CN109818508A - 一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法及装置，通过将柔性直流输电换流阀每个桥臂的不同类型的子模块分组，每组对应一台阀控装置，阀控的上层控制装置根据各组的权重计算各组投入运行的子模块数目，之后，根据每个子模块分组电压相对于子模块额定电压的偏离度，对之前计算出的权重进行动态的调整，最后结合相应桥臂可投入运行的最大正常子模块数目计算出最终各组投入运行的子模块数目，下发给阀控装置，从而解决柔性直流输电系统动态过程中分组子模块电压由于权重影响投入个数变化过慢引起的子模块过压或者欠压的情况，阀控装置按照现有文献提供的均压策略和选通方法工作。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法及装置。
背景技术
随着电力电子技术的发展，基于模块化多电平换流器的柔性直流输电技术得到了极为广泛的研究和应用。该型拓扑的桥臂采用基本运行单元级联的形式，避免大量开关器件直接串联，不存在驱动一致性等问题，大幅降低了直流输电的技术壁垒。对于大量串联的子模块单元，需要对其进行均压控制。
目前子模块均压策略通常采用子模块电容电压排序的方法，但当桥臂子模块数量过多，排序算法的时间开销占比过大，阀控装置的负载率过高，且随着电压等级的提高，子模块的数目相应的提高，排序算法的时间开销将呈几何级增加。另一方面，由于每个子模块都需要与阀控装置进行通讯，阀控装置与子模块的通讯接口也将随着链接数的增大而增大，而硬件的扩容会造成成本的大幅度提升，也会造成开发周期的提升，不利于阀控装置的扩容。
同时，为了解决直流线路故障后重启问题，各种拓扑类型的子模块也层出不穷，从基础的半桥子模块(HB-MMC)发展到全桥子模块(FB-MMC)、类全桥子模块(SFB-MMC)等。基于全桥子模块的模块化多电平换流器开关器件较多，开关器件利用率不高，运行损耗大。为了实现柔性直流输电技术的经济性和直流故障清除的特性，专利WO2012103936A1提出了基于半桥和全桥子模块的混合型模块化多电平换流器(HBFB-MMC)方案，其兼具HB-MMC和FB-MMC的优点，在具有直流故障清除能力的同时还比FB-MMC方案减少开关器件约1/4。类似于半桥和全桥混合的多种类型子模块共存的换流器方案也将是未来发展的方向，但由于每种类型的子模块充放电特性不一致，为多种类型子模块的均压带来了困难。
专利CN201210451946提出了“一种模块化多电平换流器的子模块分组均压控制方法”，该发明对子模块进行平均分组，计算各组总电压并计算各组的能量平衡因子，从而计算得到各组需要投入的子模块数目。这种算法要求平均分组，没有考虑到运行过程出现子模块故障旁路等正常子模块数目动态变化的情况。
专利“201410768743.3”提出了“一种子模块分布式控制方法”，针对专利“CN201210451946”的不足，提出了根据正常子模块数目的动态变化，及一种权重方法来计算投入的子模块数目，仅适用于单一类型的子模块分组，并没有考虑多种类型子模块分组后的均压及充电特性不一致的情况。当电流急剧变化时，不同类型的子模块之间电压会相差很大，甚至会导致子模块过压跳闸，影响系统运行的稳定性。
因此有必要寻找一种具备工程应用可行性的解决方案，降低阀控装置的负载率，提高阀控装置的可扩容性，解决系统动态过程中子不同分组的子模块电压不均的问题，该方案适用于不同类型子模块混合配置。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法及装置，避免因子模块链接数的增加而带来的阀控装置负载率升高的问题，避免阀控装置硬件扩容而带来的成本和开发周期问题，避免不同类型子模块混合配置时的子模块均压问题。
为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法，将换流阀每个桥臂的不同类型的子模块分为M组，M为自然数，M≥1，每组所分子模块个数为 为自然数，i为分组序号且1≤i≤M，每组对应一台阀控装置，各台阀控装置独立运行，由上层控制器向阀控装置下发子模块投入的数目，子模块投入的数目计算步骤如下：
(1)上层控制器计算出所对应桥臂应投入的总的子模块个数其中vref为实时的参考波，UCN为单个子模块电压额定值；
(2)上层控制器根据步骤(1)所计算的桥臂应投入的总的子模块个数及所辖阀控装置的权重Bi，计算各阀控装置投入的子模块数目其中round为四舍五入取整函数；
(3)上层控制器计算所辖阀控装置的子模块平均电压相对于额定电压UCN的偏离度ki，
(4)判断上层控制器计算最大偏离度kmax和最小偏离度kmin的差是否大于阀控装置所设置的子模块平均电压偏离度的设定值kN，根据阀控装置的子模块平均电压相对于额定电压的偏离度、阀控装置的权重Bi以及桥臂电流方向对每个阀控装置需投入的子模块数目进行动态的调整，并结合相应桥臂可投入运行的最大正常子模块数目计算出最终各组投入运行的子模块数目，下发给每个阀控装置。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法中所述步骤(4)对子模块数目调整的具体方法为：
(41)若kmax-kmin＜kN，则保持所述步骤(2)计算的各阀控装置投入的子模块数目不变；若kmax-kmin≥kN，则最大偏离度kmax和最小偏离度kmin所对应的阀控装置投入的子模块数目需要按步骤(42)进行调整；
(42)上层控制器采集桥臂电流Iarm并判断方向,当kmax-kmin≥kN时，若为充电方向，则最大偏离度所对应的阀控装置投入的子模块数目降为0，其减少投入的子模块个数增加到最小偏离度所对应的阀控装置的投入的子模块个数中；若桥臂电流Iarm方向为放电方向，则最小偏离度所对应的阀控装置投入的子模块数目降为0，其减少投入的子模块个数增加到最大偏离度所对应的阀控装置的投入的子模块个数中；
(43)若根据步骤(42)计算得出的最大或者最小偏离度所对应的阀控装置投入的子模块个数超过其能投入的最大的正常子模块个数，则最大或者最小偏离度所对应的阀控装置投入的子模块个数为其所能投入的最大的正常子模块个数，剩余的所需投入的子模块个数按除本装置外其他阀控装置的权重分配到其他阀控装置；
(44)最后上层控制器计算出的每个阀控装置所投入的子模块个数中，仅能产生正电压的分组，上层控制器计算出的子模块个数应满足关系式：既能产生正压也能产生负压的分组，上层控制器计算出的子模块个数满足关系式当时，表明该分组阀控装置需要投入的子模块产生正的电压，当时，表明该分组阀控装置需要投入的子模块产生零电压，当时，表明该分组阀控装置需要投入的子模块产生负的电压，所有分组投入的子模块个数应满足关系式
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法中，所述子模块类型相同或者不同，子模块类型包括半桥子模块、全桥子模块、类全桥子模块。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法中，所述分组的原则是一种类型的子模块单独分为一组或者分为多组，但每组子模块只允许存在单一类型的子模块单元。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法中，所述分组的原则为：每组对应的正常子模块数目相等或者不等，允许每组正常子模块数目动态变化。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法中，不同类型的子模块投入运行时能够产生正负不同的电压，对于能够产生负压的子模块分组，允许上层控制器最终计算出的该分组的子模块投入个数为负，对于不能产生负压的子模块分组，若上层控制器计算其投入的子模块个数为负，则需要对其投入的个数进行调整，投入的负的子模块个数变为0，负的个数由能够产生负压的阀控装置按权重进行分配。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法中，所述正常子模块为能够参与正常投切的子模块，不包括旁路、闭锁状态的子模块。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法中，所述上层控制器控制1个或者多个桥臂单元。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法中，所述步骤(42)中所述充电方向是指子模块电压上升时的桥臂电流方向，所述放电方向是指子模块电压下降时的桥臂电流方向。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法中，所述的子模块平均电压偏离度的设定值kN≤40％。
一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置，包括子模块分组单元、子模块个数投入计算单元、权重计算单元、偏离度计算单元、子模块个数投入调整单元、桥臂电流方向判断单元、子模块投入个数下发单元，其中，
所述子模块分组单元，将换流阀每个桥臂的不同类型的子模块分为M组，M为自然数，M≥1，每组所分子模块个数为 为自然数，i为分组序号且1≤i≤M，每组对应一台阀控装置，各台阀控装置独立运行，由上层控制器向阀控装置下发子模块投入的数目；
所述的子模块个数投入单元，用于计算出所对应桥臂应投入的总的子模块个数其中vref为实时的参考波，UCN为单个子模块电压额定值；
所述的权重计算单元，根据现有的权重计算方法计算所辖阀控装置的权重Bi并根据子模块个数投入计算单元所计算的桥臂应投入的总的子模块个数计算各阀控装置投入的子模块数目其中round为四舍五入取整函数；
所述的偏离度计算单元，计算所辖阀控装置的子模块平均电压相对于额定电压UCN的偏离度ki，并计算最大偏离度kmax和最小偏离度kmin的差是否大于阀控装置所设置的子模块平均电压偏离度的设定值kN；
所述的桥臂电流方向判断单元用于判断所采集的桥臂电流的方向；
所述的子模块个数投入调整单元，根据子模块个数投入计算单元计算出的总的子模块投入个数，权重计算单元计算出的每个阀控装置的权重，以及偏离度计算单元计算出的偏离度，结合桥臂电流方向判断单元计算出的桥臂电流方向，对权重计算单元计算的每个阀控装置需投入的子模块个数进行调整，并结合相应桥臂可投入运行的最大正常子模块数目产生最终的子模块投入个数，由子模块投入个数下发单元下发给每个阀控装置。
所述子模块投入个数下发单元，接收子模块个数投入调整单元产生的最终的子模块投入个数下发给每个阀控装置。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置中，所述子模块个数投入调整单元对子模块数目调整的具体方法为：
(41)若kmax-kmin＜kN，则保持所述子模块个数预投入计算单元计算的各阀控装置投入的子模块数目不变；若kmax-kmin≥kN，则最大偏离度kmax和最小偏离度kmin所对应的阀控装置投入的子模块数目需要按步骤(42)进行调整；
(42)上层控制器采集桥臂电流Iarm并判断方向,当kmax-kmin≥kN时，若为充电方向，则最大偏离度所对应的阀控装置投入的子模块数目降为0，其减少投入的子模块个数增加到最小偏离度所对应的阀控装置的投入的子模块个数中；若桥臂电流Iarm方向为放电方向，则最小偏离度所对应的阀控装置投入的子模块数目降为0，其减少投入的子模块个数增加到最大偏离度所对应的阀控装置的投入的子模块个数中；
(43)若根据步骤(42)计算得出的最大或者最小偏离度所对应的阀控装置投入的子模块个数超过其能投入的最大的正常子模块个数，则最大或者最小偏离度所对应的阀控装置投入的子模块个数为其所能投入的最大的正常子模块个数，剩余的所需投入的子模块个数按除本装置外其他阀控装置的权重分配到其他阀控装置；
(44)最后上层控制器计算出的每个阀控装置所投入的子模块个数中，仅能产生正电压的分组，上层控制器计算出的子模块个数应满足关系式：既能产生正压也能产生负压的分组，上层控制器计算出的子模块个数满足关系式当时，表明该分组阀控装置需要投入的子模块产生正的电压，当时，表明该分组阀控装置需要投入的子模块产生零电压，当时，表明该分组阀控装置需要投入的子模块产生负的电压，所有分组投入的子模块个数应满足关系式
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置中，所述子模块类型相同或者不同，子模块类型包括半桥子模块、全桥子模块、类全桥子模块。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置中，所述分组的原则是一种类型的子模块单独分为一组或者分为多组，但每组子模块只允许存在单一类型的子模块单元。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置中，所述分组的原则为：每组对应的正常子模块数目相等或者不等，允许每组正常子模块数目动态变化。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置中，不同类型的子模块投入运行时能够产生正负不同的电压，对于能够产生负压的子模块分组，允许上层控制器最终计算出的该分组的子模块投入个数为负，对于不能产生负压的子模块分组，若上层控制器计算其投入的子模块个数为负，则需要对其投入的个数进行调整，投入的负的子模块个数变为0，负的个数由能够产生负压的阀控装置按权重进行分配。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置中，所述正常子模块为能够参与正常投切的子模块，不包括旁路、闭锁状态的子模块。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置中，所述上层控制器控制1个或者多个桥臂单元。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置中，所述步骤(42)中所述充电方向是指子模块电压上升时的桥臂电流方向，所述放电方向是指子模块电压下降时的桥臂电流方向。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置中，所述的子模块平均电压偏离度的设定值kN≤40％。
采用上述方案后，本发明的有益效果为：
(1)大幅度降低阀控装置的负载率，提高阀控装置的可靠性；
(2)避免阀控装置的硬件扩容，从而降低开发周期和开发成本；
(3)提高不同类型子模块混合配置的换流器的子模块均压效果；
(4)解决柔性直流输电系统动态过程中分组子模块电压由于权重影响投入个数变化过慢引起的子模块过压或者欠压的情况。
附图说明
图1是子模块分布式控制结构图，图中VBC为阀控装置，SM为子模块；
图2是半桥子模块示意图；
图3是全桥子模块示意图；
图4是类全桥子模块示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法，如图1所示，将换流阀每个桥臂的不同类型的子模块分为M组，M为自然数，M≥1，每组所分子模块个数为 为自然数，i为分组序号且1≤i≤M，每组对应一台阀控装置，各台阀控装置独立运行，由上层控制器向阀控装置下发子模块投入的数目，子模块投入的数目计算步骤如下
(1)上层控制器计算出所对应桥臂应投入的总的子模块个数其中vref为实时的参考波，UCN为单个子模块电压额定值；
(2)上层控制器根据步骤(1)所计算的桥臂应投入的总的子模块个数及所辖阀控装置的权重Bi，根据现有方法，例如可选择权重计算各阀控装置投入的子模块数目其中round为四舍五入取整函数；
(3)上层控制器计算所辖阀控装置的子模块平均电压相对于额定电压UCN的偏离度ki，
(4)判断上层控制器计算最大偏离度kmax和最小偏离度kmin的差是否大于阀控装置所设置的子模块平均电压偏离度的设定值kN，根据阀控装置的子模块平均电压相对于额定电压的偏离度、阀控装置的权重Bi以及桥臂电流方向对每个阀控装置需投入的子模块数目进行动态的调整，并结合相应桥臂可投入运行的最大正常子模块数目计算出最终各组投入运行的子模块数目，下发给每个阀控装置。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法中所述步骤(4)对子模块数目调整的具体方法为：
(41)若kmax-kmin＜kN，则保持所述步骤(2)计算的各阀控装置投入的子模块数目不变；若kmax-kmin≥kN，则最大偏离度kmax和最小偏离度kmin所对应的阀控装置投入的子模块数目需要按步骤(42)进行调整；
(42)上层控制器采集桥臂电流Iarm并判断方向,当kmax-kmin≥kN时，若为充电方向，则最大偏离度所对应的阀控装置投入的子模块数目由降为0，其减少投入的子模块个数增加到最小偏离度所对应的阀控装置的投入的子模块个数中，最小偏离度所对应的阀控装置的投入的子模块个数由变为若桥臂电流Iarm方向为放电方向，则最小偏离度所对应的阀控装置投入的子模块数目由降为0，其减少投入的子模块个数增加到最大偏离度所对应的阀控装置的投入的子模块个数中，大偏离度所对应的阀控装置的投入的子模块个数由变为
(43)若根据步骤(42)计算得出的最大或者最小偏离度所对应的阀控装置投入的子模块个数的绝对值大于其能投入的最大的正常子模块个数则最大或者最小偏离度所对应的阀控装置投入的子模块个数为其所能投入的最大的正常子模块个数，剩余的所需投入的子模块个数的绝对值为正负与一致，剩余的所需投入的子模块个数按除本装置外其他阀控装置的权重分配到其他阀控装置；
(44)最后计算出的每个阀控装置所投入的子模块个数中，仅能产生正电压的分组，子模块个数应满足关系式：既能产生正压也能产生负压的分组，子模块个数应满足关系式当时，表明该分组阀控装置需要投入的子模块产生正的电压，当时，表明该分组阀控装置需要投入的子模块产生零电压，当时，表明该分组阀控装置需要投入的子模块产生负的电压，所有分组投入的子模块个数应满足关系式
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法中，所述子模块类型相同或者不同，子模块类型包括图2所示的半桥子模块、图3所示的全桥子模块、图4所示的类全桥子模块。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法中，所述分组的原则是一种类型的子模块单独分为一组或者分为多组，但每组子模块只允许存在单一类型的子模块单元。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法中，所述分组的原则为：每组对应的正常子模块数目相等或者不等，允许每组正常子模块数目动态变化。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法中，不同类型的子模块投入运行时能够产生正负不同的电压，对于能够产生负压的子模块分组，允许上层控制器最终计算出的该分组的子模块投入个数为负，对于不能产生负压的子模块分组，若上层控制器计算其投入的子模块个数为负，则需要对其投入的个数进行调整，投入的负的子模块个数变为0，负的个数由能够产生负压的阀控装置按权重进行分配，其中K为仅能产生正压的子模块分组个数。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法中，所述正常子模块为能够参与正常投切的子模块，不包括旁路、闭锁状态的子模块。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法中，所述上层控制器控制1个或者多个桥臂单元。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法中，所述步骤(42)中所述充电方向是指子模块电压上升时的桥臂电流方向，所述放电方向是指子模块电压下降时的桥臂电流方向。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法中，所述的子模块平均电压偏离度的设定值kN≤40％。
本发明还提供一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置，包括子模块分组单元、子模块个数投入计算单元、权重计算单元、偏离度计算单元、子模块个数投入调整单元、桥臂电流方向判断单元、子模块投入个数下发单元，其中，
所述子模块分组单元，将换流阀每个桥臂的不同类型的子模块分为M组，M为自然数，M≥1，每组所分子模块个数为 为自然数，i为分组序号且1≤i≤M，每组对应一台阀控装置，各台阀控装置独立运行，由上层控制器向阀控装置下发子模块投入的数目；
所述的子模块个数投入单元，用于计算出所对应桥臂应投入的总的子模块个数其中vref为实时的参考波，UCN为单个子模块电压额定值；
所述的权重计算单元，根据现有的权重计算方法计算所辖阀控装置的权重Bi并根据子模块个数投入计算单元所计算的桥臂应投入的总的子模块个数计算各阀控装置投入的子模块数目其中round为四舍五入取整函数；
所述的偏离度计算单元，计算所辖阀控装置的子模块平均电压相对于额定电压UCN的偏离度ki，并计算最大偏离度kmax和最小偏离度kmin的差是否大于阀控装置所设置的子模块平均电压偏离度的设定值kN；
所述的桥臂电流方向判断单元用于判断所采集的桥臂电流的方向；
所述的子模块个数投入调整单元，根据子模块个数投入计算单元计算出的总的子模块投入个数，权重计算单元计算出的每个阀控装置的权重，以及偏离度计算单元计算出的偏离度，结合桥臂电流方向判断单元计算出的桥臂电流方向，对权重计算单元计算的每个阀控装置需投入的子模块个数进行调整，并结合相应桥臂可投入运行的最大正常子模块数目产生最终的子模块投入个数，由子模块投入个数下发单元下发给每个阀控装置。
所述子模块投入个数下发单元，接收子模块个数投入调整单元产生的最终的子模块投入个数下发给每个阀控装置。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置中，所述子模块个数投入调整单元对子模块数目调整的具体方法为：
(41)若kmax-kmin＜kN，则保持所述子模块个数预投入计算单元计算的各阀控装置投入的子模块数目不变；若kmax-kmin≥kN，则最大偏离度kmax和最小偏离度kmin所对应的阀控装置投入的子模块数目需要按步骤(42)进行调整；
(42)上层控制器采集桥臂电流Iarm并判断方向,当kmax-kmin≥kN时，若为充电方向，则最大偏离度所对应的阀控装置投入的子模块数目降为0，其减少投入的子模块个数增加到最小偏离度所对应的阀控装置的投入的子模块个数中；若桥臂电流Iarm方向为放电方向，则最小偏离度所对应的阀控装置投入的子模块数目降为0，其减少投入的子模块个数增加到最大偏离度所对应的阀控装置的投入的子模块个数中；
(43)若根据步骤(42)计算得出的最大或者最小偏离度所对应的阀控装置投入的子模块个数超过其能投入的最大的正常子模块个数，则最大或者最小偏离度所对应的阀控装置投入的子模块个数为其所能投入的最大的正常子模块个数，剩余的所需投入的子模块个数按除本装置外其他阀控装置的权重分配到其他阀控装置；
(44)最后上层控制器计算出的每个阀控装置所投入的子模块个数中，仅能产生正电压的分组，上层控制器计算出的子模块个数应满足关系式：既能产生正压也能产生负压的分组，上层控制器计算出的子模块个数满足关系式当时，表明该分组阀控装置需要投入的子模块产生正的电压，当时，表明该分组阀控装置需要投入的子模块产生零电压，当时，表明该分组阀控装置需要投入的子模块产生负的电压，所有分组投入的子模块个数应满足关系式
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置中，所述子模块类型相同或者不同，子模块类型包括如图2所示的半桥子模块、图3所示的全桥子模块、图4所示的类全桥子模块。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置中，所述分组的原则是一种类型的子模块单独分为一组或者分为多组，但每组子模块只允许存在单一类型的子模块单元。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置中，所述分组的原则为：每组对应的正常子模块数目相等或者不等，允许每组正常子模块数目动态变化。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置中，不同类型的子模块投入运行时能够产生正负不同的电压，对于能够产生负压的子模块分组，允许上层控制器最终计算出的该分组的子模块投入个数为负，对于不能产生负压的子模块分组，若上层控制器计算其投入的子模块个数为负，则需要对其投入的个数进行调整，投入的负的子模块个数变为0，负的个数由能够产生负压的阀控装置按权重进行分配。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置中，所述正常子模块为能够参与正常投切的子模块，不包括旁路、闭锁状态的子模块。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置中，所述上层控制器控制1个或者多个桥臂单元。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置中，所述步骤(42)中所述充电方向是指子模块电压上升时的桥臂电流方向，所述放电方向是指子模块电压下降时的桥臂电流方向。
上述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置中，所述的子模块平均电压偏离度的设定值kN≤40％。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (20)
1.一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法，其特征在于：将换流阀每个桥臂的不同类型的子模块分为M组，M为自然数，M≥1，每组所分子模块个数为为自然数，i为分组序号且1≤i≤M，每组对应一台阀控装置，各台阀控装置独立运行，由上层控制器向阀控装置下发子模块投入的数目，子模块投入的数目计算步骤如下：
(1)上层控制器计算出所对应桥臂应投入的总的子模块个数其中vref为实时的参考波，UCN为单个子模块电压额定值；
(2)上层控制器根据步骤(1)所计算的桥臂应投入的总的子模块个数及所辖阀控装置的权重Bi，计算各阀控装置投入的子模块数目其中round为四舍五入取整函数；
(3)上层控制器计算所辖阀控装置的子模块平均电压相对于额定电压UCN的偏离度ki，
(4)判断上层控制器计算最大偏离度kmax和最小偏离度kmin的差是否大于阀控装置所设置的子模块平均电压偏离度的设定值kN，根据阀控装置的子模块平均电压相对于额定电压的偏离度、阀控装置的权重Bi以及桥臂电流方向对每个阀控装置需投入的子模块数目进行动态的调整，并结合相应桥臂可投入运行的最大正常子模块数目计算出最终各组投入运行的子模块数目，下发给每个阀控装置。
2.如权利要求1所述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法，其特征在于：所述步骤(4)对子模块数目调整的具体方法为：
(41)若kmax-kmin＜kN，则保持所述步骤(2)计算的各阀控装置投入的子模块数目不变；若kmax-kmin≥kN，则最大偏离度kmax和最小偏离度kmin所对应的阀控装置投入的子模块数目需要按步骤(42)进行调整；
(42)上层控制器采集桥臂电流Iarm并判断方向,当kmax-kmin≥kN时，若为充电方向，则最大偏离度所对应的阀控装置投入的子模块数目降为0，其减少投入的子模块个数增加到最小偏离度所对应的阀控装置的投入的子模块个数中；若桥臂电流Iarm方向为放电方向，则最小偏离度所对应的阀控装置投入的子模块数目降为0，其减少投入的子模块个数增加到最大偏离度所对应的阀控装置的投入的子模块个数中；
(43)若根据步骤(42)计算得出的最大或者最小偏离度所对应的阀控装置投入的子模块个数超过其能投入的最大的正常子模块个数，则最大或者最小偏离度所对应的阀控装置投入的子模块个数为其所能投入的最大的正常子模块个数，剩余的所需投入的子模块个数按除本装置外其他阀控装置的权重分配到其他阀控装置；
(44)最后上层控制器计算出的每个阀控装置所投入的子模块个数中，仅能产生正电压的分组，上层控制器计算出的子模块个数应满足关系式：既能产生正压也能产生负压的分组，上层控制器计算出的子模块个数满足关系式当时，表明该分组阀控装置需要投入的子模块产生正的电压，当时，表明该分组阀控装置需要投入的子模块产生零电压，当时，表明该分组阀控装置需要投入的子模块产生负的电压，所有分组投入的子模块个数应满足关系式
3.如权利要求1所述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法，其特征在于：所述子模块类型相同或者不同，子模块类型包括半桥子模块、全桥子模块、类全桥子模块。
4.如权利要求1所述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法，其特征在于：所述分组的原则是一种类型的子模块单独分为一组或者分为多组，但每组子模块只允许存在单一类型的子模块单元。
5.如权利要求1所述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法，其特征在于：所述分组的原则为：每组对应的正常子模块数目相等或者不等，允许每组正常子模块数目动态变化。
6.如权利要求1所述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法，其特征在于：不同类型的子模块投入运行时能够产生正负不同的电压，对于能够产生负压的子模块分组，允许上层控制器最终计算出的该分组的子模块投入个数为负，对于不能产生负压的子模块分组，若上层控制器计算其投入的子模块个数为负，则需要对其投入的个数进行调整，投入的负的子模块个数变为0，负的个数由能够产生负压的阀控装置按权重进行分配。
7.如权利要求1所述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法，其特征在于：所述正常子模块为能够参与正常投切的子模块，不包括旁路、闭锁状态的子模块。
8.如权利要求1所述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法，其特征在于：所述上层控制器控制1个或者多个桥臂单元。
9.如权利要求2所述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法，其特征在于：所述步骤(42)中所述充电方向是指子模块电压上升时的桥臂电流方向，所述放电方向是指子模块电压下降时的桥臂电流方向。
10.如权利要求1所述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制方法，其特征在于：所述的子模块平均电压偏离度的设定值kN≤40％。
11.一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置，其特征在于：包括子模块分组单元、子模块个数投入计算单元、权重计算单元、偏离度计算单元、子模块个数投入调整单元、桥臂电流方向判断单元、子模块投入个数下发单元，其中，
所述子模块分组单元，将换流阀每个桥臂的不同类型的子模块分为M组，M为自然数，M≥1，每组所分子模块个数为为自然数，i为分组序号且1≤i≤M，每组对应一台阀控装置，各台阀控装置独立运行，由上层控制器向阀控装置下发子模块投入的数目；
所述的子模块个数投入单元，用于计算出所对应桥臂应投入的总的子模块个数其中vref为实时的参考波，UCN为单个子模块电压额定值；
所述的权重计算单元，根据现有的权重计算方法计算所辖阀控装置的权重Bi，并根据子模块个数投入计算单元所计算的桥臂应投入的总的子模块个数计算各阀控装置投入的子模块数目其中round为四舍五入取整函数；
所述的偏离度计算单元，计算所辖阀控装置的子模块平均电压相对于额定电压UCN的偏离度ki，并计算最大偏离度kmax和最小偏离度kmin的差是否大于阀控装置所设置的子模块平均电压偏离度的设定值kN；
所述的桥臂电流方向判断单元用于判断所采集的桥臂电流的方向；
所述的子模块个数投入调整单元，根据子模块个数投入计算单元计算出的总的子模块投入个数，权重计算单元计算出的每个阀控装置的权重，以及偏离度计算单元计算出的偏离度，结合桥臂电流方向判断单元计算出的桥臂电流方向，对权重计算单元计算的每个阀控装置需投入的子模块个数进行调整，并结合相应桥臂可投入运行的最大正常子模块数目产生最终的子模块投入个数，由子模块投入个数下发单元下发给每个阀控装置；
所述子模块投入个数下发单元，接收子模块个数投入调整单元产生的最终的子模块投入个数下发给每个阀控装置。
12.如权利要求11所述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置，其特征在于：所述子模块个数投入调整单元对子模块数目调整的具体方法为：
(41)若kmax-kmin＜kN，则保持所述子模块个数预投入计算单元计算的各阀控装置投入的子模块数目不变；若kmax-kmin≥kN，则最大偏离度kmax和最小偏离度kmin所对应的阀控装置投入的子模块数目需要按步骤(42)进行调整；
(42)上层控制器采集桥臂电流Iarm并判断方向,当kmax-kmin≥kN时，若为充电方向，则最大偏离度所对应的阀控装置投入的子模块数目降为0，其减少投入的子模块个数增加到最小偏离度所对应的阀控装置的投入的子模块个数中；若桥臂电流Iarm方向为放电方向，则最小偏离度所对应的阀控装置投入的子模块数目降为0，其减少投入的子模块个数增加到最大偏离度所对应的阀控装置的投入的子模块个数中；
(43)若根据步骤(42)计算得出的最大或者最小偏离度所对应的阀控装置投入的子模块个数超过其能投入的最大的正常子模块个数，则最大或者最小偏离度所对应的阀控装置投入的子模块个数为其所能投入的最大的正常子模块个数，剩余的所需投入的子模块个数按除本装置外其他阀控装置的权重分配到其他阀控装置；
(44)最后上层控制器计算出的每个阀控装置所投入的子模块个数中，仅能产生正电压的分组，上层控制器计算出的子模块个数应满足关系式：既能产生正压也能产生负压的分组，上层控制器计算出的子模块个数满足关系式当时，表明该分组阀控装置需要投入的子模块产生正的电压，当时，表明该分组阀控装置需要投入的子模块产生零电压，当时，表明该分组阀控装置需要投入的子模块产生负的电压，所有分组投入的子模块个数应满足关系式
13.如权利要求11所述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置，其特征在于：所述子模块类型相同或者不同，子模块类型包括半桥子模块、全桥子模块、类全桥子模块。
14.如权利要求11所述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置，其特征在于：所述分组的原则是一种类型的子模块单独分为一组或者分为多组，但每组子模块只允许存在单一类型的子模块单元。
15.如权利要求11所述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置，其特征在于：所述分组的原则为：每组对应的正常子模块数目相等或者不等，允许每组正常子模块数目动态变化。
16.如权利要求11所述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置，其特征在于：不同类型的子模块投入运行时能够产生正负不同的电压，对于能够产生负压的子模块分组，允许上层控制器最终计算出的该分组的子模块投入个数为负，对于不能产生负压的子模块分组，若上层控制器计算其投入的子模块个数为负，则需要对其投入的个数进行调整，投入的负的子模块个数变为0，负的个数由能够产生负压的阀控装置按权重进行分配。
17.如权利要求11所述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置，其特征在于：所述正常子模块为能够参与正常投切的子模块，不包括旁路、闭锁状态的子模块。
18.如权利要求11所述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置，其特征在于：所述上层控制器控制1个或者多个桥臂单元。
19.如权利要求12所述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置，其特征在于：所述步骤(42)中所述充电方向是指子模块电压上升时的桥臂电流方向，所述放电方向是指子模块电压下降时的桥臂电流方向。
20.如权利要求11所述的一种柔性直流换流阀子模块电压控制装置，其特征在于：所述的子模块平均电压偏离度的设定值kN≤40％。
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