CN103066805A - 一种基于多个子模块捆绑式投切的电容电压平衡控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于多个子模块捆绑式投切的电容电压平衡控制方法，通过捆绑方式，使模块化多电平换流阀的子模块数量级别下降一个级别，有利于电容电压平衡控制计算量的降低，降低了对控制设备的要求。子模块捆绑为一个模块组之后，整体投切，并利用电容电压平衡算法实现子模块组的电压平衡，子模块组内部通过自适应均压，可实现子模块的总体均压。本发明基于多个子模块捆绑式投切的电容电压平衡控制方法，可以有效的解决大容量基于模块化多电平换流器方式的柔性直流输电换流阀控制问题，可实现大规模数量的换流阀运行控制和监视。

Description

一种基于多个子模块捆绑式投切的电容电压平衡控制方法
技术领域
本发明属于柔***流输电技术领域，具体涉及一种基于多个子模块捆绑式投切的电容电压平衡控制方法。
背景技术
当前，基于全控型电力电子器件IGBT的各种电力电子电路已经越来越多地应用于电力***、机车牵引、航空航天等领域。随着电力电子技术及材料、制造工艺的发展，IGBT器件的通流能力也越来越强，使其在直流输电领域也得到重要的发挥空间，直接促进了柔性直流输电技术的诞生和发展。与传统的高压直流输电技术不同，柔性直流输电换流器以由IGBT串联构成的高压换流阀替代了晶闸管串联换流阀，形成了电压源型的柔性直流换流器。柔性直流输电可以实现向远距离的中小型孤立、弱负荷进行供电；可以进行独立、准确、灵活的有功/无功功率控制，提高***潮流传输的经济性和稳定性；在潮流反转时直流电压极性不变，方便构成多端直流输电***；在相联***短路时不增加***的短路容量，有利于限制短路电流，阻止***的故障扩散；可以提供无功支持和频率控制，用于风电场和分布式发电等可再生能源并网有着特殊的优势；在相联电网故障后能够提供黑启动电源，加快电网故障后的快速恢复能力；换流站占地面积相对于普通直流大为减小。
柔性直流输电技术丰富的性能优势吸引了众多科研技术人员投入到相关的研究及实践工作中，其灵活的控制性能也使得柔性直流的控制保护方法和控制保护装置成为了柔性直流技术的研究热点。在基于模块化多电平换流器拓扑结构的柔性直流的控制中，对换流器子模块内部的控制保护是整个控制保护***中一个非常重要的环节。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于多个子模块捆绑式投切的电容电压平衡控制方法，可以有效的解决大容量基于模块化多电平换流器方式的柔性直流输电换流阀控制问题，可实现大规模数量的换流阀运行控制和监视；通过捆绑方式，使模块化多电平换流阀的子模块数量级别下降一个级别，有利于电容电压平衡控制计算量的降低，降低了对控制设备的要求。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
提供一种基于多个子模块捆绑式投切的电容电压平衡控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：上传并汇总子模块状态；
步骤2：将桥臂包括的M个子模块进行分组捆绑，得到m个模块组，并对m个模块组的电压进行排序，所述模块组作为整体投入或者切出；
步骤3：明确当前需要投入的总子模块数目，进而得到此时需要投入的模块组的数目m′；
步骤4：根据桥臂电流方向和模块电容电压排序结果选择投切模块组数目和具体模块组。
所述步骤1中，桥臂分段控制单元将子模块状态上传给桥臂汇总控制单元，所述桥臂汇总控制单元对接收的子模块状态进行汇总。
所述步骤2中，桥臂汇总控制单元对M个子模块按照n个一组进行分组捆绑，得到个模块组，其中m=M/n。
所述桥臂汇总控制单元对m个模块组的电压按照从大到小的原则进行排序。
所述步骤3中，根据上层直流控制保护***下发的指令采用最***近法明确当前需要投入的总子模块数目，进而得到此时需要投入的模块组的数目m′。
所述步骤4包括以下步骤：
步骤3-1：以正母线流向负母线为正方向，若此时电流方向为正，选择电压和最小的m1′个子模块组投入，其余的m-m1′个子模块切出；
步骤3-2：以负母线流向正母线为负方向，若此时电流方向为负，选择电压和最大的m2′个子模块组投入，其余的m-m2′个子模块组切出。
所述桥臂分段控制单元、桥臂汇总控制单元、光CT合并及接口单元、环流控制单元和MMC阀监视单元组成了模块化多电平换流器控制保护***的阀基控制设备；所述桥臂分段控制单元将子模块状态上传给桥臂汇总控制单元进行汇总；所述环流控制单元下发调制量信息，通过此调制量信息，汇总并进行计算，决定子模块的投切；MMC阀监视单元对MMC阀的状态进行监视，并将监视信息上传至上位机。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.可以有效的解决大容量基于模块化多电平换流器方式的柔性直流输电换流阀控制问题，可实现大规模数量的换流阀运行控制和监视；
2.本专利通过捆绑方式，使模块化多电平换流阀的子模块数量级别下降一个级别，有利于电容电压平衡控制计算量的降低，降低了对控制设备的要求；
3.子模块捆绑为一个模块组之后，整体投切，并利用电容电压平衡算法实现子模块组的电压平衡，子模块组内部通过自适应均压，可实现子模块的总体均压。
附图说明
图1是基于多个子模块捆绑式投切的电容电压平衡控制拓扑结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
模块化多电平换流器（Module Multilevel Convertor，简称MMC换流器）由多个子模块串联组成，需要根据电容电压及子模块工作状态对单独的子模块进行不同的实时投切控制，电平数越多，实时控制周期越短，电容电压平衡控制越难实现。基于模块化多电平换流器MMC技术的高压大容量柔性直流输电换流阀，所需串接的子模块高达数百只乃至数千只，各子模块必须单独进行控制，阀基控制设备VBC通过采用分层分段处理方式对每个子模块进行单独控制，作为阀基控制设备的中间单元——桥臂汇总单元，是将多个桥臂分段单元的整个桥臂的子模块信息进行汇总、整理、汇总桥臂电压平衡策略处理以及桥臂整体保护策略实施的中间单元；而作为阀基控制设备的底层控制单元——桥臂分段单元，是将桥臂各段子模块信息进行汇总、整理、实现桥臂分段电压平衡策略处理以及桥臂分段保护策略实施的底层控制单元。
如图1，模块化多电平换流器由3相共6个桥臂组成，本发明涉及的平衡控制的是基于模块化多电平换流器阀的电容电压平衡策略。电容电压平衡策略由桥臂分段控制单元和桥臂汇总控制单元控制器共同完成，其中桥臂分段控制单元负责完成和换流阀之间的通信，负责收集子模块电容电压和运行状态，向子模块发送子模块投入退出以及其他保护控制，每个桥臂分段控制器负责监视子模块状态，桥臂汇总控制单元负责将桥臂各个上传的状态汇总，同时负责完成桥臂整体子模块电容电压的平衡控制。
桥臂汇总控制单元负责将桥臂分段控制单元上传的子模块状态进行汇总，并将子模块进行分组，一个桥臂包括540个模块，每9个模块进行捆绑成一个模块组，桥臂总共将包括60个模块组，桥臂汇总控制单元将对60个模块组进行整体投切，整个桥臂汇总控制单元只需要对60个模块组进行排序，对60个模块组电压进行电容电压平衡。模块组内的子模块电压由于电压自适应平衡，模块电压将保持一致。根据以上描述，每个模块组的编号为N，模块组的电压为组内n个模块的电压和，桥臂分段把每个组内固定的电压相加，然后将电压和上传给桥臂汇总单元。
桥臂汇总控制单元根据电压要求，计算出需要投入的模块组数m′。再对60个模块组电压之和进行排序，并判断桥臂电流方向。然后，根据电流方向和模块组电压和排序情况，选择要投入的模块组。如果此时电流方向为正（由正母线流向负母线为正）时，选择电压和最小的m1′个子模块组投入，其余的60-m1′个子模块切出。如果此时电流方向为负（由负母线流向正母线为负）时，选择电压和最大的m2′个子模块组投入，其余的60-m2′个子模块组切出。
模块组内的子模块同时投入或者切出，保持相同的投切状态。每个子模块电容并联均压电阻，子模块电容通过均压电阻放电。当模块组内子模块之间出现电压不均时，电容电压较高的子模块通过均压电阻的电流较大，放电较快；电容电压较低的子模块通过均压电阻的电流较小，放电较慢。因此，当由于子模块差异引起模块组内子模块电压不均时，均压电阻可以起到调节模块组内电压均衡的作用。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于多个子模块捆绑式投切的电容电压平衡控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：上传并汇总子模块状态；
步骤2：将桥臂包括的M个子模块进行分组捆绑，得到m个模块组，并对m个模块组的电压进行排序，所述模块组作为整体投入或者切出；
步骤3：明确当前需要投入的总子模块数目，进而得到此时需要投入的模块组的数目m′；
步骤4：根据桥臂电流方向和模块电容电压排序结果选择投切模块组数目和具体模块组。
2.根据权利要求1所述的基于多个子模块捆绑式投切的电容电压平衡控制方法，其特征在于：所述步骤1中，桥臂分段控制单元将子模块状态上传给桥臂汇总控制单元，所述桥臂汇总控制单元对接收的子模块状态进行汇总。
3.根据权利要求1所述的基于多个子模块捆绑式投切的电容电压平衡控制方法，其特征在于：所述步骤2中，桥臂汇总控制单元对M个子模块按照n个一组进行分组捆绑，得到个模块组，其中m=M/n。
4.根据权利要求1所述的基于多个子模块捆绑式投切的电容电压平衡控制方法，其特征在于：所述桥臂汇总控制单元对m个模块组的电压按照从大到小的原则进行排序。
5.根据权利要求1所述的基于多个子模块捆绑式投切的电容电压平衡控制方法，其特征在于：所述步骤3中，根据上层直流控制保护***下发的指令采用最***近法明确当前需要投入的总子模块数目，进而得到此时需要投入的模块组的数目m′。
6.根据权利要求1所述的基于多个子模块捆绑式投切的电容电压平衡控制方法，其特征在于：所述步骤4包括以下步骤：
步骤3-1：以正母线流向负母线为正方向，若此时电流方向为正，选择电压和最小的m1′个子模块组投入，其余的m-m1′个子模块切出；
步骤3-2：以负母线流向正母线为负方向，若此时电流方向为负，选择电压和最大的m2′个子模块组投入，其余的m-m2′个子模块组切出。
7.根据权利要求2所述的基于多个子模块捆绑式投切的电容电压平衡控制方法，其特征在于：所述桥臂分段控制单元、桥臂汇总控制单元、光CT合并及接口单元、环流控制单元和MMC阀监视单元组成了模块化多电平换流器控制保护***的阀基控制设备；所述桥臂分段控制单元将子模块状态上传给桥臂汇总控制单元进行汇总；所述环流控制单元下发调制量信息，通过此调制量信息，汇总并进行计算，决定子模块的投切；MMC阀监视单元对MMC阀的状态进行监视，并将监视信息上传至上位机。
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