CN111478352B - 一种柔性直流输电系统的控制方法、装置及存储介质 - Google Patents

一种柔性直流输电系统的控制方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及直流输电技术领域，公开了柔性直流输电系统的控制方法、装置及存储介质，方法为：当检测到换流器的任一桥臂发生故障的功率模块的数量大于冗余数量阈值时，计算该桥臂的功率模块的第一电容电压的正向峰值，获取可用的功率模块的数量；计算该桥臂的功率模块的当前平均运行电压；根据第一电容电压的正向峰值、可用的功率模块的数量、当前平均运行电压和遍历矩阵，计算遍历矩阵中每一元素对应的最大有功功率限值，以控制柔性直流输电系统的输出功率；遍历矩阵中的元素为柔性直流输电系统能吸收的无功功率值。本发明实现在柔性直流输电系统发生冗余耗尽时，仍可控制柔性直流输电系统保持运行，提高了柔性直流输电系统保持运行的能力。

Description

一种柔性直流输电系统的控制方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及柔性直流输电技术领域，特别是涉及一种柔性直流输电系统的控制方法、装置及存储介质。
背景技术
柔性直流输电系统是一种采用基于全控型功率器件的电压源换流器，其具有不依赖电网换相，可有功无功独立控制等优点，已经广泛应用于海上风电并网、海上钻井平台供电、大电网异步互联等场合。
柔性直流输电系统主要由换流器和换流变压设备组成；其中，由于模块化多电平换流器(MMC，Modular Multilevel Converter)具有模块化设计、不需要功率器件串联、无需交直流滤波器等优势，因而成为柔性直流输电工程的主要换流器拓扑结构型式。模块化多电平换流器由6个桥臂构成，每个桥臂由若干个功率模块和一个桥臂电抗器串联构成，如图1所示；其中，功率模块通常采用两种典型电路形式，一种为全桥电路，如图2所示；另一种为半桥电路，如图3所示。另外，为了提高工程的运行可靠性，实际的柔性直流输电工程中的模块化多电平换流器均会在每个桥臂中配置数量相等的冗余功率模块，即在每一桥臂的功率模块数量为额定值N的基础上，还会再配置M个冗余功率模块。
在柔性直流输电系统实际运行过程中，当某一个功率模块发生故障时，控制系统会迅速将其旁路，使其退出运行，具体可通过闭合图中的开关W1或开关W2，以使该功率模块短路。一旦某一个桥臂中旁路的功率模块数量大于冗余数设计值(称为“冗余耗尽”)时，柔性直流输电系统将立刻停运。本发明人在实施本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下技术问题：在用电高峰时刻，柔性直流输电系统多处于满功率运行，而一旦发生冗余耗尽的现象，系统将立刻停运，这将造成较大的能量损失。而且，当备品备件储量减少而又不足以补充冗余功率模块时，系统将无法恢复而长时间处于停运状态，这导致系统的能量可用率低，进一步造成了能量的损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性直流输电系统的控制方法、装置及存储介质，能够在所述柔性直流输电系统发生冗余耗尽时，使所述柔性直流输电系统保持运行，从而有效地避免了由于柔性直流输电系统发生冗余耗尽而立刻停运，导致能量损失的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种柔性直流输电系统的控制方法，包括：
当检测到换流器的任一桥臂中发生故障的功率模块的数量大于预设的冗余数量阈值时，计算该桥臂的功率模块的第一电容电压的正向峰值，并获取所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量；其中，所述功率模块的第一电容电压的正向峰值为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的电容电压的正向峰值；
根据所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量，计算该桥臂的功率模块的当前平均运行电压；
根据所述功率模块的第一电容电压的正向峰值、所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量、所述功率模块的当前平均运行电压以及预设的遍历矩阵，计算与所述遍历矩阵中的每一元素对应的最大有功功率限值；其中，所述遍历矩阵中的元素为柔性直流输电系统能吸收的无功功率值；
所述计算与所述遍历矩阵中的每一元素对应的最大有功功率限值，具体包括：
预先配置第一中间变量、第二中间变量、第三中间变量和指针变量；其中，所述第一中间变量的初始值、所述第二中间变量的初始值和所述指针变量的初始值均为零，所述第三中间变量的初始值为所述柔性直流输电系统吸收的额定有功功率；
判断所述功率模块的第一电容电压的正向峰值和所述第一中间变量是否符合预设的第一条件；其中，所述第一条件为：
Figure GDA0003159597460000031
Umax1为所述第一中间变量，Umax为所述第一电容电压的正向峰值，e1为预设的第一误差阈值；
当判定所述功率模块的第一电容电压的正向峰值和所述第一中间变量符合所述第一条件时，确定所选取的元素对应的最大有功功率限值为所述指针变量；
当判定所述功率模块的第一电容电压的正向峰值和所述第一中间变量不符合所述第一条件时，通过以下公式更新所述指针变量，得到更新后的指针变量：
Figure GDA0003159597460000032
其中，P为所述更新后的指针变量；P1为所述第二中间变量；P2为所述第三中间变量；
当所述更新后的指针变量符合预设的第二条件时，确定所选取的元素对应的最大有功功率限值为所述柔性直流输电系统吸收的额定有功功率；其中，所述第二条件为：
Figure GDA0003159597460000033
PN为所述柔性直流输电系统吸收的额定有功功率；e2为预设的第二误差阈值；
当所述更新后的指针变量不符合所述第二条件时，判断所述更新后的指针变量是否符合预设的第三条件；当所述更新后的指针变量符合预设的第三条件时，确定所选取的元素对应的最大有功功率限值为零；其中，所述第三条件为：P≤e3；e3为预设的第三误差阈值；
当所述更新后的指针变量不符合所述第三条件时，更新所述第一中间变量、所述第二中间变量以及所述第三中间变量；
在更新完所述第一中间变量、所述第二中间变量以及所述第三中间变量后，返回步骤：判断所述功率模块的第一电容电压的正向峰值和所述第一中间变量是否符合预设的第一条件；根据所述遍历矩阵以及与所述遍历矩阵中的每一元素对应的最大有功功率限值控制所述柔性直流输电系统的输出功率，以使所述柔性直流输电系统保持运行。
作为优选方案，所述根据所述功率模块的第一电容电压的正向峰值、所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量、所述功率模块的当前平均运行电压以及预设的遍历矩阵，计算与所述遍历矩阵中的每一元素对应的最大有功功率限值，具体包括：
从所述遍历矩阵中依次选取元素；
根据所述功率模块的第一电容电压的正向峰值、所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量、所述功率模块的当前平均运行电压以及所选取的元素，计算得到与所选取的元素对应的最大有功功率限值；
其中，所述遍历矩阵具体为：
Figure GDA0003159597460000041
其中，Qo为所述遍历矩阵；QN所述柔性直流输电系统吸收的额定无功功率；y为正整数。
作为优选方案，所述当所述更新后的指针变量不符合所述第三条件时，更新所述第一中间变量、所述第二中间变量以及所述第三中间变量，具体包括：
计算所述功率模块的第二电容电压的正向峰值，并以所述功率模块的第二电容电压的正向峰值作为更新后的第一中间变量，从而更新所述第一中间变量；其中，所述功率模块的第二电容电压的正向峰值为在所述柔性直流输电系统能吸收的无功功率值为所选取的元素，且有功功率为所述更新后的指针变量时，所述功率模块的电容电压的正向峰值；
当判定所述更新后的第一中间变量小于或等于所述第一电容电压的正向峰值，且所述第二中间变量小于或等于所述第三中间变量时，更新所述第二中间变量为所述更新后的指针变量，并保持所述第三中间变量不变；
当判定所述更新后的第一中间变量小于或等于所述第一电容电压的正向峰值，且所述第二中间变量大于所述第三中间变量时，保持所述第二中间变量不变，并更新所述第三中间变量为所述更新后的指针变量；
当判定所述更新后的第一中间变量大于所述第一电容电压的正向峰值，且所述第二中间变量小于或等于所述第三中间变量时，保持所述第二中间变量不变，并更新所述第三中间变量为所述更新后的指针变量；
当判定所述更新后的第一中间变量大于所述第一电容电压的正向峰值，且所述第二中间变量大于所述第三中间变量时，更新所述第二中间变量为所述更新后的指针变量，并保持所述第三中间变量不变；
在更新完所述第二中间变量和所述第三中间变量后，返回步骤：判断所述功率模块的第一电容电压的正向峰值和所述第一中间变量是否符合预设的第一条件。
作为优选方案，所述计算所述功率模块的第二电容电压的正向峰值，具体包括：
当所述更新后的指针变量均不符合所述第二条件和所述第三条件时，根据所选取的元素和所述更新后的指针变量，通过以下公式计算所述功率模块的第二电容电压的正向峰值：
Figure GDA0003159597460000051
Figure GDA0003159597460000052
Figure GDA0003159597460000061
其中，Umax2为所述第二电容电压的正向峰值；U1为在所述功率模块的当前平均运行电压；P为所述更新后的指针变量；Qo(k)为所述遍历矩阵中的第k个元素，即所选取的元素；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；m1为所述换流器在当前设置功率水平下的调制比；ω为电网工频角频率；t为时间；C为所述功率模块的电容值；
Figure GDA0003159597460000065
为所述换流器在当前设置功率水平下的输出功率因数角；N1为所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量的最小值；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；R为所述柔性直流输电系统的交流侧等效损耗电阻；XT为所述柔性直流输电系统中的变压器短路阻抗；XS为所述换流器中的桥臂电抗器的阻抗。
作为优选方案，计算所述该桥臂的功率模块的第一电容电压的正向峰值，具体包括：
获取所述柔性直流输电系统的额定运行参数；
根据所述柔性直流输电系统的额定运行参数，通过以下公式计算在所述功率模块的第一电容电压的正向峰值：
Figure GDA0003159597460000062
Figure GDA0003159597460000063
Figure GDA0003159597460000064
其中，Umax为所述第一电容电压的正向峰值；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；PN为所述柔性直流输电系统吸收的额定有功功率；QN所述柔性直流输电系统吸收的额定无功功率；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；mN为所述换流器在额定运行功率水平下的调制比；ω为电网工频角频率；t为时间；C为所述功率模块的电容值；
Figure GDA0003159597460000071
为所述换流器在额定运行功率水平下的输出功率因数角；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量；XT为所述柔性直流输电系统中的变压器短路阻抗；XS为所述换流器中的桥臂电抗器的阻抗；R为所述柔性直流输电系统的交流侧等效损耗电阻。
作为优选方案，所述根据所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量，计算该桥臂的功率模块的当前平均运行电压，具体为：
根据所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量，通过以下公式计算该桥臂的功率模块的当前平均运行电压：
Figure GDA0003159597460000072
其中，U1为所述功率模块的当前平均运行电压；N1为所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量的最小值；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量。
作为优选方案，所述根据所述遍历矩阵以及与所述遍历矩阵中的每一元素对应的最大有功功率限值控制所述柔性直流输电系统的输出功率，以使所述柔性直流输电系统保持运行，具体包括：
根据所述遍历矩阵中的每一元素以及与所述元素对应的最大有功功率限值，创建所述柔性直流输电系统吸收的最大有功功率限值和无功功率限值的关系曲线；
控制所述柔性直流输电系统的输出功率低于所述关系曲线中的数值，以使所述柔性直流输电系统保持运行。
为了解决相同的技术问题，相应地，本发明实施例还提供一种柔性直流输电系统的控制装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的柔性直流输电系统的控制方法。
为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有程序，当所述程序运行时，实现上述的柔性直流输电系统的控制方法。
与现有技术相比，本发明提供一种柔性直流输电系统的控制方法、装置及存储介质，通过在检测到换流器的任一桥臂中发生故障的功率模块的数量大于预设的数量阈值时，计算该桥臂的功率模块的第一电容电压的正向峰值和所述功率模块的当前平均运行电压，并获取所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量，以根据所述功率模块的第一电容电压的正向峰值、所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量、所述功率模块的当前平均运行电压以及预设的遍历矩阵，计算与所述遍历矩阵中的每一元素对应的最大有功功率限值，从而实现在所述柔性直流输电系统发生冗余耗尽时，能够通过所述遍历矩阵中的元素以及与所述元素对应的最大有功功率限值来限制所述柔性直流输电系统的输出功率，以使所述柔性直流输电系统保持运行，进而提高了柔性直流输电系统的保持运行的能力，有效地避免了由于柔性直流输电系统发生冗余耗尽而立刻停运，导致能量损失的问题，因此提高了所述柔性直流输电系统的能量可用率。
附图说明
图1是现有技术中的换流器的结构示意图；
图2是现有技术中的一种功率模块的结构示意图；
图3是现有技术中的另一种功率模块的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的柔性直流输电系统的控制方法的流程示意图；
图5是本发明实施例提供的柔性直流输电系统的控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中，柔性直流输电系统包括换流器和变压器，所述换流器包括六个桥臂，所述桥臂包括桥臂电抗器和多个功率模块；其中，交流电网输出的交流电经所述变压器输入后，经所述换流器转换为直流电并输出。
参见图4，是本发明实施例提供的柔性直流输电系统的控制方法的流程示意图。
在本发明实施例中，所述柔性直流输电系统的控制方法，适用于上述的柔性直流输电系统，所述方法包括以下步骤S11-S14：
S11、当检测到换流器的任一桥臂中发生故障的功率模块的数量大于预设的冗余数量阈值时，计算该桥臂的功率模块的第一电容电压的正向峰值，并获取所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量；其中，所述功率模块的第一电容电压的正向峰值为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的电容电压的正向峰值。
具体地，当检测到换流器的任一桥臂中发生故障的功率模块的数量大于预设的数量阈值时，表明所述柔性直流输电系统发生冗余耗尽；此时，计算在额定功率水平下，该桥臂的功率模块的第一电容电压的正向峰值，并获取所述换流器的六个桥臂中可用的功率模块的数量，即获取所述换流器中未发生故障的功率模块的数量。
S12、根据所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量，计算该桥臂的功率模块的当前平均运行电压。
具体地，在所述柔性直流输电系统发生冗余耗尽时，基于在当前运行状态下，出现冗余耗尽的桥臂的总储能与桥臂上的功率模块均未发生故障时的总储能相等的关系，计算得到出现冗余耗尽的桥臂的功率模块的当前平均运行电压。
S13、根据所述功率模块的第一电容电压的正向峰值、所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量、所述功率模块的当前平均运行电压以及预设的遍历矩阵，计算与所述遍历矩阵中的每一元素对应的最大有功功率限值；其中，所述遍历矩阵中的元素为柔性直流输电系统能吸收的无功功率值。
其中，所述遍历矩阵中的元素的个数可以根据实际使用情况设置；且每一所述元素的数值均小于或等于所述柔性直流输电系统从换流站交流母线位置处吸收的额定无功功率值。
S14、根据所述遍历矩阵以及与所述遍历矩阵中的每一元素对应的最大有功功率限值控制所述柔性直流输电系统的输出功率，以使所述柔性直流输电系统保持运行。
具体地，控制所述柔性直流输电系统的输出功率低于所述遍历矩阵中的元素以及与所述元素对应的最大有功功率限值，以使柔性直流输电系统保持运行。
在本发明实施例中，通过在检测到换流器的任一桥臂中发生故障的功率模块的数量大于预设的数量阈值时，计算该桥臂的功率模块的第一电容电压的正向峰值和所述功率模块的当前平均运行电压，并获取所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量，以根据所述功率模块的第一电容电压的正向峰值、所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量、所述功率模块的当前平均运行电压以及预设的遍历矩阵，计算与所述遍历矩阵中的每一元素对应的最大有功功率限值，从而实现在所述柔性直流输电系统发生冗余耗尽时，能够通过所述遍历矩阵中的元素以及与所述元素对应的最大有功功率限值来限制所述柔性直流输电系统的输出功率，以使所述柔性直流输电系统保持运行，进而提高了柔性直流输电系统的保持运行的能力，有效地避免了由于柔性直流输电系统发生冗余耗尽而立刻停运，导致能量损失的问题，因此提高了所述柔性直流输电系统的能量可用率。
在一种优选实施方式中，在所述步骤S11中，所述计算该桥臂的功率模块的第一电容电压的正向峰值，具体包括以下步骤S111-S112：
S111、获取所述柔性直流输电系统的额定运行参数；
S112、根据所述柔性直流输电系统的额定运行参数，通过以下公式计算在所述功率模块的第一电容电压的正向峰值：
Figure GDA0003159597460000111
Figure GDA0003159597460000112
Figure GDA0003159597460000113
其中，Umax为所述第一电容电压的正向峰值；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；PN为所述柔性直流输电系统吸收的额定有功功率；QN所述柔性直流输电系统吸收的额定无功功率；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；mN为所述换流器在额定运行功率水平下的调制比；ω为电网工频角频率；t为时间；C为所述功率模块的电容值；
Figure GDA0003159597460000114
为所述换流器在额定运行功率水平下的输出功率因数角；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量；XT为所述柔性直流输电系统中的变压器短路阻抗；XS为所述换流器中的桥臂电抗器的阻抗；R为所述柔性直流输电系统的交流侧等效损耗电阻。
可以理解的，所述柔性直流输电系统的额定运行参数包括：所述柔性直流输电系统从换流站交流母线位置处吸收的额定有功功率PN、所述柔性直流输电系统从换流站交流母线位置处吸收的额定无功功率QN、所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值E、所述电网工频角频率ω、所述柔性直流输电系统中的变压器短路阻抗XT、所述换流器中的桥臂电抗器的阻抗XS、所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量N、在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压UN、所述功率模块的电容值C、所述柔性直流输电系统的交流侧等效损耗电阻R。
需要说明的是，这里仅仅是计算该桥臂的功率模块的第一电容电压的正向峰值的一种具体实现方式，本发明实施例对计算该桥臂的功率模块的第一电容电压的正向峰值的具体方式不做限定，本领域内的技术人员还可以根据实际应用中的具体情况采用其他方式获得该桥臂的功率模块的第一电容电压的正向峰值。
在一种优选实施方式中，在步骤S12中，所述根据所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量，计算该桥臂的功率模块的当前平均运行电压，具体为：
根据所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量，通过以下公式计算该桥臂的功率模块的当前平均运行电压：
Figure GDA0003159597460000121
其中，U1为所述功率模块的当前平均运行电压；N1为所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量的最小值；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量。
在一种优选实施方式中，在步骤S13中，所述根据所述功率模块的第一电容电压的正向峰值、所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量、所述功率模块的当前平均运行电压以及预设的遍历矩阵，计算与所述遍历矩阵中的每一元素对应的最大有功功率限值，具体包括以下步骤S131-S132：
S131、从所述遍历矩阵中依次选取所述元素；
S132、根据所述功率模块的第一电容电压的正向峰值、所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量、所述功率模块的当前平均运行电压以及所选取的元素，计算得到与所选取的元素对应的最大有功功率限值；
其中，所述遍历矩阵具体为：
Figure GDA0003159597460000131
其中，Qo为所述遍历矩阵；QN所述柔性直流输电系统吸收的额定无功功率；y为正整数。
可以理解的，每通过步骤S131从所述遍历矩阵中选取一个元素，即可通过步骤S132可以计算得到与该元素对应的最大有功功率限制，从而获得所述遍历矩阵中的每一元素对应的最大有功功率限值。需要说明的是，y可以根据实际使用情况设置；上述仅仅是所述遍历矩阵的一种具体表现形式，本发明实施例对所述遍历矩阵的具体形式不做限定，只需满足确保所述遍历矩阵中的元素的数值小于或等于所述柔性直流输电系统从换流站交流母线位置处吸收的额定无功功率值即可；本领域内的技术人员还可以根据实际应用中的具体情况采用其他形式的遍历矩阵。
在一种优选实施方式中，在步骤S132中，所述根据所述功率模块的第一电容电压的正向峰值、所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量、所述功率模块的当前平均运行电压以及所选取的元素，计算得到与所选取的元素对应的最大有功功率限值，具体包括以下步骤S1321-S1332：
S1321、预先配置第一中间变量、第二中间变量、第三中间变量和指针变量；其中，所述第一中间变量的初始值、所述第二中间变量的初始值和所述指针变量的初始值均为零，所述第三中间变量的初始值为所述柔性直流输电系统吸收的额定有功功率；
S1322、判断所述功率模块的第一电容电压的正向峰值和所述第一中间变量是否符合预设的第一条件；其中，所述第一条件为：
Figure GDA0003159597460000132
Umax1为所述第一中间变量，Umax为所述第一电容电压的正向峰值，e1为预设的第一误差阈值；
S1323、当判定所述功率模块的第一电容电压的正向峰值和所述第一中间变量符合所述第一条件时，确定所选取的元素对应的最大有功功率限值为所述指针变量；
S1324、当判定所述功率模块的第一电容电压的正向峰值和所述第一中间变量不符合所述第一条件时，通过以下公式更新所述指针变量，得到更新后的指针变量：
Figure GDA0003159597460000141
其中，P为所述更新后的指针变量；P1为所述第二中间变量；P2为所述第三中间变量；
S1325、当所述更新后的指针变量符合预设的第二条件时，确定所选取的元素对应的最大有功功率限值为所述柔性直流输电系统吸收的额定有功功率；其中，所述第二条件为：
Figure GDA0003159597460000142
PN为所述柔性直流输电系统吸收的额定有功功率；P为所述更新后的指针变量；e2为预设的第二误差阈值；
S1326、当所述更新后的指针变量不符合所述第二条件时，判断所述更新后的指针变量是否符合预设的第三条件；当所述更新后的指针变量符合预设的第三条件时，确定所选取的元素对应的最大有功功率限值为零；其中，所述第三条件为：P≤e3；P为所述更新后的指针变量；e3为预设的第三误差阈值；
S1327、当所述更新后的指针变量不符合所述第三条件时，计算所述功率模块的第二电容电压的正向峰值，并以所述第二电容电压的正向峰值作为更新后的第一中间变量，从而更新所述第一中间变量；其中，所述第二电容电压的正向峰值为在所述柔性直流输电系统能吸收的无功功率值为所选取的元素，且有功功率为所述更新后的指针变量时，所述功率模块的电容电压的正向峰值；
S1328、当判定所述更新后的第一中间变量小于或等于所述第一电容电压的正向峰值，且所述第二中间变量小于或等于所述第三中间变量时，更新所述第二中间变量为所述更新后的指针变量，并保持所述第三中间变量不变；
S1329、当判定所述更新后的第一中间变量小于或等于所述第一电容电压的正向峰值，且所述第二中间变量大于所述第三中间变量时，保持所述第二中间变量不变，并更新所述第三中间变量为所述更新后的指针变量；
S1330、当判定所述更新后的第一中间变量大于所述第一电容电压的正向峰值，且所述第二中间变量小于或等于所述第三中间变量时，保持所述第二中间变量不变，并更新所述第三中间变量为所述更新后的指针变量；
S1331、当判定所述更新后的第一中间变量大于所述第一电容电压的正向峰值，且所述第二中间变量大于所述第三中间变量时，更新所述第二中间变量为所述更新后的指针变量，并保持所述第三中间变量不变；
S1332、在更新完所述第二中间变量和所述第三中间变量后，返回步骤：判断所述功率模块的第一电容电压的正向峰值和所述第一中间变量是否符合预设的第一条件。
可以理解的，预先配置的所述第一中间变量Umax1为所述功率模块的电容电压的正向峰值的中间变量；所述第二中间变量P1和所述第三中间变量P2为两个所述柔性直流输电系统的有功功率的中间变量；所述指针变量P为所述柔性直流输电系统的有功功率的指针变量。在具有实施例是，当所述更新后的指针变量不符合所述第二条件，且不符合所述第三条件时，根据步骤S1327-S1331更新所述第一中间变量、所述第二中间变量和所述第三中间变量，然后返回执行步骤S1322，以循环执行步骤S1322-S1332，直至确定所选取的元素对应的最大有功功率限值。此外，需要说明的是，所述第一误差阈值、所述第二误差阈值和所述第三误差阈值均可根据实际使用情况设置，本发明对此不作限制。
进一步地，在步骤S1327中，所述当所述更新后的指针变量不符合所述第三条件时，计算所述功率模块的第二电容电压的正向峰值，具体为：
当所述更新后的指针变量均不符合所述第二条件和所述第三条件时，根据所选取的元素和所述更新后的指针变量，通过以下公式计算所述功率模块的第二电容电压的正向峰值：
Figure GDA0003159597460000161
Figure GDA0003159597460000162
Figure GDA0003159597460000163
其中，Umax2为所述第二电容电压的正向峰值；U1为在所述功率模块的当前平均运行电压；P为所述更新后的指针变量；Qo(k)为所述遍历矩阵中的第k个元素，即所选取的元素；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；m1为所述换流器在当前设置功率水平下的调制比；ω为电网工频角频率；t为时间；C为所述功率模块的电容值；
Figure GDA0003159597460000164
为所述换流器在当前设置功率水平下的输出功率因数角；N1为所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量的最小值；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；R为所述柔性直流输电系统的交流侧等效损耗电阻；XT为所述柔性直流输电系统中的变压器短路阻抗；XS为所述换流器中的桥臂电抗器的阻抗。
在一种优选实施方式中，在步骤S14中，所述根据所述遍历矩阵以及与所述遍历矩阵中的每一元素对应的最大有功功率限值控制所述柔性直流输电系统的输出功率，以使所述柔性直流输电系统保持运行，具体包括以下步骤S142-S142：
S141、根据所述遍历矩阵中的每一元素以及与所述元素对应的最大有功功率限值，创建所述柔性直流输电系统吸收的最大有功功率限值和无功功率限值的关系曲线；
S142、控制所述柔性直流输电系统的输出功率低于所述关系曲线中的数值，以使所述柔性直流输电系统保持运行。
在本发明实施例中，通过创建所述柔性直流输电系统吸收的最大有功功率限值和无功功率限值的关系曲线，以实现根据所述关系曲线限制所述柔性直流输电系统的输出功率，以确保在发生冗余耗尽时，所述柔性直流输电系统仍能保持运行。
参见图5，本发明另一实施例对应提供了一种柔性直流输电系统的控制装置。
本发明实施例提供的所述柔性直流输电系统的控制装置100，包括处理器101、存储器102以及存储在所述存储器102中且被配置为由所述处理器101执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的柔性直流输电系统的控制方法。
在本发明实施例中，通过所述柔性直流输电系统的控制装置100，在检测到换流器的任一桥臂中发生故障的功率模块的数量大于预设的数量阈值时，计算该桥臂的功率模块的第一电容电压的正向峰值和所述功率模块的当前平均运行电压，并获取所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量，以根据所述第一电容电压的正向峰值、所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量、所述功率模块的当前平均运行电压以及预设的遍历矩阵，计算与所述遍历矩阵中的每一元素对应的最大有功功率限值，从而实现在所述柔性直流输电系统发生冗余耗尽时，能够通过所述遍历矩阵中的元素以及与所述元素对应的最大有功功率限值来限制所述柔性直流输电系统的输出功率，以使所述柔性直流输电系统保持运行，进而提高了柔性直流输电系统的保持运行的能力，有效地避免了由于柔性直流输电系统发生冗余耗尽而立刻停运，导致能量损失的问题，因此提高了所述柔性直流输电系统的能量可用率。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器102中，并由所述处理器101执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述柔性直流输电系统的控制装置100中的执行过程。
所称处理器101可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器102可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器101通过运行或执行存储在所述存储器102内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器102内的数据，实现所述柔性直流输电系统的控制装置100的各种功能。所述存储器102可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述柔性直流输电系统的控制装置100集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
综上，本发明提供一种柔性直流输电系统的控制方法、装置及存储介质，通过在检测到换流器的任一桥臂中发生故障的功率模块的数量大于预设的数量阈值时，计算该桥臂的功率模块的第一电容电压的正向峰值和所述功率模块的当前平均运行电压，并获取所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量，以根据所述功率模块的第一电容电压的正向峰值、所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量、所述功率模块的当前平均运行电压以及预设的遍历矩阵，计算与所述遍历矩阵中的每一元素对应的最大有功功率限值，从而实现在所述柔性直流输电系统发生冗余耗尽时，能够通过所述遍历矩阵中的元素以及与所述元素对应的最大有功功率限值来限制所述柔性直流输电系统的输出功率，以使所述柔性直流输电系统保持运行，进而提高了柔性直流输电系统的保持运行的能力，有效地避免了由于柔性直流输电系统发生冗余耗尽而立刻停运，导致能量损失的问题，因此提高了所述柔性直流输电系统的能量可用率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，包括：
当检测到换流器的任一桥臂中发生故障的功率模块的数量大于预设的冗余数量阈值时，计算该桥臂的功率模块的第一电容电压的正向峰值，并获取所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量；其中，所述功率模块的第一电容电压的正向峰值为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的电容电压的正向峰值；
根据所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量，计算该桥臂的功率模块的当前平均运行电压；
根据所述功率模块的第一电容电压的正向峰值、所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量、所述功率模块的当前平均运行电压以及预设的遍历矩阵，计算与所述遍历矩阵中的每一元素对应的最大有功功率限值；其中，所述遍历矩阵中的元素为柔性直流输电系统能吸收的无功功率值；
所述计算与所述遍历矩阵中的每一元素对应的最大有功功率限值，具体包括：
预先配置第一中间变量、第二中间变量、第三中间变量和指针变量；其中，所述第一中间变量的初始值、所述第二中间变量的初始值和所述指针变量的初始值均为零，所述第三中间变量的初始值为所述柔性直流输电系统吸收的额定有功功率；
判断所述功率模块的第一电容电压的正向峰值和所述第一中间变量是否符合预设的第一条件；其中，所述第一条件为：
Figure FDA0003159597450000011
Umax1为所述第一中间变量，Umax为所述第一电容电压的正向峰值，e1为预设的第一误差阈值；
当判定所述功率模块的第一电容电压的正向峰值和所述第一中间变量符合所述第一条件时，确定所选取的元素对应的最大有功功率限值为所述指针变量；
当判定所述功率模块的第一电容电压的正向峰值和所述第一中间变量不符合所述第一条件时，通过以下公式更新所述指针变量，得到更新后的指针变量：
Figure FDA0003159597450000021
其中，P为所述更新后的指针变量；P1为所述第二中间变量；P2为所述第三中间变量；
当所述更新后的指针变量符合预设的第二条件时，确定所选取的元素对应的最大有功功率限值为所述柔性直流输电系统吸收的额定有功功率；其中，所述第二条件为：
Figure FDA0003159597450000022
PN为所述柔性直流输电系统吸收的额定有功功率；e2为预设的第二误差阈值；
当所述更新后的指针变量不符合所述第二条件时，判断所述更新后的指针变量是否符合预设的第三条件；当所述更新后的指针变量符合预设的第三条件时，确定所选取的元素对应的最大有功功率限值为零；其中，所述第三条件为：P≤e3；e3为预设的第三误差阈值；
当所述更新后的指针变量不符合所述第三条件时，更新所述第一中间变量、所述第二中间变量以及所述第三中间变量；
在更新完所述第一中间变量、所述第二中间变量以及所述第三中间变量后，返回步骤：判断所述功率模块的第一电容电压的正向峰值和所述第一中间变量是否符合预设的第一条件；
根据所述遍历矩阵以及与所述遍历矩阵中的每一元素对应的最大有功功率限值控制所述柔性直流输电系统的输出功率，以使所述柔性直流输电系统保持运行。
2.如权利要求1所述的柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述功率模块的第一电容电压的正向峰值、所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量、所述功率模块的当前平均运行电压以及预设的遍历矩阵，计算与所述遍历矩阵中的每一元素对应的最大有功功率限值，具体包括：
从所述遍历矩阵中依次选取元素；
根据所述功率模块的第一电容电压的正向峰值、所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量、所述功率模块的当前平均运行电压以及所选取的元素，计算得到与所选取的元素对应的最大有功功率限值；
其中，所述遍历矩阵具体为：
Figure FDA0003159597450000031
其中，Qo为所述遍历矩阵；QN所述柔性直流输电系统吸收的额定无功功率；y为正整数。
3.如权利要求1所述的柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，所述当所述更新后的指针变量不符合所述第三条件时，更新所述第一中间变量、所述第二中间变量以及所述第三中间变量，具体包括：
计算所述功率模块的第二电容电压的正向峰值，并以所述功率模块的第二电容电压的正向峰值作为更新后的第一中间变量，从而更新所述第一中间变量；其中，所述功率模块的第二电容电压的正向峰值为在所述柔性直流输电系统能吸收的无功功率值为所选取的元素，且有功功率为所述更新后的指针变量时，所述功率模块的电容电压的正向峰值；
当判定所述更新后的第一中间变量小于或等于所述第一电容电压的正向峰值，且所述第二中间变量小于或等于所述第三中间变量时，更新所述第二中间变量为所述更新后的指针变量，并保持所述第三中间变量不变；
当判定所述更新后的第一中间变量小于或等于所述第一电容电压的正向峰值，且所述第二中间变量大于所述第三中间变量时，保持所述第二中间变量不变，并更新所述第三中间变量为所述更新后的指针变量；
当判定所述更新后的第一中间变量大于所述第一电容电压的正向峰值，且所述第二中间变量小于或等于所述第三中间变量时，保持所述第二中间变量不变，并更新所述第三中间变量为所述更新后的指针变量；
当判定所述更新后的第一中间变量大于所述第一电容电压的正向峰值，且所述第二中间变量大于所述第三中间变量时，更新所述第二中间变量为所述更新后的指针变量，并保持所述第三中间变量不变；
在更新完所述第二中间变量和所述第三中间变量后，返回步骤：判断所述功率模块的第一电容电压的正向峰值和所述第一中间变量是否符合预设的第一条件。
4.如权利要求3所述的柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，所述计算所述功率模块的第二电容电压的正向峰值，具体包括：
当所述更新后的指针变量均不符合所述第二条件和所述第三条件时，根据所选取的元素和所述更新后的指针变量，通过以下公式计算所述功率模块的第二电容电压的正向峰值：
Figure FDA0003159597450000041
Figure FDA0003159597450000042
Figure FDA0003159597450000043
其中，Umax2为所述第二电容电压的正向峰值；U1为在所述功率模块的当前平均运行电压；P为所述更新后的指针变量；Qo(k)为所述遍历矩阵中的第k个元素，即所选取的元素；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；m1为所述换流器在当前设置功率水平下的调制比；ω为电网工频角频率；t为时间；C为所述功率模块的电容值；
Figure FDA0003159597450000051
为所述换流器在当前设置功率水平下的输出功率因数角；N1为所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量的最小值；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；R为所述柔性直流输电系统的交流侧等效损耗电阻；XT为所述柔性直流输电系统中的变压器短路阻抗；XS为所述换流器中的桥臂电抗器的阻抗。
5.如权利要求1-4任一项所述的柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，计算所述该桥臂的功率模块的第一电容电压的正向峰值，具体包括：
获取所述柔性直流输电系统的额定运行参数；
根据所述柔性直流输电系统的额定运行参数，通过以下公式计算在所述功率模块的第一电容电压的正向峰值：
Figure FDA0003159597450000052
Figure FDA0003159597450000053
Figure FDA0003159597450000054
其中，Umax为所述第一电容电压的正向峰值；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；PN为所述柔性直流输电系统吸收的额定有功功率；QN所述柔性直流输电系统吸收的额定无功功率；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；mN为所述换流器在额定运行功率水平下的调制比；ω为电网工频角频率；t为时间；C为所述功率模块的电容值；
Figure FDA0003159597450000055
为所述换流器在额定运行功率水平下的输出功率因数角；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量；XT为所述柔性直流输电系统中的变压器短路阻抗；XS为所述换流器中的桥臂电抗器的阻抗；R为所述柔性直流输电系统的交流侧等效损耗电阻。
6.如权利要求1-4任一项所述的柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量，计算该桥臂的功率模块的当前平均运行电压，具体为：
根据所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量，通过以下公式计算该桥臂的功率模块的当前平均运行电压：
Figure FDA0003159597450000061
其中，U1为所述功率模块的当前平均运行电压；N1为所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量的最小值；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量。
7.如权利要求1-4任一项所述的柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述遍历矩阵以及与所述遍历矩阵中的每一元素对应的最大有功功率限值控制所述柔性直流输电系统的输出功率，以使所述柔性直流输电系统保持运行，具体包括：
根据所述遍历矩阵中的每一元素以及与所述元素对应的最大有功功率限值，创建所述柔性直流输电系统吸收的最大有功功率限值和无功功率限值的关系曲线；
控制所述柔性直流输电系统的输出功率低于所述关系曲线中的数值，以使所述柔性直流输电系统保持运行。
8.一种柔性直流输电系统的控制装置，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述的柔性直流输电系统的控制方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有程序，当所述程序运行时，实现如权利要求1至7中任一项所述的柔性直流输电系统的控制方法。
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