CN111917319B - 一种mmc电容状态更新方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种MMC电容状态更新方法及系统，属于MMC电容电压估计和电容状态监测领域，MMC的每一桥臂上设置有N个串联的MMC子模块，该N个MMC子模块划分为多个子模块组，方法包括：获取第一子模块组的当前组电容电压、当前电流和上一时刻历史电流，以及该第一子模块组中每个MMC子模块的当前开关状态，第一子模块组为MMC中任一子模块组；根据当前电流、历史电流、当前开关状态，预测每一MMC子模块的电容电压预测值；利用第一子模块组的当前组电容电对该电容电压预测值进行校正，得到每个MMC子模块的电容电压校正值。测量MMC各个子模块组的组电容电压，通过预测校正得到MMC中每个MMC子模块的电容电压，减少电压传感器的数量，降低MMC硬件成本和测量负担。

Description

一种MMC电容状态更新方法及系统
技术领域
本发明属于MMC电容电压估计和电容状态监测领域，更具体地，涉及一种MMC电容状态更新方法及系统。
背景技术
模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter，MMC)具有高效率、模块化、灵活的拓展性、输出波形质量高等优点，在中高压应用领域得到广泛关注。
为了实现MMC均压控制、输出电流控制等，每一MMC子模块均需配置一个电压传感器以测量其电容电压，给硬件测量系统带来较大的负担，并且大量高精度电压传感器也会导致测量系统的成本较高。通过减少电压传感器的数量，可以简化硬件测量系统，但是会影响电容状态(包括电容电压和容值)更新精度、电容均压效果。相关技术中，尚未有从整体性能与成本统筹配置电压传感器方面的研究。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种MMC电容状态更新方法及系统，其目的在于保证MMC种各MMC子模块电容电压和电容容值更新精度的基础上，降低硬件成本和测量负担。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种MMC电容状态更新方法，所述MMC的每个桥臂上设置有N个串联的MMC子模块，所述N个MMC子模块划分为多个子模块组，所述方法包括：S110，获取第一子模块组的当前组电容电压、当前电流和上一时刻历史电流，以及该第一子模块组中每个MMC子模块的当前开关状态，所述第一子模块组为所述MMC中任一子模块组；S120，在所述当前电流和所述历史电流间取均值，作为每个MMC子模块的预测电流，以计算每个MMC子模块在当前时刻的电容电压预测值；S130，计算每个MMC子模块的所述当前开关状态和所述电容电压预测值的乘积，并将各MMC子模块对应的该乘积相加，得到第一子模块组的组电容电压预测值；S140，将所述当前组电容电压和所述组电容电压预测值间的差值作为校正电压，利用所述第一子模块组的校正系数矩阵与该校正电压之间的乘积，对每个MMC子模块的所述电容电压预测值校正，得到电容电压校正值，根据所述电容电压校正值更新所述第一子模块组中每个MMC子模块的电容状态；S150，对所述第一子模块组以外的其他子模块组重复执行上述操作S110-S140，以更新其他子模块组中每个MMC子模块的电容状态。
更进一步地，在操作S130和S140之间，所述方法还包括：将所述第一子模块组的过程噪声协方差矩阵与上一时刻的历史不确定性协方差矩阵求和，作为当前时刻的不确定性协方差预测矩阵，用以计算所述校正系数矩阵。
更进一步地，所述计算每个MMC子模块的电容电压预测值，包括：将所述预测电流分别与每个MMC子模块的容值倒数以及开关状态相乘，并将相乘结果与每个MMC子模块上一时刻的历史电容电压相加，得到所述电容电压预测值。
更进一步地，每隔预定时间，或者当所述MMC中发生短路故障且故障清除时，所述方法包括：计算每个MMC子模块的容值变化量，并对容值变化量不低于预设阈值的MMC子模块的容值进行更新
更进一步地，所述计算每个MMC子模块的容值变化量，包括：投入任一子模块组中的一个MMC子模块并对所述子模块组中的其他MMC子模块进行旁路；获取处于投入状态的MMC子模块在K个采样时刻的电容电压测量值和电流测量值，K为大于0的偶数；将当前采样时刻的电流测量值与上一采样时刻的电流测量值取均值，作为估计电流，用以计算每个采样时刻的电容电压估计值；分别将前K/2个电容电压估计值求和，将后K/2个电容电压估计值求和，将前K/2个电容电压测量值求和，将后K/2个电容电压测量值求和，用以计算所述容值变化量；重复执行以上操作，以计算所有子模块组中每个MMC子模块的容值变化量。
更进一步地，所述投入任一子模块组中的一个MMC子模块并对所述子模块组中的其他MMC子模块进行旁路，具体为：在所述MMC子模块的电容电压波峰侧的时间区间内以及电容电压波谷侧的时间区间内，投入任一子模块组中的一个MMC子模块并对所述子模块组中的其他MMC子模块进行旁路。
更进一步地，每个子模块组配置一个电压传感器，所述电压传感器与子模块组之间设置有分压电路，则在所述投入任一子模块组中的一个MMC子模块并对所述子模块组中的其他MMC子模块进行旁路之后，还包括：调节所述分压电路的分压比，使得所述分压电路输出的电压与所述电压传感器量程之间的差值不高于预设值。
更进一步地，在所述计算每个MMC子模块的容值变化量时，还包括：根据控制指令分配其他子模块组中所投入的MMC子模块的数量，使得所述MMC中投入的MMC子模块的总数量等于所述控制指令中的指令值，该其他子模块组为仅投入一个MMC子模块的子模块组之外的子模块组。
更进一步地，对容值变化量不低于预设阈值的MMC子模块的容值进行更新之后，所述方法还包括：当任一更新后的电容的容值低于容值最低阈值时，输出报警信号，并对所述容值低于容值最低阈值的电容所对应的MMC子模块进行旁路。
按照本发明的另一个方面，提供了一种MMC电容状态更新系统，所述MMC的每个桥臂上设置有N个串联的MMC子模块，所述N个MMC子模块划分为多个子模块组，其特征在于，所述系统包括：获取模块，用于获取第一子模块组的当前组电容电压、当前电流和上一时刻历史电流，以及该第一子模块组中每个MMC子模块的当前开关状态，所述第一子模块组为所述MMC中任一子模块组；预测模块，用于在所述当前电流和所述历史电流间取均值，作为每个MMC子模块的预测电流，以计算每个MMC子模块在当前时刻的电容电压预测值；计算模块，用于计算每个MMC子模块的所述当前开关状态和所述电容电压预测值的乘积，并将各MMC子模块对应的该乘积相加，得到第一子模块组的组电容电压预测值；校正模块，用于将所述当前组电容电压和所述组电容电压预测值间的差值作为校正电压，利用所述第一子模块组的校正系数矩阵与该校正电压之间的乘积，对每个MMC子模块的所述电容电压预测值校正，得到电容电压校正值，根据所述电容电压校正值更新所述第一子模块组中每个MMC子模块的电容状态；重复执行模块，用于对所述第一子模块组以外的其他子模块组重复执行上述模块，以更新其他子模块组中每个MMC子模块的电容状态。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)分别测量MMC各个子模块组的组电容电压，通过预测校正得到MMC中每一MMC子模块的电容电压，无需为每一MMC子模块设置电压传感器，减少了电压传感器的数量，降低MMC硬件成本和测量负担；
(2)每隔一定时间以及发生短路故障且故障清除时，均对电容容值进行更新，确保准确获得各MMC子模块的电容容值，便于及时剔除老化严重或故障电容，并且，基于更新后的容值预测校正计算各MMC子模块的电容电压，提高电容电压的计算精度；
(3)在子模块组和电压传感器之间设置分压电路，当测量任一MMC子模块的电容电压以更新其电容容值时，增大分压电路的分压比，确保该子模块组的电容电压在电压传感器量程附近，提高测量精度，从而确保容值更新精度，进一步提高了电容电压的计算精度。
附图说明
图1为本发明提出的MMC电容状态更新方法的流程图；
图2为本发明提出的MMC主电路拓扑和传感器配置的电路示意图；
图3为图2中任一桥臂上传感器配置的电路示意图；
图4为本发明提出的子模块组输出电压的测量结构示意图；
图5为本发明提出的MMC子模块容值更新时的采样示意图；
图6为本发明提出的MMC电容状态更新系统的框图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：
1为分压电路，600为MMC电容状态更新系统，610为获取模块，620为预测模块，630为计算模块，640为校正模块，650为重复执行模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
图1为本发明提出的MMC电容状态更新方法的流程图。参阅图1，结合图2-图5，对本实施例中的MMC电容状态更新方法进行详细说明。如图1所示，方法包括操作S110-操作S150。
操作S110，获取第一子模块组的当前组电容电压、当前电流和上一时刻历史电流，以及该第一子模块组中每个MMC子模块的当前开关状态，所述第一子模块组为MMC中任一子模块组。
以图2中示出的MMC主电路拓扑和传感器配置为例说明MMC。参阅图2，MMC包括多个桥臂，每个桥臂上设置有N个串联的MMC子模块SM1、SM2、……、SMN，每个桥臂上的N个MMC子模块被划分为G个子模块组，G≥2，每个子模块组中包括M个MMC子模块，M≥2，每个MMC子模块中设置有一电容，该电容位于MMC子模块的输出端，任一桥臂上的N个MMC子模块被划分后所形成的结构如图3所示。本实施例中，各个子模块组内的MMC子模块的数量可以相同，也可以不同；各个桥臂上的子模块组的数量可以相同，也可以不同，此处不做限定。
每个子模块组的输出端连接有一电压传感器，以测量该子模块组的组电容电压，组电容电压为该子模块组中处于投入状态的MMC子模块的电容电压之和。每个桥臂上设置有一电流传感器，以测量该桥臂上流过的电流，测得的电流即为该桥臂上每个MMC子模块中流过的电流。
对于MMC系统而言，存储器中存储有各MMC子模块的当前开关状态，控制器根据存储器中存储的当前开关状态驱动各MMC子模块。本实施例中，可以将上一时刻流经各子模块组的历史电流以及各子模块组中每个MMC子模块对应的历史电容电压存储在存储器中。
具体地，操作S110中，读取电压传感器采集的数据，以得到第一子模块组输出端的当前组电容电压uk。读取电流传感器采集的数据，以得到流经第一子模块组的当前电流ik。从存储器中读取第一子模块组中每个MMC子模块的当前开关状态Sk。从存储器中读取上一时刻流经第一子模块组的历史电流ik-1。第一子模块组为MMC中的任意一个子模块组。
进一步地，还可以从存储器中读取第一子模块组中每个MMC子模块的电容容值
Figure BDA0002599079840000061
Figure BDA0002599079840000062
表示第j个MMC子模块在第k个采样时刻(即当前时刻)的电容估计值。从存储器中读取第一子模块组中每个MMC子模块对应的历史电容电压ucj，k-1，j＝1，2，……，M。
对本实施例中所使用的参数进行如下定义：
Uk＝[uc1，k，uc2，k，…，ucM，k]T
Figure BDA0002599079840000071
Sk＝[s1，k，s2，k，…，sM，k]T
其中，ucj，k(j＝1，2，……，M)为第j个MMC子模块在第k个采样时刻的电容电压；sj，k为第j个MMC子模块在第k个采样时刻的开关状态，其值为“0”或“1”；
Figure BDA0002599079840000072
为第j个MMC子模块在第k个采样时刻的电容估计值。
操作S120，在当前电流和历史电流间取均值，作为每个MMC子模块的预测电流，以计算每个MMC子模块在当前时刻的电容电压预测值。
每个MMC子模块的预测电流为
Figure BDA0002599079840000073
具体地，将预测电流
Figure BDA0002599079840000074
分别与每个MMC子模块的容值倒数
Figure BDA0002599079840000075
以及开关状态sj，k相乘，并将相乘结果与每个MMC子模块上一时刻的历史电容电压ucj，k-1相加，得到电压预测值。
操作S120为预测阶段，预测阶段各MMC子模块电容电压的更新方程为：
Figure BDA0002599079840000076
其中，
Figure BDA0002599079840000077
表示当前时刻下经预测阶段计算得到的电容电压预测值向量，该向量中包含第一子模块组中M个MMC子模块在当前时刻的电容电压预测值。
Figure BDA0002599079840000078
表示上一时刻(即第k-1个采样时刻)下经校正阶段计算得到的电容电压校正值向量，该向量中包含上述历史电容电压ucj，k-1，j＝1，2，……，M。
进一步地，预测阶段还包括：将第一子模块组的过程噪声协方差矩阵与上一时刻的历史不确定性协方差矩阵求和，作为当前时刻第一子模块组的不确定性协方差预测矩阵。
预测阶段不确定性协方差矩阵的更新方程为：
Pk/k-1＝Pk-1/k-1+Q
其中，Pk/k-1表示当前时刻下经预测阶段计算得到的不确定性协方差矩阵，Pk-1/k-1表示上一时刻下经校正阶段计算得到的历史不确定性协方差矩阵，Q表示第一子模块组的过程噪声协方差矩阵。
操作S130，计算每个MMC子模块的当前开关状态和电容电压预测值的乘积，并将各MMC子模块对应的该乘积相加，得到第一子模块组的组电容电压预测值。
操作S140，将当前组电容电压和组电容电压预测值间的差值作为校正电压，利用第一子模块组的校正系数矩阵与该校正电压之间的乘积，对每个MMC子模块的电容电压预测值校正，得到电容电压校正值，根据电容电压校正值更新第一子模块组中每个MMC子模块的电容状态。
本实施例中，电容状态包括每个MMC子模块的电容电压校正值以及容值。操作S140属于校正阶段。校正阶段还包括：根据不确定性协方差预测矩阵、测量噪声方差以及第一子模块组中每个MMC子模块的开关状态，计算当前时刻第一子模块组的校正系数矩阵。
校正阶段校正系数矩阵的更新方程为：
Figure BDA0002599079840000081
其中，Kk表示当前时刻下经校正阶段计算得到的校正系数矩阵。不确定性协方差矩阵预测值Pk/k-1左乘开关状态矩阵Sk，并右乘开关状态矩阵转置矩阵
Figure BDA0002599079840000091
后，与测量噪声方差R相加，相加结果依次左乘
Figure BDA0002599079840000092
Pk/k-1后所得结果即为当前时刻下经校正阶段计算得到的校正系数矩阵Kk。
具体地，校正阶段各MMC子模块电容电压的更新方程为：
Figure BDA0002599079840000093
其中，
Figure BDA0002599079840000094
为第一子模块组的组电容电压预测值；
Figure BDA0002599079840000095
为校正电压；
Figure BDA0002599079840000096
表示当前时刻下经校正阶段计算得到的电容电压向量，
Figure BDA0002599079840000097
中的M个电容电压值分别为第一子模块组中M个MMC子模块的电容电压校正值。
进一步地，校正阶段还包括：将第一子模块组中每个MMC子模块的开关状态与校正系数矩阵相乘，并利用相乘结果对不确定性协方差矩阵预测值进行校正，以得到当前时刻第一子模块组的当前不确定性协方差矩阵。
校正阶段不确定性协方差矩阵的更新方程为：
Pk/k＝(1-KkSk)Pk/k-1
其中，Pk/k表示当前时刻下经校正阶段计算得到的不确定性协方差矩阵。
需要说明的是，通过预测-校正计算每一MMC子模块的当前电容电压时，需要预先设置各MMC子模块电容电压的初始值
Figure BDA0002599079840000098
以及不确定性协方差矩阵的初始值P0/0。由于MMC在启动时先进行电容充电，因此各MMC子模块电容电压的初始值
Figure BDA0002599079840000099
可以设置为0V，即电容未充电时的电压。由于预测-校正计算的收敛特性，P0/0可以任取为一个较大的数值，经过若干个周期的预测-校正计算后迭代至正常范围。
操作S150，对第一子模块组以外的其他子模块组重复执行上述操作S110-操作S140，以更新其他子模块组中每个MMC子模块的电容状态。
本发明实施例中，每隔预定时间，或者当MMC中发生短路故障且故障清除时，MMC电容状态更新方法还包括操作S100：计算每个MMC子模块的容值变化量，并对容值变化量不低于预设阈值的MMC子模块的容值进行更新。本实施例中，预测阶段所使用的容值为最近一次更新后的容值，以提高电容电压的校正精度及更新精度。
根据电容的使用寿命与容衰规律，电容容值的更新频率往往很低。本实施例中，预定时间取24h，即每隔24h对每一电容的容值进行更新。本领域技术人员可以根据本实施例描述得到其他预定时间的取值。当MMC中发生短路故障(如交直流短路故障)时，电容温度可能迅速升高，导致容衰大幅度提高，因此需要在故障清除后立即对每一电容的容值进行更新，以及时获取电容异常状况，确保电容电压的更新精度。
本发明实施例中，操作S100包括子操作S100A-子操作S100F。
子操作S100A，投入任一子模块组中的一个MMC子模块并对该子模块组中的其他MMC子模块进行旁路。
根据选定的需要处于投入状态的MMC子模块电容电压-时间曲线，分别在曲线中电容电压波峰侧的时间区间以及电容电压波谷侧的时间区间内，投入MMC子模块，并对处于投入状态MMC子模块所在子模块组中的其他MMC子模块进行旁路。
以图5中示出的电容电压(Uc)-时间(t)曲线为例，在电容电压Uc波谷附近的t1～t2时间段内，以及在电容电压Uc波峰附近的t3～t4时间段内，投入该MMC子模块，并将该MMC子模块所在子模块组中的其他MMC子模块旁路。
对于图2中示出的MMC，当执行子操作S100时，为了保证桥臂投入MMC子模块的总数量与控制器发出的指令值一致，应对其他组内因容值更新少投入或多投入的子模块数进行补偿。具体地，根据控制指令分配其他子模块组中所投入的MMC子模块的数量，使得MMC中投入的MMC子模块的总数量等于控制指令中的指令值，该其他子模块组为仅投入一个MMC子模块的子模块组之外的子模块组。
子操作S100B，获取处于投入状态的MMC子模块在K个采样时刻的电容电压测量值和电流测量值，K为大于0的偶数。
以K＝10、t1～t2时间段、t3～t4时间段执行子操作S100A为例，说明容值更新的具体过程。在t1～t2时间段内，设置K/2个采样时刻，在t3～t4时间段内，同样设置K/2个采样时刻。电压传感器在这K个采样时刻采集该处于投入状态的MMC子模块的K个电容电压测量值，分别为
Figure BDA0002599079840000111
Figure BDA0002599079840000112
电流传感器在这K个采样时刻采集流经该处于投入状态的MMC子模块的K个电流测量值，分别为i1、i2、……、iK。
本发明实施例中，利用电压传感器测量子模块组的电容电压，每个子模块组配置一个电压传感器，电压传感器与子模块组之间设置有分压电路1，如图4所示。参阅图4，分压电路1例如由电阻R1、R2、R3串联组成，电阻R3的两端并联有常闭的快速开关T，电阻R1和R3的一端与电阻R2相连，电阻R1和R3的另一端连接至子模块组的输出端。当开关T处于接通状态时，分压电路的分压比为R2/(R1+R2)，输出电压Uo与输入电压Ui之间的比值Uo/Ui为R2/(R1+R2)；当开关T处于接通状态时，分压电路的分压比为(R2+R3)/(R1+R2+R3)，输出电压Uo与输入电压Ui之间的比值Uo/Ui为(R2+R3)/(R1+R2+R3)。
在投入任一子模块组中的一个MMC子模块并对所述子模块组中的其他MMC子模块进行旁路之后，该MMC电容状态更新方法还包括：调节分压电路1的分压比，使得分压电路1输出的电压与电压传感器量程之间的差值不高于预设值。预设值例如为电压传感器量程的1/5，使得送入电压传感器进行测量的电压值接近其量程，保证较高的容值更新精度。本领域技术人员可以根据本实施例描述得到其他预设值的具体取值。
以图4中示出的分压电路为例，当单独测量某一处于投入状态的MMC子模块的电容电压时，子模块组的电容电压相对较小，控制开关T断开，分压电路1具有更大的分压比，相较于开关T处于接通状态，电压Uo的取值更大，更接近于电压传感器量程。本实施例中，可以根据具体应用场景设置R1、R2、R3的阻值，使得开关T断开时，任一MMC子模块的电容电压在电压传感器的量程附近。
子操作S100C，将当前采样时刻的电流测量值与上一采样时刻的电流测量值取均值，作为估计电流，用以计算每个采样时刻的电容电压估计值。
具体地，计算当前采样时刻与上一采样时刻的电流测量值之间的均值，将均值与处于投入状态的MMC子模块所连接电容的容值相除以得到当前采样时刻的电容电压变化量，将电容电压变化量与上一采样时刻的电容电压估计值相加，得到当前采样时刻的电容电压估计值，其中第一个采样时刻的电容电压估计值为第一个采样时刻的电容电压测量值。
根据预测阶段的更新方程，得到K个采样时刻下的电容电压估计值为：
Figure BDA0002599079840000121
Figure BDA0002599079840000126
其中，
Figure BDA0002599079840000122
为第p(p＝1，2，……，K)个采样时刻下的电容电压估计值，
Figure BDA0002599079840000123
为预测阶段该处于投入状态的MMC子模块连接电容的电容估计值，即为上一次电容更新操作之后得到的电容值。
Figure BDA0002599079840000124
为当前采样时刻的电容电压变化量。
子操作S100D，分别将前K/2个电容电压估计值求和，将后K/2个电容电压估计值求和，将前K/2个电容电压测量值求和，将后K/2个电容电压测量值求和，用以计算所述容值变化量ΔC。
上述K个电容电压测量值之间的关系可以表示为：
Figure BDA0002599079840000125
其中，C为电容的实际值。
忽略离散化误差，上述K个电容电压估计值之间的关系可以表示为：
Figure BDA0002599079840000131
其中，
Figure BDA0002599079840000132
为电容估计值，即上一次电容更新之后的电容值。
电容实际值C与电容估计值
Figure BDA0002599079840000133
之间的关系可以推导为：
Figure BDA0002599079840000134
Figure BDA0002599079840000135
Figure BDA0002599079840000136
Figure BDA0002599079840000137
Figure BDA0002599079840000138
该处于投入状态的MMC子模块的容值变化量ΔC为：
Figure BDA0002599079840000139
其中，Δue为前K/2个电容电压估计值之和与后K/2个电容电压估计值之和之间的差值，Δum为前K/2个电容电压测量值之和与后K/2个电容电压测量值之和之间的差值。
进一步地，将容值变化量ΔC的绝对值与预设阈值进行比较，若|ΔC低于预设阈值，则相应MMC子模块的电容容值不更新；若|ΔC|不低于预设阈值，将更新之前电容容值C与该容值变化量ΔC的和作为新的电容容值，对相应MMC子模块的电容容值进行更新。本实施例中预设阈值设置为0.01p.u.。本领域技术人员可以根据本实施例描述得到其他预设阈值的取值。
在子操作S100E中，重复执行以上子操作S100A-子操作S100D，以计算所有子模块组中每个MMC子模块的容值变化量。并根据每个MMC子模块的容值变化量与预设阈值之间的关系，对容值变化量不低于预设阈值的MMC子模块的容值进行更新。
在子操作S100F中，当任一更新后的MMC子模块的容值低于容值最低阈值时，输出报警信号，并对容值低于容值最低阈值的MMC子模块进行旁路。容值最低阈值为0.75p.u.，当更新后的电容容值低于0.75p.u.时，表明该电容已经严重老化或发生故障，需要立刻输出报警信号，以提示操作人员尽快更换该异常电容，并将该异常电容对应的MMC子模块旁路，确保MMC可靠工作。本领域技术人员可以根据本实施例描述得到其他容值最低阈值的取值。
图6为本发明提出的MMC电容状态更新系统的框图。参阅图6，该MMC电容状态更新系统600包括获取模块610、预测模块620、计算模块630、校正模块640以及重复执行模块650。
获取模块610例如执行操作S110，用于获取第一子模块组的当前组电容电压、当前电流和上一时刻历史电流，以及该第一子模块组中每个MMC子模块的当前开关状态，第一子模块组为MMC中任一子模块组。
预测模块620例如执行操作S120，用于在当前电流和历史电流间取均值，作为每个MMC子模块的预测电流，以计算每个MMC子模块在当前时刻的电容电压预测值。
计算模块630例如执行操作S130，用于计算每个MMC子模块的当前开关状态和电容电压预测值的乘积，并将各MMC子模块对应的该乘积相加，得到第一子模块组的组电容电压预测值。
校正模块640例如执行操作S140，用于将当前组电容电压和组电容电压预测值间的差值作为校正电压，利用第一子模块组的校正系数矩阵与该校正电压之间的乘积，对每个MMC子模块的电容电压预测值校正，得到电容电压校正值，根据电容电压校正值更新第一子模块组中每个MMC子模块的电容状态。
更新模块650例如执行操作S150，用于对第一子模块组以外的其他子模块组重复执行上述获取模块610、预测模块620、计算模块630、校正模块640，以更新其他子模块组中每个MMC子模块的电容状态。
MMC电容状态更新系统600用于执行上述图1-图5所示实施例中的MMC电容状态更新方法。本实施例未尽之细节，请参阅前述图1-图5所示实施例中描述的MMC电容状态更新方法，此处不再赘述。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种MMC电容状态更新方法，所述MMC的每个桥臂上设置有N个串联的MMC子模块，所述N个MMC子模块划分为多个子模块组，其特征在于，所述方法包括：
S110，获取第一子模块组的当前组电容电压、当前电流和上一时刻历史电流，以及该第一子模块组中每个MMC子模块的当前开关状态，所述第一子模块组为所述MMC中任一子模块组；
S120，在所述当前电流和所述历史电流间取均值，作为每个MMC子模块的预测电流，以计算每个MMC子模块在当前时刻的电容电压预测值；
S130，计算每个MMC子模块的所述当前开关状态和所述电容电压预测值的乘积，并将各MMC子模块对应的该乘积相加，得到第一子模块组的组电容电压预测值；
将所述第一子模块组的过程噪声协方差矩阵与上一时刻的历史不确定性协方差矩阵求和，作为当前时刻的不确定性协方差预测矩阵，用以计算所述第一子模块组的校正系数矩阵；
S140，将所述当前组电容电压和所述组电容电压预测值间的差值作为校正电压，利用所述第一子模块组的校正系数矩阵与该校正电压之间的乘积，对每个MMC子模块的所述电容电压预测值校正，得到电容电压校正值，根据所述电容电压校正值更新所述第一子模块组中每个MMC子模块的电容状态；
S150，对所述第一子模块组以外的其他子模块组重复执行上述操作S110-S140，以更新其他子模块组中每个MMC子模块的电容状态。
2.如权利要求1所述的MMC电容状态更新方法，其特征在于，所述计算每个MMC子模块的电容电压预测值，包括：
将所述预测电流分别与每个MMC子模块的容值倒数以及开关状态相乘，并将相乘结果与每个MMC子模块上一时刻的历史电容电压相加，得到所述电容电压预测值。
3.如权利要求2所述的MMC电容状态更新方法，其特征在于，每隔预定时间，或者当所述MMC中发生短路故障且故障清除时，所述方法包括：
计算每个MMC子模块的容值变化量，并对容值变化量不低于预设阈值的MMC子模块的容值进行更新。
4.如权利要求3所述的MMC电容状态更新方法，其特征在于，所述计算每个MMC子模块的容值变化量，包括：
投入任一子模块组中的一个MMC子模块并对所述子模块组中的其他MMC子模块进行旁路；
获取处于投入状态的MMC子模块在K个采样时刻的电容电压测量值和电流测量值，K为大于0的偶数；将当前采样时刻的电流测量值与上一采样时刻的电流测量值取均值，作为估计电流，用以计算每个采样时刻的电容电压估计值；分别将前K/2个电容电压估计值求和，将后K/2个电容电压估计值求和，将前K/2个电容电压测量值求和，将后K/2个电容电压测量值求和，用以计算所述容值变化量；
重复执行以上操作，以计算所有子模块组中每个MMC子模块的容值变化量。
5.如权利要求4所述的MMC电容状态更新方法，其特征在于，所述投入任一子模块组中的一个MMC子模块并对所述子模块组中的其他MMC子模块进行旁路，具体为：
在所述MMC子模块的电容电压波峰侧的时间区间内以及电容电压波谷侧的时间区间内，投入任一子模块组中的一个MMC子模块并对所述子模块组中的其他MMC子模块进行旁路。
6.如权利要求4所述的MMC电容状态更新方法，其特征在于，每个子模块组配置一个电压传感器，所述电压传感器与子模块组之间设置有分压电路，则在所述投入任一子模块组中的一个MMC子模块并对所述子模块组中的其他MMC子模块进行旁路之后，还包括：
调节所述分压电路的分压比，使得所述分压电路输出的电压与所述电压传感器量程之间的差值不高于预设值。
7.如权利要求4所述的MMC电容状态更新方法，其特征在于，在所述计算每个MMC子模块的容值变化量时，还包括：
根据控制指令分配其他子模块组中所投入的MMC子模块的数量，使得所述MMC中投入的MMC子模块的总数量等于所述控制指令中的指令值，该其他子模块组为仅投入一个MMC子模块的子模块组之外的子模块组。
8.如权利要求3-7任一项所述的MMC电容状态更新方法，其特征在于，对容值变化量不低于预设阈值的MMC子模块的容值进行更新之后，所述方法还包括：
当任一更新后的电容的容值低于容值最低阈值时，输出报警信号，并对所述容值低于容值最低阈值的电容所对应的MMC子模块进行旁路。
9.一种MMC电容状态更新系统，所述MMC的每个桥臂上设置有N个串联的MMC子模块，所述N个MMC子模块划分为多个子模块组，其特征在于，所述系统包括：
获取模块，用于获取第一子模块组的当前组电容电压、当前电流和上一时刻历史电流，以及该第一子模块组中每个MMC子模块的当前开关状态，所述第一子模块组为所述MMC中任一子模块组；
预测模块，用于在所述当前电流和所述历史电流间取均值，作为每个MMC子模块的预测电流，以计算每个MMC子模块在当前时刻的电容电压预测值；
计算模块，用于计算每个MMC子模块的所述当前开关状态和所述电容电压预测值的乘积，并将各MMC子模块对应的该乘积相加，得到第一子模块组的组电容电压预测值，以及将所述第一子模块组的过程噪声协方差矩阵与上一时刻的历史不确定性协方差矩阵求和，作为当前时刻的不确定性协方差预测矩阵，用以计算所述第一子模块组的校正系数矩阵；
校正模块，用于将所述当前组电容电压和所述组电容电压预测值间的差值作为校正电压，利用所述第一子模块组的校正系数矩阵与该校正电压之间的乘积，对每个MMC子模块的所述电容电压预测值校正，得到电容电压校正值，根据所述电容电压校正值更新所述第一子模块组中每个MMC子模块的电容状态；
重复执行模块，用于对所述第一子模块组以外的其他子模块组重复执行上述模块，以更新其他子模块组中每个MMC子模块的电容状态。
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