一種基於多個子模塊捆綁式投切的電容電壓平衡控制方法
2023-05-25 04:59:01 3
專利名稱：一種基於多個子模塊捆綁式投切的電容電壓平衡控制方法
技術領域：
本發明屬於柔性交流輸電技術領域，具體涉及一種基於多個子模塊捆綁式投切的電容電壓平衡控制方法。
背景技術：
當前，基於全控型電力電子器件IGBT的各種電力電子電路已經越來越多地應用於電力系統、機車牽引、航空航天等領域。隨著電力電子技術及材料、製造工藝的發展，IGBT器件的通流能力也越來越強，使其在直流輸電領域也得到重要的發揮空間，直接促進了柔性直流輸電技術的誕生和發展。與傳統的高壓直流輸電技術不同，柔性直流輸電換流器以由IGBT串聯構成的高壓換流閥替代了晶閘管串聯換流閥，形成了電壓源型的柔性直流換流器。柔性直流輸電可以實現向遠距離的中小型孤立、弱負荷進行供電；可以進行獨立、準確、靈活的有功/無功功率控制，提高系統潮流傳輸的經濟性和穩定性；在潮流反轉時直流電壓極性不變，方便構成多端直流輸電系統；在相聯繫統短路時不增加系統的短路容量，有利於限制短路電流，阻止系統的故障擴散；可以提供無功支持和頻率控制，用於風電場和分布式發電等可再生能源併網有著特殊的優勢；在相聯電網故障後能夠提供黑啟動電源，力口快電網故障後的快速恢復能力；換流站佔地面積相對於普通直流大為減小。柔性直流輸電技術豐富的性能優勢吸引了眾多科研技術人員投入到相關的研究及實踐工作中，其靈活的控制性能也使得柔性直流的控制保護方法和控制保護裝置成為了柔性直流技術的研究熱點。在基於模塊化多電平換流器拓撲結構的柔性直流的控制中，對換流器子模塊內部的控制保護是整個控制保護系統中一個非常重要的環節。
發明內容
為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種基於多個子模塊捆綁式投切的電容電壓平衡控制方法，可以有效的解決大容量基於模塊化多電平換流器方式的柔性直流輸電換流閥控制問題，可實現大規模數量的換流閥運行控制和監視；通過捆綁方式，使模塊化多電平換流閥的子模塊數量級別下降一個級別，有利於電容電壓平衡控制計算量的降低，降低了對控制設備的要求。為了實現上述發明目的，本發明採取如下技術方案提供一種基於多個子模塊捆綁式投切的電容電壓平衡控制方法，所述方法包括以下步驟步驟1:上傳並匯總子模塊狀態；步驟2 :將橋臂包括的M個子模塊進行分組捆綁，得到m個模塊組，並對m個模塊組的電壓進行排序，所述模塊組作為整體投入或者切出；步驟3 :明確當前需要投入的總子模塊數目，進而得到此時需要投入的模塊組的數目m'；步驟4:根據橋臂電流方向和模塊電容電壓排序結果選擇投切模塊組數目和具體模塊組。所述步驟I中，橋臂分段控制單元將子模塊狀態上傳給橋臂匯總控制單元，所述橋臂匯總控制單元對接收的子模塊狀態進行匯總。所述步驟2中，橋臂匯總控制單元對M個子模塊按照η個一組進行分組捆綁，得到個模塊組，其中m=M/n。所述橋臂匯總控制單元對m個模塊組的電壓按照從大到小的原則進行排序。所述步驟3中，根據上層直流控制保護系統下發的指令採用最小逼近法明確當前需要投入的總子模塊數目，進而得到此時需要投入的模塊組的數目m'。所述步驟4包括以下步驟步驟3-1 :以正母線流向負母線為正方向，若此時電流方向為正，選擇電壓和最小的m/個子模塊組投入，其餘的m-m/個子模塊切出；步驟3-2 :以負母線流向正母線為負方向，若此時電流方向為負,選擇電壓和最大的m2'個子模塊組投入，其餘的m-m2'個子模塊組切出。所述橋臂分段控制單元、橋臂匯總控制單元、光CT合併及接口單元、環流控制單元和MMC閥監視單元組成了模塊化多電平換流器控制保護系統的閥基控制設備；所述橋臂分段控制單元將子模塊狀態上傳給橋臂匯總控制單元進行匯總；所述環流控制單元下發調製量信息，通過此調製量信息，匯總並進行計算，決定子模塊的投切；MMC閥監視單元對MMC閥的狀態進行監視，並將監視信息上傳至上位機。與現有技術相比，本發明的有益效果在於1.可以有效的解決大容量基於模塊化多電平換流器方式的柔性直流輸電換流閥控制問題，可實現大規模數量的換流閥運行控制和監視；2.本專利通過捆綁方式，使模塊化多電平換流閥的子模塊數量級別下降一個級另O，有利於電容電壓平衡控制計算量的降低，降低了對控制設備的要求；3.子模塊捆綁為一個模塊組之後，整體投切，並利用電容電壓平衡算法實現子模塊組的電壓平衡，子模塊組內部通過自適應均壓，可實現子模塊的總體均壓。
圖1是基於多個子模塊捆綁式投切的電容電壓平衡控制拓撲結構圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。模塊化多電平換流器(Module Multilevel Convertor,簡稱MMC換流器)由多個子模塊串聯組成，需要根據電容電壓及子模塊工作狀態對單獨的子模塊進行不同的實時投切控制，電平數越多，實時控制周期越短，電容電壓平衡控制越難實現。基於模塊化多電平換流器MMC技術的高壓大容量柔性直流輸電換流閥，所需串接的子模塊高達數百隻乃至數千隻，各子模塊必須單獨進行控制，閥基控制設備VBC通過採用分層分段處理方式對每個子模塊進行單獨控制，作為閥基控制設備的中間單元——橋臂匯總單元，是將多個橋臂分段單元的整個橋臂的子模塊信息進行匯總、整理、匯總橋臂電壓平衡策略處理以及橋臂整體保護策略實施的中間單元；而作為閥基控制設備的底層控制單元——橋臂分段單元，是將橋臂各段子模塊信息進行匯總、整理、實現橋臂分段電壓平衡策略處理以及橋臂分段保護策略實施的底層控制單元。如圖1，模塊化多電平換流器由3相共6個橋臂組成，本發明涉及的平衡控制的是基於模塊化多電平換流器閥的電容電壓平衡策略。電容電壓平衡策略由橋臂分段控制單元和橋臂匯總控制單元控制器共同完成，其中橋臂分段控制單元負責完成和換流閥之間的通信，負責收集子模塊電容電壓和運行狀態，向子模塊發送子模塊投入退出以及其他保護控制，每個橋臂分段控制器負責監視子模塊狀態，橋臂匯總控制單元負責將橋臂各個上傳的狀態匯總，同時負責完成橋臂整體子模塊電容電壓的平衡控制。橋臂匯總控制單元負責將橋臂分段控制單元上傳的子模塊狀態進行匯總，並將子模塊進行分組，一個橋臂包括540個模塊，每9個模塊進行捆綁成一個模塊組，橋臂總共將包括60個模塊組，橋臂匯總控制單元將對60個模塊組進行整體投切，整個橋臂匯總控制單元只需要對60個模塊組進行排序，對60個模塊組電壓進行電容電壓平衡。模塊組內的子模塊電壓由於電壓自適應平衡，模塊電壓將保持一致。根據以上描述，每個模塊組的編號為N，模塊組的電壓為組內η個模塊的電壓和，橋臂分段把每個組內固定的電壓相加，然後將電壓和上傳給橋臂匯總單元 。橋臂匯總控制單元根據電壓要求，計算出需要投入的模塊組數m'。再對60個模塊組電壓之和進行排序，並判斷橋臂電流方向。然後，根據電流方向和模塊組電壓和排序情況，選擇要投入的模塊組。如果此時電流方向為正(由正母線流向負母線為正)時，選擇電壓和最小的m/個子模塊組投入，其餘的60-m/個子模塊切出。如果此時電流方向為負(由負母線流向正母線為負)時，選擇電壓和最大的m2'個子模塊組投入，其餘的60-m2'個子模塊組切出。模塊組內的子模塊同時投入或者切出，保持相同的投切狀態。每個子模塊電容並聯均壓電阻，子模塊電容通過均壓電阻放電。當模塊組內子模塊之間出現電壓不均時，電容電壓較高的子模塊通過均壓電阻的電流較大，放電較快；電容電壓較低的子模塊通過均壓電阻的電流較小，放電較慢。因此，當由於子模塊差異引起模塊組內子模塊電壓不均時，均壓電阻可以起到調節模塊組內電壓均衡的作用。最後應當說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本發明精神和範圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種基於多個子模塊捆綁式投切的電容電壓平衡控制方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟 步驟1:上傳並匯總子模塊狀態； 步驟2 :將橋臂包括的M個子模塊進行分組捆綁，得到m個模塊組，並對m個模塊組的電壓進行排序，所述模塊組作為整體投入或者切出； 步驟3 :明確當前需要投入的總子模塊數目，進而得到此時需要投入的模塊組的數目m/ ； 步驟4 :根據橋臂電流方向和模塊電容電壓排序結果選擇投切模塊組數目和具體模塊組。
2.根據權利要求1所述的基於多個子模塊捆綁式投切的電容電壓平衡控制方法，其特徵在於所述步驟I中，橋臂分段控制單元將子模塊狀態上傳給橋臂匯總控制單元，所述橋臂匯總控制單元對接收的子模塊狀態進行匯總。
3.根據權利要求1所述的基於多個子模塊捆綁式投切的電容電壓平衡控制方法，其特徵在於所述步驟2中，橋臂匯總控制單元對M個子模塊按照η個一組進行分組捆綁，得到個模塊組，其中m=M/n。
4.根據權利要求1所述的基於多個子模塊捆綁式投切的電容電壓平衡控制方法，其特徵在於所述橋臂匯總控制單元對m個模塊組的電壓按照從大到小的原則進行排序。
5.根據權利要求1所述的基於多個子模塊捆綁式投切的電容電壓平衡控制方法，其特徵在於所述步驟3中，根據上層直流控制保護系統下發的指令採用最小逼近法明確當前需要投入的總子模塊數目，進而得到此時需要投入的模塊組的數目m'。
6.根據權利要求1所述的基於多個子模塊捆綁式投切的電容電壓平衡控制方法，其特徵在於所述步驟4包括以下步驟 步驟3-1 :以正母線流向負母線為正方向，若此時電流方向為正，選擇電壓和最小的Hi1 /個子模塊組投入，其餘的m-m/個子模塊切出； 步驟3-2 :以負母線流向正母線為負方向，若此時電流方向為負，選擇電壓和最大的m2 /個子模塊組投入，其餘的m-m2'個子模塊組切出。
7.根據權利要求2所述的基於多個子模塊捆綁式投切的電容電壓平衡控制方法，其特徵在於所述橋臂分段控制單元、橋臂匯總控制單元、光CT合併及接口單元、環流控制單元和MMC閥監視單元組成了模塊化多電平換流器控制保護系統的閥基控制設備；所述橋臂分段控制單元將子模塊狀態上傳給橋臂匯總控制單元進行匯總；所述環流控制單元下發調製量信息，通過此調製量信息，匯總並進行計算，決定子模塊的投切；MMC閥監視單元對MMC閥的狀態進行監視，並將監視信息上傳至上位機。
全文摘要
本發明提供一種基於多個子模塊捆綁式投切的電容電壓平衡控制方法，通過捆綁方式，使模塊化多電平換流閥的子模塊數量級別下降一個級別，有利於電容電壓平衡控制計算量的降低，降低了對控制設備的要求。子模塊捆綁為一個模塊組之後，整體投切，並利用電容電壓平衡算法實現子模塊組的電壓平衡，子模塊組內部通過自適應均壓，可實現子模塊的總體均壓。本發明基於多個子模塊捆綁式投切的電容電壓平衡控制方法，可以有效的解決大容量基於模塊化多電平換流器方式的柔性直流輸電換流閥控制問題，可實現大規模數量的換流閥運行控制和監視。
文檔編號H02M1/00GK103066805SQ20121053398
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月11日 優先權日2012年12月11日
發明者楊嶽峰, 謝敏華, 高陽, 王韌秋, 姜喜瑞, 劉雋, 何維國 申請人:國網智能電網研究院, 中電普瑞電力工程有限公司, 上海市電力公司, 國家電網公司