CN117039979A - 桥臂复用型mmc系统各桥臂单独控制的启动方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法及系统，涉及电力系统柔性直流输电技术领域，包括：闭锁充电阶段，收集信息进行预处理；判断子模块电容电压是否达到子模块取能电路的上电电压；通过主动均压控制阶段使各桥臂子模块的电容电压均衡；计算复用桥臂与上、下桥臂子模块电容电压平均值的差值，并根据此差值和启动过程中的桥臂复用状态，确定主动均压阶段各桥臂切除的子模块个数；判断电容电压是否稳定，切除软启电阻，延时解锁换流器。阀控系统在主动均压过程中计算各个桥臂所需切除的子模块个数分配下发至每个桥臂，可以有效避免系统启动充电时各桥臂间子模块电容电压的不一致、桥臂内部各子模块间的电容电压不平衡问题。

Description

桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统柔性直流输电技术领域，具体为桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法及系统。
背景技术
MMC(Modular Multilevel Converter,MMC)模块集成度高，子模块结构简单，采用半/全桥子模块级联的结构，实现了通过使用低电压等级功率器件串联达到增加电平数和等效开关频率的效果，同时达到减小交流谐波和直流侧纹波的要求，并且可以独立调节有功和无功的传输，在直流输电、可再生能源的发电并网等方面有着广阔的应用前景。
但MMC型换流站子模块数量较多、成本高、占地面积大，电容器作为MMC的重要组成部分，投资成本和重量体积在换流站中占比较大，大量子模块电容串联的结构使得MMC降容程度有限。有人提出桥臂复用型MMC(Arm Multiplexing Modular Multilevel Converter，AM-MMC)结构，通过配置复用桥臂，使得每个相单元的子模块个数减少25％，子模块利用率提高至66.7％，有效的实现了换流器轻型化。
由于AM-MMC的桥臂复用特性，在仅有闭锁充电的情况下，复用桥臂的充电时长为上、下桥臂的2倍，从而使得闭锁充电结束后复用桥臂子模块电压约为上、下桥臂子模块电压的2倍，上下桥臂子模块电压可能无法达到子模块取能电路的上电电压，从而导致上下桥臂无法受控，系统无法正常解锁。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明解决的技术问题是：如何解决在桥臂复用型MMC启动充电时由于其自身拓扑结构特性导致的各桥臂间子模块电容电压的不一致、桥臂内部各子模块间的电容电压不平衡问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法，包括；
闭锁充电阶段，收集信息进行预处理；判断子模块电容电压是否达到子模块取能电路的上电电压；通过主动均压控制阶段使各桥臂子模块的电容电压均衡；计算复用桥臂与上、下桥臂子模块电容电压平均值的差值，并根据此差值和启动过程中的桥臂复用状态，确定主动均压阶段各桥臂切除的子模块个数；判断电容电压是否稳定，切除软启电阻，延时解锁换流器。
作为本发明所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的一种优选方案，其中：所述收集信息包括复用桥臂与上桥臂和下桥臂的复用状态，以及各桥臂的子模块电容电压平均值状态；通过三相交流网侧相电压大小进行判断系统启动过程中的桥臂复用状态；当a相交流电压最大时，a相为下桥臂复用模式，b、c两相为上桥臂复用模式；当b相交流电压最大时，b相为下桥臂复用模式，a、c两相为上桥臂复用模式；当c相交流电压最大时，c相为下桥臂复用模式，a、b两相为上桥臂复用模式；将收集到的周期性状态数据去掉缺失值，异常值，以及错误格式的无效数据，将原始格式数据转换为符合数学模型需求分析的格式，将数据归一化完成数据预处理。
作为本发明所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的一种优选方案，其中：所述闭锁充电阶段所有桥臂子模块的开关管和桥臂切换开关的开关管都处于闭锁状态，系统通过二极管对电容进行充电，判断子模块电容电压是否达到子模块取能电路的上电电压，当子模块电容电压达到上电电压时，则闭锁充电结束，当子模块电容电压未达到上电电压时，则继续通过二极管对电容进行充电。
作为本发明所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的一种优选方案，其中：所述闭锁充电结束后，采用主动均压控制使各桥臂子模块的电容电压均衡，通过减少上下桥臂充电回路中的子模块数量，提升模块分配电压，对等效桥臂的所有子模块电压进行降压排列，均压阶段将电容电压排列在前m个的子模块切除，其余子模块闭锁继续充电，其中m为主动均压过程中等效桥臂子模块切除数。
作为本发明所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的一种优选方案，其中：所述主动均压阶段包括复用桥臂与上桥臂复用以及复用桥臂与下桥臂复用状态；当复用桥臂与上桥臂复用时，计算复用桥臂与上桥臂的子模块电容电压平均值差值Udiffu＝Uau_ave-Uam_ave，将Udiffu通过PI控制器输出变量Piu，令上桥臂切除子模块个数nu＝round(m*Piu)，复用桥臂子模块切除数nm＝m-nu，下桥臂子模块切除数nd＝0，其中round()为最近取整函数，m为主动均压过程中等效桥臂子模块切除数；当闭锁充电结束时，复用桥臂子模块电容电压大于上桥臂子模块电容电压，此时Udiffu<0，PI控制器输出的变量Piu值小，主动均压过程中上桥臂的子模块切除数nu小于复用桥臂子模块切除数nm，使得上桥臂中更多的子模块参与启动充电，迅速减小上桥臂与复用桥臂之间的子模块电容电压差值；当复用桥臂与下桥臂复用时，将复用桥臂与下桥臂的子模块电容电压平均值差值Udiffd通过PI控制器输出变量Pid，令下桥臂切除子模块个数nd＝round(m*Pid)，复用桥臂子模块切除数nm＝m-nd，上桥臂子模块切除数nu＝0。
作为本发明所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的一种优选方案，其中：在进行主动均压控制阶段时，通过实时监测各桥臂子模块电容电压的变化，及时调整各桥臂切除的子模块个数，保持电容电压在设定的稳定范围内，根据交流侧三相电压的大小，实时更新复用桥臂的复用状态。
作为本发明所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的一种优选方案，其中：所述判断电容电压是否稳定包括阀控系统在主动均压过程中计算各个桥臂所需切除的子模块个数，并分配下发至每个桥臂控制器，所有桥臂单独进行子模块电容电压排序，切除电压高的子模块，电压低的子模块继续充电，当子模块电容电压充至稳态后，切除软启电阻，延时解锁换流器。
本发明的另外一个目的是提供桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动系统，其能通过单独控制桥臂复用型模块化多电平换流器(AM-MMC)系统各桥臂的启动过程，解决了现有技术中AM-MMC系统启动充电时因其自身拓扑结构特性导致的各桥臂间子模块电容电压的不一致、桥臂内部各子模块间的电容电压不平衡等问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动系统，其中：包括信息采集模块、数据处理模块、控制模块、电源管理模块以及状态判断模块；所述信息采集模块能够获取各个子模块的实时电压信息，了解系统中子模块电容电压的实时状态；所述数据处理模块是根据采集到的信息，对各桥臂间子模块电容电压平均值的电压差进行实时计算，以评估系统的电压均衡状况；所述控制模块是基于数据处理模块的结果，针对性地控制各桥臂的充电过程，实现电压均衡；还能计算在主动均压阶段切除的子模块个数，有针对性地减小各桥臂之间的电容电压平均值电压差；所述电源管理模块负责管理和控制桥臂的电源状态，包括电容的充电以及电压的均衡，以满足系统运行的需要；所述状态判断模块是系统稳定之后，能判断电容电压是否稳定，并据此决定是否切除软启电阻，以及何时解锁换流器，确保系统的稳定运行。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的步骤。
本发明的有益效果：本发明在主动均压过程中计算各个桥臂所需切除的子模块个数并分配下发至每个桥臂控制器，所有桥臂单独进行子模块电容电压排序，切除电压高的n个子模块(n＝nu、nm、nd)，当子模块电容电压充至稳定在额定值附近，切除软启电阻，延时解锁换流器，有效地避免了系统启动充电时各桥臂间子模块电容电压的不一致、桥臂内部各子模块间的电容电压不平衡等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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它的附图。其中：
图1为本发明第一个实施例提供的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的整体流程图；
图2为本发明第一个实施例提供的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法中AM-MMC的拓扑结构示意图；
图3为本发明第一个实施例提供的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法中AM-MMC桥臂切换开关的结构示意图；
图4为本发明第一个实施例提供的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法中以a、b相为例的AM-MMC交流启动充电回路示意图；
图5为本发明第一个实施例提供的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法中启动阶段各桥臂电容电压平均值控制框图；
图6为本发明第一个实施例提供的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法中桥臂子模块切除个数分配方法流程图；
图7为本发明第一个实施例提供的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法中AM-MMC启动均压控制方法流程图；
图8为本发明第二个实施例提供的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动系统的结构示意图；
图9为本发明第三个实施例提供的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的仿真波形图；
图10为本发明第三个实施例提供的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的上桥臂以及复用桥臂子模块电容电压平均值差值及PI控制器输出波形。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1～图7，为本发明的一个实施例，提供了桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法，其特征在于：
闭锁充电阶段，收集信息进行预处理；判断子模块电容电压是否达到子模块取能电路的上电电压；通过主动均压控制阶段使各桥臂子模块的电容电压均衡；计算复用桥臂与上、下桥臂子模块电容电压平均值的差值，并根据此差值和启动过程中的桥臂复用状态，确定主动均压阶段各桥臂切除的子模块个数；判断电容电压是否稳定，切除软启电阻，延时解锁换流器。
如图2所示为适用于本发明的桥臂复用型MMC拓扑结构示意图，每个相单元包含上桥臂、复用桥臂和下桥臂三个桥臂、两个桥臂电抗器和两组切换开关，每个桥臂包含N个半桥子模块。
如图3所示为桥臂切换开关的结构示意图，每组切换开关由带反并联二极管的IGCT器件同向串联组成。
如图4所示为以a、b相为例的AM-MMC交流启动充电回路示意图。充电电流流过A相上桥臂子模块VD2管与B相等效上桥臂子模块VD1管、电容器，为B相等效上桥臂子模块电容充电；同时，充电电流也会流经A相等效下桥臂子模块VD1管、电容器以及B相下桥臂子模块VD2管，为A相等效下桥臂的子模块电容进行充电。
如图5所示为本发明描述的启动阶段各桥臂电容电压平均值控制框图，如图6为本发明描述的桥臂子模块切除个数分配方法流程图，如图7所示为本发明描述的AM-MMC启动方法流程图。具体为：
收集信息包括复用桥臂与上桥臂和下桥臂的复用状态，以及桥臂的子模块电容电压平均值状态；通过三相交流网侧相电压大小进行判断系统启动过程中的桥臂复用状态；
将收集到的周期性状态数据去掉缺失值，异常值，以及错误格式的无效数据，将原始格式数据转换为符合数学模型需求分析的格式，将数据归一化完成数据预处理。
当闭锁充电阶段，所有桥臂子模块的开关管和桥臂切换开关的开关管都处于闭锁状态，系统通过二极管对电容进行充电，判断子模块电容电压是否达到子模块取能电路的上电电压，当子模块电容电压达到上电电压时，则闭锁充电结束，当子模块电容电压未达到上电电压时，则继续通过二极管对电容进行充电。
闭锁充电结束后，主动均压控制阶段均衡各桥臂子模块的电容电压，通过减少上下桥臂充电回路中的子模块数量，提升模块分配电压，对等效桥臂的所有子模块电压进行降压排列，均压阶段将电容电压排列在前m个的子模块切除，其余子模块闭锁继续充电，m为主动均压过程中等效桥臂子模块切除数。
主动均压阶段包括复用桥臂与上桥臂复用以及复用桥臂与下桥臂复用；当复用桥臂与上桥臂复用时，计算复用桥臂与上桥臂的子模块电容电压平均值差值Udiffu＝Uau_ave-Uam_ave，将Udiffu通过PI控制器输出变量Piu，令上桥臂切除子模块个数nu＝round(m*Piu)，复用桥臂子模块切除数nm＝m-nu，下桥臂子模块切除数nd＝0，其中round()为最近取整函数，m为主动均压过程中等效桥臂子模块切除数；当闭锁充电结束时，复用桥臂子模块电容电压大于上桥臂子模块电容电压，此时Udiffu<0，PI控制器输出的变量Piu值小，主动均压过程中上桥臂的子模块切除数nu小于复用桥臂子模块切除数nm，使上桥臂中更多的子模块参与启动充电，迅速减小上桥臂与复用桥臂之间的子模块电容电压差值；当复用桥臂与下桥臂复用时，将复用桥臂与下桥臂的子模块电容电压平均值差值Udiffd通过PI控制器输出变量Pid，令下桥臂切除子模块个数nd＝round(m*Pid)，复用桥臂子模块切除数nm＝m-nd，上桥臂子模块切除数nu＝0。
在进行主动均压控制阶段时，通过实时监测各桥臂子模块电容电压的变化，及时调整各桥臂切除的子模块个数，保持电容电压在设定的稳定范围内，根据交流侧三相电压的大小，实时更新复用桥臂的复用状态。
判断电容电压是否稳定阀控系统在主动均压过程中计算各个桥臂所需切除的子模块个数，并分配下发至每个桥臂控制器，所有桥臂单独进行子模块电容电压排序，切除电压高的子模块，电压低的子模块继续充电，当子模块电容电压充至稳态后，切除软启电阻，延时解锁换流器。
主动均压阶段桥臂子模块切除个数的分配方法如下：
首先，极控系统通过对网侧相电压大小进行比较从而判断出A、B、C三相的桥臂复用模式，并将各桥臂的复用状态信号量下发给阀控，判断方式如表1所示。具体为：当A相电压Ua最大时，A相为下桥臂复用状态，B、C相为上桥臂复用状态；当B相电压Ub最大时，B相为下桥臂复用状态，A、C相为上桥臂复用状态；当C相电压Uc最大时，C相为下桥臂复用状态，A、B相为上桥臂复用状态。
表1启动过程的桥臂复用状态
其次，以A相为例的桥臂电容电压控制框图和子模块切除个数分配方法流程图分别如图5和图6所示。
当PHA＝0，即A相复用桥臂与上桥臂构成等效上桥臂时，复用桥臂与上桥臂电容电压平均值的差值表示为：
Udiffu＝Uavem-Uaveu
当PHA＝1，即A相复用桥臂与下桥臂构成等效下桥臂时，复用桥臂与下桥臂电容电压平均值的差值表示为：
Udiffd＝Uavem-Uaved
其中，Uaveu、Uavem和Uaved分别为上桥臂、复用桥臂和下桥臂的子模块电容电压平均值。
差值Udiffu和Udiffd分别通过PI控制器输出变量Piu和Pid。
阀控系统根据接收到的阀闭锁时桥臂复用状态信号量、各桥臂子模块电容电压平均值以及主动均压阶段等效桥臂切除子模块个数m对上、复用、下桥臂的子模块切除数进行分配。以A相为例的具体分配方法为：
当A相为下桥臂复用状态时(即PHA＝1)，令上桥臂子模块切除数nu＝0，下桥臂子模块切除数nd＝round(m*Pid)，复用桥臂子模块切除数nm＝m-nd。当A相为上桥臂复用状态时(即PHA＝0)，令上桥臂子模块切除数nu＝round(m*Piu)，复用桥臂子模块切除数nm＝m-nu，下桥臂子模块切除数nd＝0。
其中，round()表示最近取整函数，m为主动均压过程中等效桥臂子模块切除数上限值。
最后，在主动均压过程中，上桥臂、复用桥臂与下桥臂分别单独参与电容电压排序，将电容电压排在前n个的子模块切除(n＝nu、nm、nd)。在该过程中，接收到切除命令的半桥子模块VT2管导通、VT1管关断，其余处于闭锁状态的子模块VT1、VT2管均关断。
结合图5和图6所示的控制分配方法可以看出，在主动均压阶段，当复用桥臂与上/下桥臂的子模块电容电压平均值差值大时，阀控系统将分配给复用桥臂的切除子模块个数较多，分配给上/下桥臂的切除子模块个数较少，从而让上/下桥臂内部更多的子模块电容参与充电，使得各桥臂间的子模块电容电压差值迅速减小。
当复用桥臂与上/下桥臂之间的子模块电容电压平均值差值约等于0时，主动均压控制达到稳态阶段，复用桥臂与上/下桥臂子模块的电容电压趋于接近且约等于额定工作电压。
连续检测两个控制周期的子模块电容电压值，若ΔUsm<0.03*Usm，则认为子模块电容电压稳定。当电容电压稳定后，切除启动限流电阻，解锁换流器。
其中，ΔUsm为连续两个控制周期检测到的子模块电容电压值差值，Usm为子模块电容电压额定值。
实施例2
参照图8，为本发明的一个实施例，提供了桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的系统，其特征在于：包括信息采集模块、数据处理模块、控制模块、电源管理模块以及状态判断模块。
信息采集模块能够获取各个子模块的实时电压信息，了解系统中子模块电容电压的实时状态。
数据处理模块是根据采集到的信息，对各桥臂间子模块电容电压平均值的电压差进行实时计算，以评估系统的电压均衡状况。
控制模块是基于数据处理模块的结果，针对性地控制各桥臂的充电过程，实现电压均衡；还能计算在主动均压阶段切除的子模块个数，有针对性地减小各桥臂之间的电容电压平均值电压差。
电源管理模块负责管理和控制桥臂的电源状态，包括电容的充电以及电压的均衡，以满足系统运行的需要。
状态判断模块是系统稳定之后，能判断电容电压是否稳定，并据此决定是否切除软启电阻，以及何时解锁换流器，确保系统的稳定运行。
所述功能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，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)、便携式计算机盘盒(磁装置)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤装置以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
实施例3
参照图9～图10为本发明的实施例，为了验证本发明的有益效果，通过经济效益计算和仿真实验进行科学论证。本实施例分别对现有传统的方法、本实施例的方法进行了实验。
参照附图9为本发明提出的启动方法仿真结果波形，共三相九个桥臂，由仿真结果可见系统闭锁充电阶段结束时复用桥臂子模块电容电压高于上、下桥臂；当开始主动均压阶段后，各桥臂间子模块电容电压差值逐渐减小，最后趋于稳定。
参照附图10为本发明提出的上、复用桥臂子模块电容电压平均值差值及PI控制器输出波形。由仿真结果可见，闭锁充电结束后上、复用桥臂子模块电容电压差值小于0，开始主动均压控制后差值逐渐减小，最后稳定在-0.05kV左右，PI控制器输出稳定在0.15左右。
阀控系统在主动均压过程中计算各个桥臂所需切除的子模块个数并分配下发至每个桥臂控制器，所有桥臂单独进行子模块电容电压排序，切除电压高的n个子模块(n＝nu、nm、nd)，当子模块电容电压充至稳定在额定值附近，切除软启电阻，延时0.5s解锁换流器，有效地避免了系统启动充电时各桥臂间子模块电容电压的不一致、桥臂内部各子模块间的电容电压不平衡等问题。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法，其特征在于，包括：
闭锁充电阶段，收集信息进行预处理；
判断子模块电容电压是否达到子模块取能电路的上电电压；
通过主动均压控制阶段使各桥臂子模块的电容电压均衡；
计算复用桥臂与上、下桥臂子模块电容电压平均值的差值，并根据此差值和启动过程中的桥臂复用状态，确定主动均压阶段各桥臂切除的子模块个数；
判断电容电压是否稳定，切除软启电阻，延时解锁换流器。
2.如权利要求1所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法，其特征在于：所述收集信息包括复用桥臂与上桥臂和下桥臂的复用状态，以及各桥臂的子模块电容电压平均值状态；
通过三相交流网侧相电压大小进行判断系统启动过程中的桥臂复用状态；当a相交流电压最大时，a相为下桥臂复用模式，b、c两相为上桥臂复用模式；当b相交流电压最大时，b相为下桥臂复用模式，a、c两相为上桥臂复用模式；当c相交流电压最大时，c相为下桥臂复用模式，a、b两相为上桥臂复用模式；
将收集到的周期性状态数据去掉缺失值，异常值，以及错误格式的无效数据，将原始格式数据转换为符合数学模型需求分析的格式，将数据归一化完成数据预处理。
3.如权利要求2所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法，其特征在于：所述闭锁充电阶段所有桥臂子模块的开关管和桥臂切换开关的开关管都处于闭锁状态，系统通过二极管对电容进行充电，判断子模块电容电压是否达到子模块取能电路的上电电压，当子模块电容电压达到上电电压时，则闭锁充电结束，当子模块电容电压未达到上电电压时，则继续通过二极管对电容进行充电。
4.如权利要求3所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法，其特征在于：所述闭锁充电结束后，采用主动均压控制使阶段均衡各桥臂子模块的电容电压均衡，通过减少上下桥臂充电回路中的子模块数量，提升模块分配电压，对等效桥臂的所有子模块电压进行降压排列，均压阶段将电容电压排列在前m个的子模块切除，其余子模块闭锁继续充电，其中m为主动均压过程中等效桥臂子模块切除数。
5.如权利要求4所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法，其特征在于：所述主动均压阶段包括复用桥臂与上桥臂复用以及复用桥臂与下桥臂复用状态；
当复用桥臂与上桥臂复用时，计算复用桥臂与上桥臂的子模块电容电压平均值差值Udiffu＝Uau_ave-Uam_ave，将Udiffu通过PI控制器输出变量Piu，令上桥臂切除子模块个数nu＝round(m*Piu)，复用桥臂子模块切除数nm＝m-nu，下桥臂子模块切除数nd＝0，其中round()为最近取整函数，m为主动均压过程中等效桥臂子模块切除数；
当闭锁充电结束时，复用桥臂子模块电容电压大于上桥臂子模块电容电压，此时Udiffu<0，PI控制器输出的变量Piu值小，主动均压过程中上桥臂的子模块切除数nu小于复用桥臂子模块切除数nm，使上桥臂中更多的子模块参与启动充电，迅速减小上桥臂与复用桥臂之间的子模块电容电压差值；
当复用桥臂与下桥臂复用时，将复用桥臂与下桥臂的子模块电容电压平均值差值Udiffd通过PI控制器输出变量Pid，令下桥臂切除子模块个数nd＝round(m*Pid)，复用桥臂子模块切除数nm＝m-nd，上桥臂子模块切除数nu＝0。
6.如权利要求5所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法，其特征在于：在进行主动均压控制阶段时，通过实时监测各桥臂子模块电容电压的变化，及时调整各桥臂切除的子模块个数，保持电容电压在设定的稳定范围内，根据交流侧三相电压的大小，实时更新复用桥臂的复用状态。
7.如权利要求6所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法，其特征在于：所述判断电容电压是否稳定包括阀控系统在主动均压过程中计算各个桥臂所需切除的子模块个数，并分配下发至每个桥臂控制器，所有桥臂单独进行子模块电容电压排序，切除电压高的子模块，电压低的子模块继续充电，当子模块电容电压充至稳态后，切除软启电阻，延时解锁换流器。
8.一种采用如权利要求1～7任一所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的系统其特征在于：包括信息采集模块、数据处理模块、控制模块、电源管理模块以及状态判断模块；
所述信息采集模块能够获取各个子模块的实时电压信息，了解系统中子模块电容电压的实时状态；
所述数据处理模块是根据采集到的信息，对各桥臂间子模块电容电压平均值的电压差进行实时计算，以评估系统的电压均衡状况；
所述控制模块是基于数据处理模块的结果，针对性地控制各桥臂的充电过程，实现电压均衡；还能计算在主动均压阶段切除的子模块个数，有针对性地减小各桥臂之间的电容电压平均值电压差；
所述电源管理模块负责管理和控制桥臂的电源状态，包括电容的充电以及电压的均衡，以满足系统运行的需要；
所述状态判断模块是系统稳定之后，能判断电容电压是否稳定，并据此决定是否切除软启电阻，以及何时解锁换流器，确保系统的稳定运行。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述桥臂复用型MMC系统各桥臂单独控制的启动方法的步骤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117578898A (zh) * 2023-11-24 2024-02-20 华北电力大学（保定） 一种am-mmc的桥臂独立调制方法及控制系统

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