CN114024458B - 电容电压均衡控制方法及换流器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电容电压均衡控制方法及换流器。该方法包括：在排除直流侧故障后，控制第一电容和第二电容均接入旁路型MMC子模块的工作回路；在第一电压与第二电压满足第一预设条件时，控制第二电容切除出旁路型MMC子模块的工作回路；在第二电容切除出旁路型MMC子模块的工作回路后，若第一电压满足第二预设条件，则控制第一电容切除出旁路型MMC子模块的工作回路；在第一电容和第二电容均切除出旁路型MMC子模块的工作回路后，控制旁路型MMC子模块重启，以使旁路型MMC子模块正常工作。本发明能够加快旁路型MMC子模块故障重启速度。

Description

电容电压均衡控制方法及换流器
技术领域
本发明涉及电容电压均衡技术领域，尤其涉及一种电容电压均衡控制方法及换流器。
背景技术
由于模块化的多电平变流(Modular Multilevel Converter，MMC)子模块可以具有直流侧故障阻断能力。因此，高压直流输电技术大多会采用MMC子模块，用于实现电能转换。按照直流侧发生短路故障后MMC子模块拓扑中电容的连接方式划分，MMC子模块可以分为串联型、并联型和旁路型。旁路型MMC子模块相较于串联型MMC子模块和并联型MMC子模块器件更少、成本更低，因此受到广泛的应用。
对于旁路型MMC子模块而言，在发生直流侧短路故障时，电路中只有单个电容被串联进短路回路，另一个电容被旁路，不在短路回路中。在短路故障排除后，需要对旁路型MMC子模块进行重启，现有会在排除直流侧短路故障后，直接对旁路型MMC子模块进行重启。然而，由于旁路型MMC子模块中的两个电容电压不均衡，重新启动时可能会对旁路型MMC子模块的正常工作产生影响，影响电网的正常运行。
发明内容
本发明实施例提供了一种电容电压均衡控制方法及换流器，以解决由于旁路型MMC子模块中的两个电容电压不均衡，重新启动时可能会对旁路型MMC子模块的正常工作产生影响，影响电网的正常运行的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种电容电压均衡控制方法，应用于旁路型MMC子模块，旁路型MMC子模块包括第一电容和第二电容；其中，第一电容为旁路型MMC子模块发生直流侧故障时，串联入工作回路的电容；第二电容为旁路型MMC子模块发生直流侧故障时，未串联入工作回路的电容；该方法包括：
在排除直流侧故障后，控制旁路型MMC子模块的开关管按照第一工作方式工作，以使第一电容和第二电容均接入旁路型MMC子模块的工作回路；
获取第一电容的第一电压和第二电容的第二电压；
在第一电压与第二电压满足第一预设条件时，控制旁路型MMC子模块的开关管按照第二工作方式工作，以使第二电容切除出旁路型MMC子模块的工作回路；
在第二电容切除出旁路型MMC子模块的工作回路后，若第一电压满足第二预设条件，则控制旁路型MMC子模块的开关管按照第三控制方式工作，以使第一电容切除出旁路型MMC子模块的工作回路；
在第一电容和第二电容均切除出旁路型MMC子模块的工作回路后，控制旁路型MMC子模块重启，以使旁路型MMC子模块正常工作。
在一种可能的实现方式中，第一预设条件包括：
第一电压与第一电容的第一预设正常工作电压的差值的绝对值大于第一预设差值，且第二电压与第二电容的第二预设正常工作电压的差值的绝对值不大于第二预设差值。
在一种可能的实现方式中，第二预设条件包括：
第一电压与第一电容的第一预设正常工作电压的差值的绝对值不大于第一预设差值。
在一种可能的实现方式中，旁路型MMC子模块还包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和钳位二极管；
第一开关管，第一端与第二开关管的第二端连接，第二端分别与第一电容的第一端和钳位二极管的阴极连接；第一开关管的第一端还用于与外部电源的第一端连接；
第五开关管，第一端分别与第二开关管的第一端和第一电容的第二端连接，第二端分别与第三开关管的第一端和第四开关管的第二端连接；
第二电容，第一端与第三开关管的第二端连接，第二端分别与第四开关管的第一端和钳位二极管的阳极连接；第二电容的第二端还用于与外部电源的第二端连接；
控制旁路型MMC子模块的开关管按照第一工作方式工作，包括：
控制第一开关管、第三开关管和第五开关管均导通，控制第二开关管和第四开关管均关断。
在一种可能的实现方式中，控制旁路型MMC子模块的开关管按照第二工作方式工作，包括：
控制第一开关管、第四开关管和第五开关管均导通，控制第二开关管和第三开关管均关断。
在一种可能的实现方式中，控制旁路型MMC子模块的开关管按照第三控制方式工作，包括：
控制第二开关管、第四开关管和第五开关管均导通，控制第一开关管和第三开关管均关断。
在一种可能的实现方式中，控制旁路型MMC子模块重启，包括：
控制第一开关管、第三开关管和第五开关管均导通，控制第二开关管和第四开关管均关断；或者，
控制第一开关管、第四开关管和第五开关管均导通，控制第二开关管和第三开关管均关断；或者，
控制第二开关管、第三开关管和第五开关管均导通，控制第一开关管和第四开关管均关断。
第二方面，本发明实施例提供了一种电容电压均衡控制装置，应用于旁路型MMC子模块，旁路型MMC子模块包括第一电容和第二电容；其中，第一电容为旁路型MMC子模块发生直流侧故障时，串联入工作回路的电容；第二电容为旁路型MMC子模块发生直流侧故障时，未串联入工作回路的电容；该装置包括：
第一控制模块，用于在排除直流侧故障后，控制旁路型MMC子模块的开关管按照第一工作方式工作，以使第一电容和第二电容均接入旁路型MMC子模块的工作回路；
获取模块，用于获取第一电容的第一电压和第二电容的第二电压；
第二控制模块，用于在第一电压与第二电压满足第一预设条件时，控制旁路型MMC子模块的开关管按照第二工作方式工作，以使第二电容切除出旁路型MMC子模块的工作回路；
第三控制模块，用于在第二电容切除出旁路型MMC子模块的工作回路后，若第一电压满足第二预设条件，则控制旁路型MMC子模块的开关管按照第三控制方式工作，以使第一电容切除出旁路型MMC子模块的工作回路；
重启模块，用于在第一电容和第二电容均切除出旁路型MMC子模块的工作回路后，控制旁路型MMC子模块重启，以使旁路型MMC子模块正常工作。
第三方面，本发明实施例提供了一种控制设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式电容电压均衡控制方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种换流器，包括如上第三方面的控制设备和旁路型MMC子模块；旁路型MMC子模块受控于控制设备。
第五方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式电容电压均衡控制方法的步骤。
本发明实施例提供一种电容电压均衡控制方法及换流器，应用于旁路型MMC子模块，旁路型MMC子模块包括第一电容和第二电容；其中，第一电容为旁路型MMC子模块发生直流侧故障时，串联入工作回路的电容；第二电容为旁路型MMC子模块发生直流侧故障时，未串联入工作回路的电容；在故障排除后，通过先将第一电容和第二电容接入工作回路进行电压均衡，随后将已电压均衡的电容切除出工作回路，最后可以对旁路型MMC子模块直接进行重启，此时第一电容和第二电容均已均衡，可以加快旁路型MMC子模块的重启速度，提高电网运行的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的MMC子模块的分类示意图；
图2是本发明实施例提供的电容电压均衡控制方法的实现流程图；
图3是本发明实施例提供的旁路型MMC子模块的连接示意图；
图4是本发明实施例提供的旁路型的MMC子模块的电路拓扑图；
图5是本发明实施例提供的旁路型的MMC子模块的初始充放电回路的示意图；
图6是本发明实施例提供的切除第一电容和第二电容的旁路型的MMC子模块的工作回路示意图；
图7是本发明实施例提供的旁路型的MMC子模块的重启工作模式示意图；
图8是本发明实施例提供的在三相电路中旁路型的MMC子模块的闭锁后故障电流潜在通路的示意图；
图9是本发明实施例提供三种旁路型MMC子模块的拓扑示意图；
图10是本发明实施例提供的电容电压均衡控制的仿真示意图；
图11是本发明实施例提供的投入电容电压均衡控制方法前后直流侧电流波形；
图12是本发明实施例提供的电容电压均衡控制装置的结构示意图；
图13是本发明实施例提供的控制设备的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
直流侧短路是电压源型直流输电技术(Voltage Source Converter Based-HighVoltage Direct Current，VSC-HVDC)工程实际中必须考虑的一种系统严重故障类型，直流侧发生短路后，传统MMC子模块电容器两端的反并联二极管的续流效应使MMC变成不控整流桥，为交流系统向故障点馈入能量提供了通路，无法实现故障的自清除。故障电流可能会在短时间内烧毁功率器件，在多端直流系统中，当某一条直流线路发生短路还会引发整个直流网络电压异常，可能导致整个多端系统退出运行，严重影响系统的可靠性。因此，直流短路故障发生后快速进行故障清除和故障恢复是十分必要的。
出于成本考虑，长距离直流输电多采用架空线路进行电能传输，而架空线常年暴露在外，发生故障的概率很高，因此直流侧短路故障是VSC-HVDC工程实际应用中必须考虑的一种严重故障。
从原理上来看，实现直流故障阻断目前主要有三种方式：利用直流断路器、利用交流断路器或者采用具有直流侧故障阻断能力的MMC子模块。具有直流故障阻断能力的MMC子模块拓扑利用换流器自身的控制实现直流故障的阻断，无需机械设备动作、恢复速度较快，是工程实际中解决直流故障问题的优选方案。
在直流侧故障排除后，需要对MMC子模块进行重启，由于故障后MMC子模块的两个电容电压不均衡，若直接对MMC子模块进行重启，则可能会对电网稳定运行产生影响。
针对上述问题，本发明提出一种应用于旁路型MMC子模块的电容电压均衡控制方法，用于解决在直流侧故障排除后，重启时两个电容电压不均衡的问题。
参见图1，其示出了本发明实施例提供的MMC子模块的分类示意图。按照直流侧发生短路故障后MMC子模块拓扑中电容的连接方式划分，MMC子模块可以分为串联型、并联型和旁路型。如图1所示，图1中的(a)为串联型MMC子模块的拓扑示意图，图1中的(b)为并联型MMC子模块的拓扑示意，图1中的(c)为旁路型MMC子模块的拓扑示意图。
参见图2，其示出了本发明实施例提供的电容电压均衡控制方法的实现流程图。如图2所示，一种电容电压均衡控制方法，应用于旁路型MMC子模块，旁路型MMC子模块包括第一电容和第二电容；其中，第一电容为旁路型MMC子模块发生直流侧故障时，串联入工作回路的电容；第二电容为旁路型MMC子模块发生直流侧故障时，未串联入工作回路的电容；该方法可以包括：
S101，在排除直流侧故障后，控制旁路型MMC子模块的开关管按照第一工作方式工作，以使第一电容和第二电容均接入旁路型MMC子模块的工作回路；
可选的，如图1中的(c)所示，在发生直流故障时，第一电容C1会串联入旁路型MMC子模块的短路回路中，第二电容C2会被旁路。由电容充放电公式可知，对于两个电容而言，相同充电电流作用相同充电时间，两个电容的电压会同步增长，然而在发生短路故障后，只有第一电容C1接入工作回路，第二电容C2被旁路，因此第一电容C1和第二电容C2的电压增长不同。
电容充放电公式如下：
其中，UC为电容电压，C为电容的容量，iSM为工作回路电流，t为充放电时间。
因此，在故障排除后，重启旁路型MMC子模块之前，需要将第一电容和第二电容均接入旁路型MMC子模块的工作回路中，令两个电容的电压可以同步增长。
S102，获取第一电容的第一电压和第二电容的第二电压；
S103，在第一电压与第二电压满足第一预设条件时，控制旁路型MMC子模块的开关管按照第二工作方式工作，以使第二电容切除出旁路型MMC子模块的工作回路；
由于在短路发生时，第一电容已在旁路型MMC子模块的工作回路中进行充放电，在将第一电容和第二电容同时接入旁路型MMC子模块的工作回路后，第二电容的电压会先达到旁路型MMC子模块启动时第二电容的电压要求。即第二电容的电压会先满足旁路型MMC子模块启动时的电压要求。
为保证重启的可靠性，需要同时判断第一电压和第二电压是否均满足旁路型MMC子模块启动时各自电容的电压要求。第一预设条件用于表征第一电压未满足旁路型MMC子模块启动时第一电容的电压要求，且第二电压满足旁路型MMC子模块启动时第二电容的电压要求。
因此，在第一电压和第二电压满足第一预设条件时，将第二电容切除出工作回路。
S104，在第二电容切除出旁路型MMC子模块的工作回路后，若第一电压满足第二预设条件，则控制旁路型MMC子模块的开关管按照第三控制方式工作，以使第一电容切除出旁路型MMC子模块的工作回路；
可选的，第二预设条件用于表征第一电压满足旁路型MMC子模块启动时第一电容的电压要求。
S105，在第一电容和第二电容均切除出旁路型MMC子模块的工作回路后，控制旁路型MMC子模块重启，以使旁路型MMC子模块正常工作。
可选的，在将第一电容和第二电容均切除出旁路型MMC子模块后，可以控制旁路型MMC子模块重启，此时重启，第一电容和第二电容均衡，不会对电路产生影响。
本发明实施例通过在故障排除后，通过先将第一电容和第二电容接入工作回路进行电压均衡，随后将已电压均衡的电容切除出工作回路，最后可以对旁路型MMC子模块直接进行重启，此时第一电容和第二电容均已均衡，可以加快旁路型MMC子模块的重启速度，提高电网运行的可靠性。
在本发明的一些实施例中，第一预设条件包括：
第一电压与第一电容的第一预设正常工作电压的差值的绝对值大于第一预设差值，且第二电压与第二电容的第二预设正常工作电压的差值的绝对值不大于第二预设差值。
可选的，第一预设正常工作电压即为第一电容在旁路型MMC子模块重启时第一电容的电压要求。第二预设正常工作电压即为第二电容在旁路型MMC子模块重启时第二电容的电压要求。其中，第一预设差值或者第二预设差值可以根据实际情况进行设置。
示例性的，当|UC_1-UCN1|>0.05*UCN1，且|UC_2-UCN2|≤0.05*UCN2时，控制旁路型MMC子模块的开关管按照第二工作方式工作，以使第二电容切除出旁路型MMC子模块的工作回路；其中，UC_1为第一电压，UCN1为第一预设正常工作电压，0.05*UCN1为第一预设差值，UC_2为第二电压，UCN2为第二预设正常工作电压，0.05*UCN2为第二预设差值。即当第二电容电压波动不大于5％时，第二电容均衡结束。
在本发明的一些实施例中，第二预设条件包括：
第一电压与第一电容的第一预设正常工作电压的差值的绝对值不大于第一预设差值。
示例性的，在第二电容切除出工作回路后，若|UC_1-UCN1|≤0.05*UCN1，则将第一电容切除出工作回路。
参见图3，其示出了本发明实施例提供的旁路型MMC子模块的拓扑电路图。
如图3所示，在本发明的一些实施例中，旁路型MMC子模块还包括第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5和钳位二极管D1；
第一开关管T1，第一端与第二开关管T2的第二端连接，第二端分别与第一电容C1的第一端和钳位二极管D1的阴极连接；第一开关管T1的第一端还用于与外部电源的第一端B连接；
第五开关管T5，第一端分别与第二开关管T2的第一端和第一电容C2的第二端连接，第二端分别与第三开关管T3的第一端和第四开关管T4的第二端连接；
第二电容C2，第一端与第三开关管T3的第二端连接，第二端分别与第四开关管T4的第一端和钳位二极管D1的阳极连接；第二电容C2的第二端还用于与外部电源的第二端A连接；
上述S101中的“控制旁路型MMC子模块的开关管按照第一工作方式工作”，可以包括：
控制第一开关管T1、第三开关管T3和第五开关管T5均导通，控制第二开关管T2和第四开关管T4均关断。
可选的，第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4和第五开关管T5均可以为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)管。外部电源可以为电网交流电，外部电源的第一端和外部电源的第二端可以为电网三相中的任意两相。
以第一开关管T1为例进行说明，其余开关管T2-T5同理。第一开关管T1的第一端为发射极，第一开关管T1的第二端为集电极。可以通过控制第一开开关管T1的栅极控制第一开关管的工作状态。
在直流侧发生短路故障后，旁路型MMC子模块形成短路工作回路，为：A→D1→C1→T2→B，此时仅有第一电容C1在工作回路中，第二电容C2被旁路。
在直流侧短路故障排除后，控制第一开关管T1、第三开关管T3和第五开关管T5均导通，控制第二开关管T2和第四开关管T4均关断，此时将第一电容C1和第二电容C2均接入旁路型MMC子模块的工作回路，按照旁路型MMC子模块的工作回路的电流iSM的电流方向不同，可以分为初始充电回路和初始放电回路。
当iSM≤0时，形成初始放电回路，为：A→C2→T3→T5→C1→T1→B；
当iSM＞0时，形成初始充电回路，为：B→T1→C1→T5→T3→C2→A。
具体的，图4是本发明实施例提供的旁路型的MMC子模块的电路拓扑图；参见图5，其示出了本发明实施例提供的初始充放电回路的示意图；其中图5中的(a)为初始放电回路，图5中的(b)为初始充电回路。
此外，本发明提出的如图3及图4所示的旁路型MMC子模块，称为不对称的新型MMC子模块拓扑-交叉连接箝位型(Cross Connection Clamp Submodule-CCCSM)子模块。
如图4所示，第一开关管T1包括第一晶体管T11和与其反并联的第一二极管D11，第二开关管T2包括第一晶体管T12和与其反并联的第二二极管D12，第三开关管T3包括第三晶体管T21和与其反并联的第三二极管D21，第四开关管T4包括第四晶体管T22和与其反并联的第四二极管D22，第五开关管T5包括第五晶体管T0和与其反并联的第五二极管D0。
相应的，如图5中的(a)所示，当iSM≤0时，形成初始放电回路，为：A→C2→T21→T0→C1→T11→B；
如图5中的(b)所示，当iSM＞0时，形成初始充电回路，为：B→D11→C1→D0→D21→C2→A。
参见图3及图4，在本发明的一些实施例中，上述S103中的“控制旁路型MMC子模块的开关管按照第二工作方式工作”，可以包括：
控制第一开关管T1、第四开关管T4和第五开关管T5均导通，控制第二开关管T2和第三开关管T3均关断。
在第一电压与第二电压满足第一预设条件时，需要将第二电容C2切除出旁路型MMC子模块的工作回路，此时，旁路型MMC子模块会形成放电回路1和充电回路1。
具体的，当iSM≤0时，形成放电回路1，为：A→D22→T0→C1→T11→B；
当iSM＞0时，形成充电回路1，为：B→D11→C1→D0→T22→A。
参见图3及图4，在本发明的一些实施例中，上述S104中的“控制旁路型MMC子模块的开关管按照第三控制方式工作”，可以包括：
控制第二开关管T2、第四开关管T4和第五开关管T5均导通，控制第一开关管T1和第三开关管T3均关断。
在第二电容被切除出旁路型MMC子模块的工作回路，且第一电压满足第二预设条件式，需要将第一电容C1切除出工作回路，即将第一电容和第二电容均切除出旁路型MMC子模块的工作回路，此时，旁路型MMC子模块会形成放电回路2和充电回路2。
参见图6，其示出了本发明实施例提供的初始充放电回路的示意图；其中图6中的(a)为放电回路2，图6中的(b)为充电回路2。
具体的，当iSM≤0时，形成放电回路2，为：A→D22→T0→D12→B；
当iSM＞0时，形成充电回路2，为：B→T12→D0→T22→A。
参见图7，其示出了本发明实施例提供的旁路型的MMC子模块的重启工作模式示意图；其中，图7中的(a)为输出2UC的工作模式，图7中的(b)为第一种输出UC的工作模式，图7中的(c)为第二种输出UC的工作模式。
在本发明的一些实施例中，上述S105中的“控制旁路型MMC子模块重启”，可以包括：
控制第一开关管T1、第三开关管T3和第五开关管T5均导通，控制第二开关管T2和第四开关管T4均关断；或者，
控制第一开关管T1、第四开关管T4和第五开关管T5均导通，控制第二开关管T2和第三开关管T3均关断；或者，
控制第二开关管T2、第三开关管T3和第五开关管T5均导通，控制第一开关管T1和第四开关管T4均关断。
可选的，如图7中的(a)所示，当控制第一开关管T1、第三开关管T3和第五开关管T5均导通，控制第二开关管T2和第四开关管T4均关断时，旁路型MMC子模块输出2UC；其中，UC为直流输出电压。
如图7中的(b)所示，当控制第一开关管T1、第四开关管T4和第五开关管T5均导通，控制第二开关管T2和第三开关管T3均关断时，旁路型MMC子模块输出UC。
如图7中的(c)所示，当控制第二开关管T2、第三开关管T3和第五开关管T5均导通，控制第一开关管T1和第四开关管T4均关断时，旁路型MMC子模块输出UC。
示例性的，本发明实施例提供的旁路型MMC子模块包括投入模式，切除模式和闭锁模式，工作状态如表1所示：
表1
其中，本发明实施例提供的旁路型MMC子模块可以输出0、UC、2UC三种电平，并且在直流侧发生短路故障时，可以进入闭锁模式，实现直流故障电流阻断。
本发明上述实施例的旁路型MMC子模块可以应用在电网的三相电路中，可以采用相同的电容电压均衡控制方法对三相电路进行控制。参见图8，其示出了本发明实施例提供的在三相电路中旁路型的MMC子模块的闭锁后故障电流潜在通路的示意图。
由图8中的故障电流通路可知，故障后对于各个桥臂而言故障电流都是自下而上进行流通，子模块内部电流只有iSM<0一种方向。第二电容C2被旁路，仅第一电容C1接入故障回路充电，会导致第一电容C1电压高于第二电容C2，不利于后续换流器重启。为此，可以采用上述实施例的电容电压均衡控制方法对三相电路进行控制。
参见图9，其示出了本发明实施例提供三种旁路型MMC子模块的拓扑示意图；图9中的(a)为HDSM子模块，图9中的(b)为EHSM子模块，图9中的(c)为ADDC子模块。
示例性的，本发明实施例提供的电容电压均衡控制方法还可以应用于混合型双子模块(hybrid-double sub-module，HDSM)和增强混合型子模块(enhanced hybrid sub-module，EHSM)。对于HDSM子模块和EHSM子模块而言，在发生直流侧短路故障时，故障后会将电容C01接入回路，因此会造成C01电容电压高于电容C02。同样可以使用本发明的电容电压均衡控制方法进行子模块电容电压均衡，过程如下：
对于图9中的(a)所示的HDSM子模块：
在iSM>0时，将T01、T05、T04开通，电容C01与电容C02同时接入回路进行充电；
在iSM<0时，将T01、T05、T04开通，电容C01与电容C02同时接入回路放电；
在电容C01电压满足C01预设电压时，将T01关断，将T02开通，将C01切除；
在将C01切除后，若电容C02电压满足C02预设电压时，则将T04关断，将T03开通，将C02切除，均衡结束。
对于图9中的(b)所示的EHSM子模块：
可以开通T02和T03，电容C01与电容C02同时进行充电和放电；
在电容C01电压满足C01预设电压时，将T02关断，T01开通，将C01切除；
在将C01切除后，若电容C02电压满足C02预设电压时，则将T03关断，将T04和T05开通，将C02切除，均衡结束。
对于图9中的(a)所示的HDSM子模块和图9中的(b)所示的EHSM子模块，故障后仅将C01接入回路，因此C01电压会高于C02。
对于图9中的(c)所示的ADDC子模块：
可以开通T01和T04，电容C01与电容C02同时进行充电和放电；
在电容C02电压满足C02预设电压时，将T01关断，T02开通，将C02切除；
在将C02切除后，若电容C01电压满足C01预设电压时，则将T03关断，将T04开通，将C01切除，均衡结束。
本发明的有益效果：
(一)本发明提出的CCCSM子模块，相较于现有的具有故障电流自清除能力的子模块(即箝位双子模块(clamp double sub-module，CDSM)、全桥子模块(full-bridge sub-module，FBSM)、增强自阻型子模块(self-blocking sub-module，SBSM)、串联双子模块(series connected double sub-module，SDSM)、二极管箝位子模块(diode clamp sub-module，DCSM)，从直流故障电流清除能力、成本及运行损耗三个方面衡量可得出以下结论：
(1)从故障电流清除时间来看，故障后将全部电容串联进回路中的拓扑的故障电流清除时间相近且较快，其中自阻型子模块、串联双子模块具有较强且能力相当的故障电流清除能力，在直流侧发生故障后换流器闭锁，闭锁后仅需1.4ms便能将故障电流清除至0；而本发明提出的CCCSM子模块较CDSM子模块来讲有较好的故障电流清除能力。
(2)从器件成本来看，在输出相同电平的情况下，串联双子模块、箝位双子模块、交叉连接箝位型子模块中所需的IGBT数量最少，为每桥臂2.5N个，其中本发明提出的CCCSM子模块所需的二极管数量最少，在成本上最具有优势。
(3)从运行损耗来看，单电容型子模块的总体运行损耗高于双电容型，双电容型子模块总体损耗相差不大，本发明提出的CCCSM子模块具有较低的运行损耗。
综合故障电流清除能力与器件成本及运行损耗三个方面来看，本发明提出的CCCSM子模块具有器件成本低、运行损耗低、直流故障清除能力较强的优势，因此在高电压、大功率的场合更具有更广阔的应用前景。
(二)本发明提出的电容电压均衡控制方法具有实用性和高有效性。
参见图10，其示出本发明实施例提供的电容电压均衡控制的仿真示意图；其中，图10中的(a)为均衡前A相上桥臂电容电压，图10中的(b)为均衡后A相上桥臂电容电压。
由图10可以看出，由于CCCSM子模块本身的不对称性，导致C1、C2电容电压不均衡。图10中的(a)是未进行子模块电容电压均衡而直接进行换流站重启的结果，子模块电容电压产生较大波动，偏离额定值10％左右，需经过较长时间方能恢复至额定值附近；图10中的(b)是先投入电容电压均衡控制，再进行换流站重启，得到的子模块电容电压仿真图像，由此可以看出，在电容电压均衡过程中，充电时电容器C1、C2的电压会一同升高，放电时C1、C2电压会先后降低至电容器电压额定值附近，这是由于C1电压高于C2，因此其电压稳定至额定值的时间也会有所延后。此时电容电压稳定在额定值附近，波动减小，电容电压均衡控制方法的有效性得到了验证。
参见图11，其示出了本发明实施例提供的投入电容电压均衡控制方法前后直流侧电流波形；图11中的(a)为均衡前直流电流，图11中的(b)为均衡后直流电流。
图11给出了投入电容电压均衡控制方法前后直流侧电流波形。由图11中的(a)可以看出，未进行子模块电容电压均衡直接进行换流器重启由于换流器子模块拓扑中两个电容电压不相等，且都与额定值相差较大，会引起较大冲击，导致直流电流波动较大。而如图11中的(b)所示，投入子模块电容电压均衡控制方法后再进行换流器重启，子模块内两个电容电压都稳定在额定值附近，直流电流更加稳定、具有更小的电流纹波。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。
图12示出了本发明实施例提供的电容电压均衡控制装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
如图12所示，电容电压均衡控制装置20，应用于旁路型MMC子模块，旁路型MMC子模块包括第一电容和第二电容；其中，第一电容为旁路型MMC子模块发生直流侧故障时，串联入工作回路的电容；第二电容为旁路型MMC子模块发生直流侧故障时，未串联入工作回路的电容；该装置20可以包括：
第一控制模块201，用于在排除直流侧故障后，控制旁路型MMC子模块的开关管按照第一工作方式工作，以使第一电容和第二电容均接入旁路型MMC子模块的工作回路；
获取模块202，用于获取第一电容的第一电压和第二电容的第二电压；
第二控制模块203，用于在第一电压与第二电压满足第一预设条件时，控制旁路型MMC子模块的开关管按照第二工作方式工作，以使第二电容切除出旁路型MMC子模块的工作回路；
第三控制模块204，用于在第二电容切除出旁路型MMC子模块的工作回路后，若第一电压满足第二预设条件，则控制旁路型MMC子模块的开关管按照第三控制方式工作，以使第一电容切除出旁路型MMC子模块的工作回路；
重启模块205，用于在第一电容和第二电容均切除出旁路型MMC子模块的工作回路后，控制旁路型MMC子模块重启，以使旁路型MMC子模块正常工作。
在本发明的一些实施例中，第一预设条件包括：
第一电压与第一电容的第一预设正常工作电压的差值的绝对值大于第一预设差值，且第二电压与第二电容的第二预设正常工作电压的差值的绝对值不大于第二预设差值。
在本发明的一些实施例中，第二预设条件包括：
第一电压与第一电容的第一预设正常工作电压的差值的绝对值不大于第一预设差值。
在本发明的一些实施例中，旁路型MMC子模块还包括第一开关管、第二开关管、第三开关管(T21)、第四开关管、第五开关管和钳位二极管；
第一开关管，第一端与第二开关管的第二端连接，第二端分别与第一电容的第一端和钳位二极管的阴极连接；第一开关管的第一端还用于与外部电源的第一端连接；
第五开关管，第一端分别与第二开关管的第一端和第一电容的第二端连接，第二端分别与第三开关管的第一端和第四开关管的第二端连接；
第二电容，第一端与第三开关管的第二端连接，第二端分别与第四开关管的第一端和钳位二极管的阳极连接；第二电容的第二端还用于与外部电源的第二端连接；
第一控制模块201，还用于控制第一开关管、第三开关管和第五开关管均导通，控制第二开关管和第四开关管均关断。
在本发明的一些实施例中，第二控制模块203，还用于控制第一开关管、第四开关管和第五开关管均导通，控制第二开关管和第三开关管均关断。
在本发明的一些实施例中，第三控制模块204，还用于控制第二开关管、第四开关管和第五开关管均导通，控制第一开关管和第三开关管均关断。
在本发明的一些实施例中，重启模块205，还用于控制第一开关管、第三开关管和第五开关管均导通，控制第二开关管和第四开关管均关断；或者，
控制第一开关管、第四开关管和第五开关管均导通，控制第二开关管和第三开关管均关断；或者，
控制第二开关管、第三开关管和第五开关管均导通，控制第一开关管和第四开关管均关断。
图13是本发明实施例提供的控制设备的示意图。如图13所示，该实施例的控制设备30包括：处理器300、存储器301以及存储在存储器301中并可在处理器300上运行的计算机程序302。处理器300执行计算机程序302时实现上述各个电容电压均衡控制方法实施例中的步骤，例如图2所示的S101至S105。或者，处理器300执行计算机程序302时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图12所示模块/单元201至205的功能。
示例性的，计算机程序302可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器301中，并由处理器300执行，以完成本发明。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，该指令段用于描述计算机程序302在控制设备30中的执行过程。例如，计算机程序302可以被分割成图12所示的模块/单元201至205。
控制设备30可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。控制设备30可包括，但不仅限于，处理器300、存储器301。本领域技术人员可以理解，图13仅仅是控制设备30的示例，并不构成对控制设备30的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如控制设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器300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)、现场可编程门阵列(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。
存储器301可以是控制设备30的内部存储单元，例如控制设备30的硬盘或内存。存储器301也可以是控制设备30的外部存储设备，例如控制设备30上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器301还可以既包括控制设备30的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器301用于存储计算机程序以及控制设备所需的其他程序和数据。存储器301还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本发明实施例还提供一种换流器，包括如上的控制设备30和旁路型MMC子模块；旁路型MMC子模块受控于控制设备30。
可选的，旁路型子模块可以为CCCSM子模块。控制设备30可以通过CCCSM子模块中各个开关管的控制端对CCCSM子模块进行控制。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/控制设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/控制设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
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单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
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，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，可实现上述各个电容电压均衡控制方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，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。计算机可读介质可以包括：能够携带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(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，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是电载波信号和电信信号。
以上实施例仅用以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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，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精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电容电压均衡控制方法，其特征在于，应用于旁路型MMC子模块，所述旁路型MMC子模块包括第一电容和第二电容；其中，所述第一电容为所述旁路型MMC子模块发生直流侧故障时，串联入工作回路的电容；所述第二电容为所述旁路型MMC子模块发生直流侧故障时，未串联入工作回路的电容；所述方法包括：
在排除所述直流侧故障后，控制所述旁路型MMC子模块的开关管按照第一工作方式工作，以使所述第一电容和第二电容均接入所述旁路型MMC子模块的工作回路；
获取所述第一电容的第一电压和所述第二电容的第二电压；
在所述第一电压与所述第二电压满足第一预设条件时，控制所述旁路型MMC子模块的开关管按照第二工作方式工作，以使所述第二电容切除出所述旁路型MMC子模块的工作回路；其中，第一预设条件用于表征第一电压未满足旁路型MMC子模块启动时第一电容的电压要求，且第二电压满足旁路型MMC子模块启动时第二电容的电压要求；
在所述第二电容切除出所述旁路型MMC子模块的工作回路后，若所述第一电压满足第二预设条件，则控制所述旁路型MMC子模块的开关管按照第三控制方式工作，以使所述第一电容切除出所述旁路型MMC子模块的工作回路；其中，第二预设条件用于表征第一电压满足旁路型MMC子模块启动时第一电容的电压要求；
在所述第一电容和所述第二电容均切除出所述旁路型MMC子模块的工作回路后，控制所述旁路型MMC子模块重启，以使所述旁路型MMC子模块正常工作。
2.根据权利要求1所述的电容电压均衡控制方法，其特征在于，所述第一预设条件包括：
所述第一电压与所述第一电容的第一预设正常工作电压的差值的绝对值大于第一预设差值，且所述第二电压与所述第二电容的第二预设正常工作电压的差值的绝对值不大于第二预设差值。
3.根据权利要求1所述的电容电压均衡控制方法，其特征在于，所述第二预设条件包括：
所述第一电压与所述第一电容的第一预设正常工作电压的差值的绝对值不大于第一预设差值。
4.根据权利要求1至3任一项所述的电容电压均衡控制方法，其特征在于，所述旁路型MMC子模块还包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和钳位二极管；
所述第一开关管，第一端与所述第二开关管的第二端连接，第二端分别与所述第一电容的第一端和所述钳位二极管的阴极连接；所述第一开关管的第一端还用于与外部电源的第一端连接；
所述第五开关管，第一端分别与所述第二开关管的第一端和所述第一电容的第二端连接，第二端分别与所述第三开关管的第一端和所述第四开关管的第二端连接；
所述第二电容，第一端与所述第三开关管的第二端连接，第二端分别与所述第四开关管的第一端和所述钳位二极管的阳极连接；所述第二电容的第二端还用于与所述外部电源的第二端连接；
所述控制所述旁路型MMC子模块的开关管按照第一工作方式工作，包括：
控制所述第一开关管、所述第三开关管和所述第五开关管均导通，控制所述第二开关管和所述第四开关管均关断。
5.根据权利要求4所述的电容电压均衡控制方法，其特征在于，所述控制所述旁路型MMC子模块的开关管按照第二工作方式工作，包括：
控制所述第一开关管、所述第四开关管和所述第五开关管均导通，控制所述第二开关管和所述第三开关管均关断。
6.根据权利要求4所述的电容电压均衡控制方法，其特征在于，所述控制所述旁路型MMC子模块的开关管按照第三控制方式工作，包括：
控制所述第二开关管、所述第四开关管和所述第五开关管均导通，控制所述第一开关管和所述第三开关管均关断。
7.根据权利要求4所述的电容电压均衡控制方法，其特征在于，所述控制所述旁路型MMC子模块重启，包括：
控制所述第一开关管、所述第三开关管和所述第五开关管均导通，控制所述第二开关管和所述第四开关管均关断；或者，
控制所述第一开关管、所述第四开关管和所述第五开关管均导通，控制所述第二开关管和所述第三开关管均关断；或者，
控制所述第二开关管、所述第三开关管和所述第五开关管均导通，控制所述第一开关管和所述第四开关管均关断。
8.一种控制设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上的权利要求1至7中任一项所述电容电压均衡控制方法的步骤。
9.一种换流器，其特征在于，包括如权利要求8所述的控制设备和旁路型MMC子模块；所述旁路型MMC子模块受控于所述控制设备。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上的权利要求1至7中任一项所述电容电压均衡控制方法的步骤。
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