥功率模块数量；
获取允许改变运行状态的半桥功率模块数量的限值；
根据当前控制周期处于投入状态的半桥功率模块数量、因参考波变化而需改变运行状态的半桥功率模块数量、因电容电压越限而需改变运行状态的半桥功率模块数量及所述允许改变运行状态的半桥功率模块数量的限值，将所述半桥功率模块的运行状态继续保持或切换。
优选地，调节所述单个桥臂中全桥功率模块的输出电平，步骤包括：
获取所述单个桥臂中所有全桥功率模块的电容电压和运行状态；
根据所述桥臂的电流方向、所述全桥功率模块的电容电压和运行状态及全桥预设最大、最小定值，获取因电容电压越限而需改变运行状态的全桥功率模块数量；
获取允许改变运行状态的全桥功率模块数量的限值；
根据所述当前控制周期应该处于投入状态的全桥功率模块数量、因参考波变化而需改变运行状态的全桥功率模块数量、所述因电容电压越限而需改变运行状态的全桥功率模块数量及所述允许改变运行状态的全桥功率模块数量的限值，将所述全桥功率模块的运行状态继续保持或切换。
一种基于分组分类混合换流阀的触发脉冲生成系统，包括：
第一处理单元，用于分别获取并计算单个桥臂中半桥功率模块的总数量及平均电压，全桥功率模块的总数量及平均电压；
第一获取单元，用于获取单个桥臂的参考波，对参考波采用就近取整原则，获得单个桥臂在当前控制周期中应该处于投入状态的功率模块数量；
第二获取单元，用于获取单个桥臂的桥臂电流方向；
第二处理单元，用于根据所述单个桥臂的半桥功率模及全桥功率模块总数量和所述平均电压、应该处于投入状态的功率模块数量、桥臂电流方向及正、负预设定值，计算确定处于投入状态的半桥功率模块数量和全桥功率模块数量；
第一调节单元，用于根据单个桥臂的电流方向、半桥功率模块的电容电压及运行状态、上一个控制周期处于投入状态的半桥功率模块数量、当前控制周期处于投入状态的半桥功率模块数量，调节半桥功率模块的输出电平；
第二调节单元，用于根据所述单个桥臂的电流方向、全桥功率模块的电容电压、上一个控制周期处于投入状态的全桥功率模块数量、当前控制周期应该处于投入状态的全桥功率模块数量，调节全桥功率模块的输出电平。
优选地，桥臂电流方向，正向表示桥臂电流对输出正电平的半桥功率模块电容进行充电，或者桥臂电流值为零；负向表示桥臂电流对输出正电平的半桥功率模块电容进行放电。
优选地，计算确定处于投入状态的半桥功率模块数量和全桥功率模块数量的方法如下：
当所述处于投入状态的功率模块数量为正数且桥臂电流方向为正，具体如下；
当DELTA_U＞VOLT_DIFF_P时，
当0＜DELTA_U≤VOLT_DIFF_P时，
当VOLT_DIFF_N＜DELTA_U≤0时，
当DELTA_U≤VOLT_DIFF_N时，
当处于投入状态的功率模块数量为正数且桥臂电流方向为负，具体如下；
当DELTA_U＞VOLT_DIFF_P时，
当0＜DELTA_U≤VOLT_DIFF_P时，
当VOLT_DIFF_N＜DELTA_U≤0时，
当DELTA_U≤VOLT_DIFF_N时，
当处于投入状态的功率模块数量为负数，NARM_HBSM＝0，NARM_FBSM＝|M|；
当处于投入状态的功率模块数量为零，NARM_HBSM＝0，NARM_FBSM＝0；
其中，M表示当前控制周期中处于投入状态的功率模块数量，NARM_HBSM、NARM_FBSM分别表示所述单个桥臂在当前控制周期应该处于投入状态的半桥功率模块数量及全桥功率模块数量，DELTA_U表示半桥功率模块与全桥功率模块的平均电压的差值，VOLT_DIFF_P、VOLT_DIFF_N分别表示正、负预设定值，NHSM、NFSM分别表示半桥功率模块总数量及全桥功率模块总数量。
优选地，所述调节所述单个桥臂中半桥功率模块的输出电平，步骤包括：
获取所述单个桥臂中所有半桥功率模块的电容电压和运行状态；
根据所述桥臂的电流方向、所述半桥功率模块的电容电压和运行状态及半桥预设最大、最小定值，获取因电容电压越限而需改变运行状态的半桥功率模块数量；
获取允许改变运行状态的半桥功率模块数量的限值；
根据所述当前控制周期处于投入状态的半桥功率模块数量、因参考波变化而需改变运行状态的半桥功率模块数量、所述因电容电压越限而需改变运行状态的半桥功率模块数量及所述允许改变运行状态的半桥功率模块数量的限值，将所述半桥功率模块的运行状态继续保持或切换。
优选地，所述调节所述单个桥臂中全桥功率模块的输出电平，步骤包括：
获取所述单个桥臂中所有全桥功率模块的电容电压和运行状态；
根据所述桥臂的电流方向、所述全桥功率模块的电容电压和运行状态及全桥预设最大、最小定值，获取因电容电压越限而需改变运行状态的全桥功率模块数量；
获取允许改变运行状态的全桥功率模块数量的限值；
根据所述当前控制周期处于投入状态的全桥功率模块数量、因参考波变化而需改变运行状态的全桥功率模块数量、所述因电容电压越限而需改变运行状态的全桥功率模块数量及所述允许改变运行状态的全桥功率模块数量的限值，将所述全桥功率模块的运行状态继续保持或切换。
本发明是一种基于分组分类混合换流阀的触发脉冲生成系统方法及系统，以所述混合拓扑换流阀中每个单个桥臂为研究对象，对所述单个桥臂的参考波采用就近取整原则，然后通过一定的算法计算得到需要投入的半桥和全桥功率模块数量。对半桥功率模块和全桥功率模块进行分组分类，根据单个桥臂中所有半桥和全桥功率模块的电容电压，对所述单个桥臂中所有半桥和全桥功率模块分别进行预设顺序排序，获得半桥和全桥功率模块电容电压排序结果。根据电容电压排序、单个桥臂所需投入的半桥和全桥功率模块数量以及桥臂中电流方向合理安排单个桥臂中全桥功率模块和半桥功率模块的触发脉冲，实现混合拓扑换流阀的电容电压平衡和开关频率的综合优化。
附图说明
图1是本实施例提供的三相混合拓扑换流阀的结构示意图。
具体实施方式
为了更进一步详细解释本发明基于分组分类混合换流阀的触发脉冲生成方法及系统，下面将结合图1三相混合拓扑换流阀的结构示意图进行解释说明。
以图1中桥臂1为例，基于分组分类混合换流阀的触发脉冲生成方法包括步骤：
S100.将桥臂1的半桥功率模块分为一组，总数量为NHSM；全桥功率模块分为另外一组，总数量为NFSM；分别计算求得所有半桥功率模块的平均电压值HBSM_AVE_U和所有全桥功率模块的平均电压值FBSM_AVE_U。
S200.获取桥臂1的参考波，对桥臂1的参考波采用就近取整原则，获得桥臂1在当前控制周期中应该处于投入状态的功率模块数量，记录桥臂1所需投入的功率模块数量为符号M，其中，M为整数，当M为正数时，表示桥臂1需要M个功率模块输出正电平，桥臂1中剩余功率模块输出零电平；当M为负数时，表示桥臂1需要|M|个功率模块输出负电平，桥臂1中剩余功率模块输出零电平。
S300.获取桥臂1的桥臂电流方向。正向表示桥臂电流对输出正电平的半桥功率模块电容进行充电，或者桥臂电流值为零；负向表示桥臂电流对输出正电平的半桥功率模块电容进行放电。
S400.获取桥臂1在当前控制周期应该处于投入状态的半桥功率模块数量NARM_HBSM和全桥功率模块数量NARM_FBSM，步骤如下：
S410.计算平均电压差值DELTA_U，DELTA_U等于HBSM_AVE_U与FBSM_AVE_U之差；
S420.设置正预设定值VOLT_DIFF_P和负预设定值VOLT_DIFF_N；
S430.当M为正数且桥臂电流方向为正时，NARM_HBSM和NARM_FBSM计算原则如下，
当DELTA_U＞VOLT_DIFF_P时，
当0＜DELTA_U≤VOLT_DIFF_P时，
当VOLT_DIFF_N＜DELTA_U≤0时，
当DELTA_U≤VOLT_DIFF_N时，
S440.当M为正数且桥臂电流方向为负时，NARM_HBSM和NARM_FBSM计算原则如下，
当DELTA_U＞VOLT_DIFF_P时，
当0＜DELTA_U≤VOLT_DIFF_P时，
当VOLT_DIFF_N＜DELTA_U≤0时，
当DELTA_U≤VOLT_DIFF_N时，
S450.当M为负数时，NARM_HBSM＝0，NARM_FBSM＝|M|。
S460.当M为零时，NARM_HBSM＝0，NARM_FBSM＝0。
S500.根据桥臂1的电流方向、桥臂1中所有半桥功率模块的电容电压、桥臂1上一个控制周期处于投入状态的半桥功率模块数量MH、桥臂1当前控制周期应该处于投入状态的半桥功率模块数量NARM_HBSM，调节桥臂1中半桥功率模块的输出电平，步骤如下：
S510.获取桥臂1中所有半桥功率模块的电容电压和运行状态。根据桥臂1中所有半桥功率模块的电容电压和运行状态，对桥臂1中所有处于投入状态的半桥功率模块和所有处于切除状态的半桥功率模块分别进行预设顺序排序，获得电容电压排序结果；
S520.获取因电容电压越限而需改变运行状态的半桥功率模块数量SWITCH_NHSM。当桥臂电流为正时，比较当前处于投入运行状态的半桥功率模块电容电压和预设定值MAX_USET_HBSM，获取电容电压值大于预设定值的半桥功率模块数量INtoOUT_HBSM，比较当前处于切除运行状态的半桥功率模块电容电压和预设定值MIN_USET_HBSM，获取电容电压值小于预设定值的半桥功率模块数量OUTtoIN_HBSM；当桥臂电流为负时，比较当前处于投入运行状态的半桥功率模块电容电压和预设定值MIN_USET_HBSM，获取电容电压值小于预设定值的半桥功率模块数量OUTtoIN_HBSM，比较当前处于切除运行状态的半桥功率模块电容电压和预设定值MAX_USET_HBSM，获取电容电压值大于预设定值的半桥功率模块数量INtoOUT_HBSM；SWITCH_NHSM等于INtoOUT_HBSM和OUTtoIN_HBSM的较大值。
S530.获取允许改变运行状态的半桥功率模块数量的限值NHSM_LIMIT，取值为当前处于投入状态的半桥功率模块数和处于切除状态的半桥功率模块数的较小值。
S540.当NARM_HBSM大于0时，获取因参考波变化而需改变运行状态的半桥功率模块数量△MH等于NARM_HBSM-MH。
如果△MH大于0，修正SWITCH_NHSM的方法如下：当△MH+SWITCH_NHSM＞NHSM_LIMIT时，则修改SWITCH_NHSM的取值为NHSM_LIMIT-△MH，如果计算结果为负，则将SWITCH_NHSM；当△MH+SWITCH_NHSM≤NHSM_LIMIT时，则保持SWITCH_NHSM的取值不变。如果桥臂电流方向为正，则将所有处于投入状态的半桥功率模块中电容电压值较高的SWITCH_NHSM个功率模块从投入状态转为切除状态，其余处于投入状态的功率模块依然保持投入状态；将所有处于切除状态的半桥功率模块中电容电压值较低的△MH+SWITCH_NHSM个功率模块从切除状态转为投入状态，其余处于切除状态的半桥功率模块依然保持切除状态。如果桥臂电流方向为负，则将所有处于投入状态的半桥功率模块中电容电压值较低的SWITCH_NHSM个功率模块从投入状态转为切除状态，其余处于投入状态的功率模块依然保持投入状态；将所有处于切除状态的半桥功率模块中电容电压值较高的△MH+SWITCH_NHSM个功率模块从切除状态转为投入状态，其余处于切除状态的功率模块依然保持切除状态。
如果△MH小于0，修正SWITCH_NHSM的方法如下：当|△MH|+SWITCH_NHSM＞NHSM_LIMIT时，则修改SWITCH_NHSM的取值为NHSM_LIMIT-|△MH|，如果计算结果为负，则将SWITCH_NHSM置零；当|△MH|+SWITCH_NHSM≤NHSM_LIMIT时，则保持SWITCH_NHSM的取值不变。如果桥臂电流方向为正，则将所有处于投入状态的半桥功率模块中电容电压值较高的|△M|+SWITCH_NHSM个功率模块从投入状态转为切除状态，其余处于投入状态的功率模块依然保持投入状态；将所有处于切除状态的半桥功率模块中电容电压值较低的SWITCH_NHSM个功率模块从切除状态转为投入状态，其余处于切除状态的功率模块依然保持切除状态。如果桥臂电流方向为负，则将所有处于投入状态的功率模块中电容电压值较低的|△M|+SWITCH_NHSM个半桥功率模块从投入状态转为切除状态，其余处于投入状态的功率模块依然保持投入状态；将所有处于切除状态的半桥功率模块中电容电压值较高的SWITCH_NHSM个功率模块从切除状态转为投入状态，其余处于切除状态的功率模块依然保持切除状态。
如果△M等于0，修正SWITCH_NHSM的方法如下：当SWITCH_NHSM＞NHSM_LIMIT时，则修改SWITCH_NHSM的取值为NHSM_LIMIT；当SWITCH_NHSM≤NHSM_LIMIT时，则保持SWITCH_NHSM的取值不变。如果桥臂电流方向为正，则将所有处于投入状态的半桥功率模块中电容电压值较高的SWITCH_NHSM个功率模块从投入状态转为切除状态，其余处于投入状态的功率模块依然保持投入状态；将所有处于切除状态的半桥功率模块中电容电压值较低的SWITCH_NHSM个功率模块从切除状态转为投入状态，其余处于切除状态的功率模块依然保持切除状态。如果桥臂电流方向为负，则将所有处于投入状态的半桥功率模块中电容电压值较低的SWITCH_NHSM个功率模块从投入状态转为切除状态，其余处于投入状态的功率模块依然保持投入状态；将所有处于切除状态的半桥功率模块中电容电压值较高的SWITCH_NHSM个功率模块从切除状态转为投入状态，其余处于切除状态的功率模块依然保持切除状态。
S550.当NARM_HBSM等于0时，将桥臂1的所有半桥功率模块调节为切除运行状态。
S600.根据桥臂1的电流方向、桥臂1中所有全桥功率模块的电容电压、桥臂1上一个控制周期处于投入状态的全桥功率模块数量MF、桥臂1当前控制周期应该处于投入状态的全桥功率模块数量NARM_FBSM，调节桥臂1中全桥功率模块的输出电平，步骤如下：
S610.获取桥臂1中所有全桥功率模块的电容电压和运行状态。根据桥臂1中所有全桥功率模块的电容电压和运行状态，对桥臂1中所有处于投入状态的全桥功率模块和所有处于切除状态的全桥功率模块分别进行预设顺序排序，获得电容电压排序结果；
S620.获取因电容电压越限而需改变运行状态的全桥功率模块数量SWITCH_NFSM。当桥臂电流为正时，比较当前处于投入运行状态的全桥功率模块电容电压和预设定值MAX_USET_FBSM，获取电容电压值大于预设定值的全桥功率模块数量INtoOUT_FBSM，比较当前处于切除运行状态的全桥功率模块电容电压和预设定值MIN_USET_FBSM，获取电容电压值小于预设定值的全桥功率模块数量OUTtoIN_FBSM；当桥臂电流为负时，比较当前处于投入运行状态的全桥功率模块电容电压和预设定值MIN_USET_FBSM，获取电容电压值小于预设定值的全桥功率模块数量OUTtoIN_FBSM，比较当前处于切除运行状态的全桥功率模块电容电压和预设定值MAX_USET_FBSM，获取电容电压值大于预设定值的全桥功率模块数量INtoOUT_FBSM；SWITCH_NFSM等于INtoOUT_FBSM和OUTtoIN_FBSM的较大值。
S630.获取允许改变运行状态的全桥功率模块数量的限值NFSM_LIMIT，取值为当前处于投入状态的全桥功率模块数和处于切除状态的全桥功率模块数的较小值。
S640.当NARM_FBSM大于0时，获取因参考波变化而需改变运行状态的全桥功率模块数量△MF等于NARM_FBSM-MF。
如果△MF大于0，修正SWITCH_NFSM。当△MF+SWITCH_NFSM＞NFSM_LIMIT时，则修改SWITCH_NFSM的取值为NFSM_LIMIT-△MF，如果计算结果为负，则将SWITCH_NFSM；当△MF+SWITCH_NFSM≤NFSM_LIMIT时，则保持SWITCH_NFSM的取值不变。如果桥臂电流方向为正，则将所有处于投入状态的全桥功率模块中电容电压值较高的SWITCH_NFSM个功率模块从投入状态转为切除状态，其余处于投入状态的功率模块依然保持投入状态；将所有处于切除状态的全桥功率模块中电容电压值较低的△MF+SWITCH_NFSM个功率模块从切除状态转为投入状态，其余处于切除状态的全桥功率模块依然保持切除状态。如果桥臂电流方向为负，则将所有处于投入状态的全桥功率模块中电容电压值较低的SWITCH_NFSM个功率模块从投入状态转为切除状态，其余处于投入状态的功率模块依然保持投入状态；将所有处于切除状态的全桥功率模块中电容电压值较高的△MF+SWITCH_NFSM个功率模块从切除状态转为投入状态，其余处于切除状态的功率模块依然保持切除状态。
如果△MF小于0，修正SWITCH_NFSM。当|△MF|+SWITCH_NFSM＞NFSM_LIMIT时，则修改SWITCH_NFSM的取值为NFSM_LIMIT-|△MF|，如果计算结果为负，则将SWITCH_NFSM置零；当|△MF|+SWITCH_NFSM≤NFSM_LIMIT时，则保持SWITCH_NFSM的取值不变。如果桥臂电流方向为正，则将所有处于投入状态的全桥功率模块中电容电压值较高的|△M|+SWITCH_NFSM个功率模块从投入状态转为切除状态，其余处于投入状态的功率模块依然保持投入状态；将所有处于切除状态的全桥功率模块中电容电压值较低的SWITCH_NFSM个功率模块从切除状态转为投入状态，其余处于切除状态的功率模块依然保持切除状态。如果桥臂电流方向为负，则将所有处于投入状态的功率模块中电容电压值较低的|△M|+SWITCH_NFSM个全桥功率模块从投入状态转为切除状态，其余处于投入状态的功率模块依然保持投入状态；将所有处于切除状态的全桥功率模块中电容电压值较高的SWITCH_NFSM个功率模块从切除状态转为投入状态，其余处于切除状态的功率模块依然保持切除状态。
如果△MF等于0，修正SWITCH_NFSM。当SWITCH_NFSM＞NFSM_LIMIT时，则修改SWITCH_NFSM的取值为NFSM_LIMIT；当SWITCH_NFSM≤NFSM_LIMIT时，则保持SWITCH_NFSM的取值不变。如果桥臂电流方向为正，则将所有处于投入状态的全桥功率模块中电容电压值较高的SWITCH_NFSM个功率模块从投入状态转为切除状态，其余处于投入状态的功率模块依然保持投入状态；将所有处于切除状态的全桥功率模块中电容电压值较低的SWITCH_NFSM个功率模块从切除状态转为投入状态，其余处于切除状态的功率模块依然保持切除状态。如果桥臂电流方向为负，则将所有处于投入状态的全桥功率模块中电容电压值较低的SWITCH_NFSM个功率模块从投入状态转为切除状态，其余处于投入状态的功率模块依然保持投入状态；将所有处于切除状态的全桥功率模块中电容电压值较高的SWITCH_NFSM个功率模块从切除状态转为投入状态，其余处于切除状态的功率模块依然保持切除状态。
S650.当NARM_FBSM小于0时，获取因参考波变化而需改变运行状态的全桥功率模块数量△MF等于NARM_FBSM-MF。
如果△MF小于0，修正SWITCH_NFSM。当|△MF|+SWITCH_NFSM＞NFSM_LIMIT时，则修改SWITCH_NFSM的取值为NFSM_LIMIT-|△MF|，如果计算结果为负，则将SWITCH_NFSM置零；当|△MF|+SWITCH_NFSM≤NFSM_LIMIT时，则保持SWITCH_NFSM的取值不变。如果桥臂电流方向为正，则将所有处于投入状态的全桥功率模块中电容电压值较低的SWITCH_NFSM个功率模块从投入状态转为切除状态，其余处于投入状态的功率模块依然保持投入状态；将所有处于切除状态的全桥功率模块中电容电压值较高的|△MF|+SWITCH_NFSM个功率模块从切除状态转为投入状态，其余处于切除状态的功率模块依然保持切除状态。如果桥臂电流方向为负，则将所有处于投入状态的全桥功率模块中电容电压值较高的SWITCH_NFSM个功率模块从投入状态转为切除状态，其余处于投入状态的功率模块依然保持投入状态；将所有处于切除状态的全桥功率模块中电容电压值较低的|△MF|+SWITCH_NFSM个功率模块从切除状态转为投入状态，其余处于切除状态的功率模块依然保持切除状态。
如果△MF大于0，修正SWITCH_NFSM。当|△MF|+SWITCH_NFSM＞NFSM_LIMIT时，则修改SWITCH_NFSM的取值为NFSM_LIMIT-|△MF|，如果计算结果为负，则将SWITCH_NFSM置零；当|△MF|+SWITCH_NFSM≤NFSM_LIMIT时，则保持SWITCH_NFSM的取值不变。如果桥臂电流方向为正，则将所有处于投入状态的全桥功率模块中电容电压值较低的|△MF|+SWITCH_NFSM个功率模块从投入状态转为切除状态，其余处于投入状态的功率模块依然保持投入状态；将所有处于切除状态的全桥功率模块中电容电压值较高的SWITCH_NFSM个功率模块从切除状态转为投入状态，其余处于切除状态的功率模块依然保持切除状态。如果桥臂电流方向为负，则将所有处于投入状态的全桥功率模块中电容电压值较高的|△MF|+SWITCH_NFSM个功率模块从投入状态转为切除状态，其余处于投入状态的功率模块依然保持投入状态；将所有处于切除状态的全桥功率模块中电容电压值较低的SWITCH_NFSM个功率模块从切除状态转为投入状态，其余处于切除状态的功率模块依然保持切除状态。
如果△MF等于0，修正SWITCH_NFSM。当SWITCH_NFSM＞NFSM_LIMIT时，则修改SWITCH_NFSM的取值为NFSM_LIMIT当SWITCH_NFSM≤NFSM_LIMIT时，则保持SWITCH_NFSM的取值不变。如果桥臂电流方向为正，则将所有处于投入状态的全桥功率模块中电容电压值较低的SWITCH_NFSM个功率模块从投入状态转为切除状态，其余处于投入状态的功率模块依然保持投入状态；将所有处于切除状态的全桥功率模块中电容电压值较高的SWITCH_NFSM个功率模块从切除状态转为投入状态，其余处于切除状态的功率模块依然保持切除状态。如果桥臂电流方向为负，则将所有处于投入状态的全桥功率模块中电容电压值较高的SWITCH_NFSM个功率模块从投入状态转为切除状态，其余处于投入状态的功率模块依然保持投入状态；将所有处于切除状态的全桥功率模块中电容电压值较低的SWITCH_NFSM个功率模块从切除状态转为投入状态，其余处于切除状态的功率模块依然保持切除状态。
S660.当NARM_FBSM等于0时，将桥臂1的所有全桥功率模块调节为切除运行状态。
在图1中，对于桥臂2和桥臂3，电容电压平衡过程与桥臂1相同。对于桥臂4、桥臂5以及桥臂6，电容电压平衡过程与桥臂1也基本步骤相同，但电流方向正负不相同，区别在于桥臂电流从O点流向N点时为正，从N点流向O点时为负。
一种基于分组分类混合换流阀的触发脉冲生成系统，包括：
第一处理单元，用于分别获取并计算单个桥臂中半桥功率模块的总数量及平均电压，全桥功率模块的总数量及平均电压；
第一获取单元，用于获取单个桥臂的参考波，对参考波采用就近取整原则，获得单个桥臂在当前控制周期中应该处于投入状态的功率模块数量；
第二获取单元，用于获取单个桥臂的桥臂电流方向；
第二处理单元，用于根据所述单个桥臂的半桥功率模及全桥功率模块总数量和所述平均电压、应该处于投入状态的功率模块数量、桥臂电流方向及正、负预设定值，计算确定处于投入状态的半桥功率模块数量和全桥功率模块数量；
第一调节单元，用于根据单个桥臂的电流方向、半桥功率模块的电容电压及运行状态、上一个控制周期处于投入状态的半桥功率模块数量、当前控制周期处于投入状态的半桥功率模块数量，调节半桥功率模块的输出电平；
第二调节单元，用于根据所述单个桥臂的电流方向、全桥功率模块的电容电压、上一个控制周期处于投入状态的全桥功率模块数量、当前控制周期应该处于投入状态的全桥功率模块数量，调节全桥功率模块的输出电平。
优选地，桥臂电流方向，正向表示桥臂电流对输出正电平的半桥功率模块电容进行充电，或者桥臂电流值为零；负向表示桥臂电流对输出正电平的半桥功率模块电容进行放电。
优选地，计算确定处于投入状态的半桥功率模块数量和全桥功率模块数量的方法如下：
当所述处于投入状态的功率模块数量为正数且桥臂电流方向为正，具体如下；
当DELTA_U＞VOLT_DIFF_P时，
当0＜DELTA_U≤VOLT_DIFF_P时，
当VOLT_DIFF_N＜DELTA_U≤0时，
当DELTA_U≤VOLT_DIFF_N时，
当处于投入状态的功率模块数量为正数且桥臂电流方向为负，具体如下；
当DELTA_U＞VOLT_DIFF_P时，
当0＜DELTA_U≤VOLT_DIFF_P时，
当VOLT_DIFF_N＜DELTA_U≤0时，
当DELTA_U≤VOLT_DIFF_N时，
当处于投入状态的功率模块数量为负数，NARM_HBSM＝0，NARM_FBSM＝|M|；
当处于投入状态的功率模块数量为零，NARM_HBSM＝0，NARM_FBSM＝0；
其中，M表示当前控制周期中处于投入状态的功率模块数量，NARM_HBSM、NARM_FBSM分别表示所述单个桥臂在当前控制周期应该处于投入状态的半桥功率模块数量及全桥功率模块数量，DELTA_U表示半桥功率模块与全桥功率模块的平均电压的差值，VOLT_DIFF_P、VOLT_DIFF_N分别表示正、负预设定值，NHSM、NFSM分别表示半桥功率模块总数量及全桥功率模块总数量。
优选地，所述调节所述单个桥臂中半桥功率模块的输出电平，步骤包括：
获取所述单个桥臂中所有半桥功率模块的电容电压和运行状态；
根据所述桥臂的电流方向、所述半桥功率模块的电容电压和运行状态及半桥预设最大、最小定值，获取因电容电压越限而需改变运行状态的半桥功率模块数量；
获取允许改变运行状态的半桥功率模块数量的限值；
根据所述当前控制周期处于投入状态的半桥功率模块数量、因参考波变化而需改变运行状态的半桥功率模块数量、所述因电容电压越限而需改变运行状态的半桥功率模块数量及所述允许改变运行状态的半桥功率模块数量的限值，将所述半桥功率模块的运行状态继续保持或切换。
优选地，所述调节所述单个桥臂中全桥功率模块的输出电平，步骤包括：
获取所述单个桥臂中所有全桥功率模块的电容电压和运行状态；
根据所述桥臂的电流方向、所述全桥功率模块的电容电压和运行状态及全桥预设最大、最小定值，获取因电容电压越限而需改变运行状态的全桥功率模块数量；
获取允许改变运行状态的全桥功率模块数量的限值；
根据所述当前控制周期处于投入状态的全桥功率模块数量、因参考波变化而需改变运行状态的全桥功率模块数量、所述因电容电压越限而需改变运行状态的全桥功率模块数量及所述允许改变运行状态的全桥功率模块数量的限值，将所述全桥功率模块的运行状态继续保持或切换。
本发明是一种基于分组分类混合换流阀的触发脉冲生成系统方法及系统，以所述混合拓扑换流阀中每个单个桥臂为研究对象，对所述单个桥臂的参考波采用就近取整原则，然后通过一定的算法计算得到需要投入的半桥和全桥功率模块数量。对半桥功率模块和全桥功率模块进行分组分类，根据单个桥臂中所有半桥和全桥功率模块的电容电压，对所述单个桥臂中所有半桥和全桥功率模块分别进行预设顺序排序，获得半桥和全桥功率模块电容电压排序结果。根据电容电压排序、单个桥臂所需投入的半桥和全桥功率模块数量以及桥臂中电流方向合理安排单个桥臂中全桥功率模块和半桥功率模块的触发脉冲，实现混合拓扑换流阀的电容电压平衡和开关频率的综合优化。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。
Claims (8)
1.一种基于分组分类混合换流阀的触发脉冲生成方法，其特征在于，所述的混合拓扑换流阀的每个桥臂包括半桥功率模块和全桥功率模块；
以所述混合拓扑换流阀中每个单个桥臂为研究对象，所述混合拓扑换流阀的低开关频率触发脉冲生成方法包括步骤：
将所述单个桥臂的半桥功率模块和全桥功率模块各分为一组，并获取各自的模块总数量及计算平均电压；
获取所述单个桥臂的参考波，对所述参考波采用就近取整原则，获得所述单个桥臂在当前控制周期中应该处于投入状态的功率模块数量；
获取所述单个桥臂的桥臂电流方向；
根据所述单个桥臂的半桥功率模块及全桥功率模块总数量和所述平均电压、所述应该处于投入状态的功率模块数量、所述桥臂电流方向及正、负预设定值，计算确定处于投入状态的半桥功率模块数量和全桥功率模块数量；
根据所述单个桥臂的电流方向、所述半桥功率模块的电容电压及运行状态、上一个控制周期处于投入状态的半桥功率模块数量、所述当前控制周期应该处于投入状态的半桥功率模块数量，调节所述半桥功率模块的输出电平；
根据所述单个桥臂的电流方向、所述全桥功率模块的电容电压、上一个控制周期处于投入状态的全桥功率模块数量、所述当前控制周期应该处于投入状态的全桥功率模块数量，调节所述全桥功率模块的输出电平；
其中，所述计算确定处于投入状态的半桥功率模块数量和全桥功率模块数量的方法如下：
当所述处于投入状态的功率模块数量为正数且桥臂电流方向为正，具体如下；
当DELTA_U＞VOLT_DIFF_P时，
当0＜DELTA_U≤VOLT_DIFF_P时，
当VOLT_DIFF_N＜DELTA_U≤0时，
当DELTA_U≤VOLT_DIFF_N时，
当所述处于投入状态的功率模块数量为正数且桥臂电流方向为负，具体如下；
当DELTA_U＞VOLT_DIFF_P时，
当0＜DELTA_U≤VOLT_DIFF_P时，
当VOLT_DIFF_N＜DELTA_U≤0时，
当DELTA_U≤VOLT_DIFF_N时，
当所述处于投入状态的功率模块数量为负数，NARM_HBSM＝0，NARM_FBSM＝|M|；
当所述处于投入状态的功率模块数量为零，NARM_HBSM＝0，NARM_FBSM＝0；
其中，M表示当前控制周期中处于投入状态的功率模块数量，NARM_HBSM、NARM_FBSM分别表示所述单个桥臂在当前控制周期处于投入状态的半桥功率模块数量及全桥功率模块数量，DELTA_U表示半桥功率模块与全桥功率模块的平均电压的差值，VOLT_DIFF_P、VOLT_DIFF_N分别表示正、负预设定值，NHSM、NFSM分别表示半桥功率模块总数量及全桥功率模块总数量。
2.如权利要求1所述的基于分组分类混合换流阀的触发脉冲生成方法，其特征在于，所述桥臂电流方向，正向表示桥臂电流对输出正电平的半桥功率模块电容进行充电，或者桥臂电流值为零；负向表示桥臂电流对输出正电平的半桥功率模块电容进行放电。
3.如权利要求1所述的基于分组分类混合换流阀的触发脉冲生成方法，其特征在于，所述调节所述半桥功率模块的输出电平，步骤包括：
获取所述单个桥臂中所有半桥功率模块的电容电压和运行状态；
根据所述桥臂的电流方向、所述半桥功率模块的电容电压和运行状态及半桥预设最大、最小定值，获取因电容电压越限而需改变运行状态的半桥功率模块数量；
获取允许改变运行状态的半桥功率模块数量的限值；
根据所述当前控制周期处于投入状态的半桥功率模块数量、因参考波变化而需改变运行状态的半桥功率模块数量、所述因电容电压越限而需改变运行状态的半桥功率模块数量及所述允许改变运行状态的半桥功率模块数量的限值，将所述半桥功率模块的运行状态继续保持或切换。
4.如权利要求1所述的基于分组分类混合换流阀的触发脉冲生成方法，其特征在于，其特征在于，所述调节所述全桥功率模块的输出电平，步骤包括：
获取所述单个桥臂中所有全桥功率模块的电容电压和运行状态；
根据所述桥臂的电流方向、所述全桥功率模块的电容电压和运行状态及全桥预设最大、最小定值，获取因电容电压越限而需改变运行状态的全桥功率模块数量；
获取允许改变运行状态的全桥功率模块数量的限值；
根据所述当前控制周期应该处于投入状态的全桥功率模块数量、因参考波变化而需改变运行状态的全桥功率模块数量、所述因电容电压越限而需改变运行状态的全桥功率模块数量及所述允许改变运行状态的全桥功率模块数量的限值，将所述全桥功率模块的运行状态继续保持或切换。
5.一种基于分组分类混合换流阀的触发脉冲生成系统，其特征在于，包括：
第一处理单元，用于分别获取并计算单个桥臂中半桥功率模块的总数量及平均电压，全桥功率模块的总数量及平均电压；
第一获取单元，用于获取单个桥臂的参考波，对所述参考波采用就近取整原则，获得所述单个桥臂在当前控制周期中应该处于投入状态的功率模块数量；
第二获取单元，用于获取所述单个桥臂的桥臂电流方向；
第二处理单元，用于根据所述单个桥臂的半桥功率模块 及全桥功率模块总数量和所述平均电压、所述应该处于投入状态的功率模块数量、所述桥臂电流方向及正、负预设定值，计算确定处于投入状态的半桥功率模块数量和全桥功率模块数量；
第一调节单元，用于根据所述单个桥臂的电流方向、半桥功率模块的电容电压及运行状态、上一个控制周期处于投入状态的半桥功率模块数量、所述当前控制周期处于投入状态的半桥功率模块数量，调节所述半桥功率模块的输出电平；
第二调节单元，用于根据所述单个桥臂的电流方向、所述全桥功率模块的电容电压、上一个控制周期处于投入状态的全桥功率模块数量、所述当前控制周期应该处于投入状态的全桥功率模块数量，调节所述全桥功率模块的输出电平；
其中，所述计算确定处于投入状态的半桥功率模块数量和全桥功率模块数量的方法如下：
当所述处于投入状态的功率模块数量为正数且桥臂电流方向为正，具体如下；
当DELTA_U＞VOLT_DIFF_P时，
当0＜DELTA_U≤VOLT_DIFF_P时，
当VOLT_DIFF_N＜DELTA_U≤0时，
当DELTA_U≤VOLT_DIFF_N时，
当所述处于投入状态的功率模块数量为正数且桥臂电流方向为负，具体如下；
当DELTA_U＞VOLT_DIFF_P时，
当0＜DELTA_U≤VOLT_DIFF_P时，
当VOLT_DIFF_N＜DELTA_U≤0时，
当DELTA_U≤VOLT_DIFF_N时，
当所述处于投入状态的功率模块数量为负数，NARM_HBSM＝0，NARM_FBSM＝|M|；
当所述处于投入状态的功率模块数量为零，NARM_HBSM＝0，NARM_FBSM＝0；
其中，M表示当前控制周期中处于投入状态的功率模块数量，NARM_HBSM、NARM_FBSM分别表示所述单个桥臂在当前控制周期应该处于投入状态的半桥功率模块数量及全桥功率模块数量，DELTA_U表示半桥功率模块与全桥功率模块的平均电压的差值，VOLT_DIFF_P、VOLT_DIFF_N分别表示正、负预设定值，NHSM、NFSM分别表示半桥功率模块总数量及全桥功率模块总数量。
6.如权利要求5所述的基于分组分类混合换流阀的触发脉冲生成系统，其特征在于，所述桥臂电流方向，正向表示桥臂电流对输出正电平的半桥功率模块电容进行充电，或者桥臂电流值为零；负向表示桥臂电流对输出正电平的半桥功率模块电容进行放电。
7.如权利要求5所述的基于分组分类混合换流阀的触发脉冲生成系统，其特征在于，所述调节所述半桥功率模块的输出电平，步骤包括：
获取所述单个桥臂中所有半桥功率模块的电容电压和运行状态；
根据所述桥臂的电流方向、所述半桥功率模块的电容电压和运行状态及半桥预设最大、最小定值，获取因电容电压越限而需改变运行状态的半桥功率模块数量；
获取允许改变运行状态的半桥功率模块数量的限值；
根据所述当前控制周期处于投入状态的半桥功率模块数量、因参考波变化而需改变运行状态的半桥功率模块数量、所述因电容电压越限而需改变运行状态的半桥功率模块数量及所述允许改变运行状态的半桥功率模块数量的限值，将所述半桥功率模块的运行状态继续保持或切换。
8.如权利要求5所述的基于分组分类混合换流阀的触发脉冲生成系统，其特征在于，所述调节所述全桥功率模块的输出电平，步骤包括：
获取所述单个桥臂中所有全桥功率模块的电容电压和运行状态；
根据所述桥臂的电流方向、所述全桥功率模块的电容电压和运行状态及全桥预设最大、最小定值，获取因电容电压越限而需改变运行状态的全桥功率模块数量；
获取允许改变运行状态的全桥功率模块数量的限值；
根据所述当前控制周期处于投入状态的全桥功率模块数量、因参考波变化而需改变运行状态的全桥功率模块数量、所述因电容电压越限而需改变运行状态的全桥功率模块数量及所述允许改变运行状态的全桥功率模块数量的限值，将所述全桥功率模块的运行状态继续保持或切换。
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