柔性直流输电系统架空线路子模块分组排序调制策略技术方案

本发明专利技术涉及一种柔性直流输电系统架空线路子模块分组排序调制策略，属于电力技术领域。针对高压大容量模块化多电平换流器调制及子模块投入、切除问题，提出了降低子模块电容电压排序运算量的分组排序调制方法。以电容电压排序运算量最优为目标，确定换流器桥臂子模块的最优分组数量；建立分组后的子模块电容电压矩阵，并对其进行组内纵向排序、组间横向排序，形成以子模块电容电压为序的子模块矩阵；每个控制周期，根据桥臂电流参数，按照子模块电压升高或降低方向，进行子模块投入、切除控制。同时引入子模块电容电压偏差控制，以防止电容电压偏差过大并降低功率器件开关频率。

Packet sorting and modulation strategy for the sub module of overhead line of flexible DC transmission system

The invention relates to a submodule grouping sorting and modulation strategy of a flexible DC transmission system overhead line sub module, which belongs to the field of electric power technology. Aiming at the problem of modulating and submodule input and removal of high voltage and large capacity modular multilevel converter, a packet sorting modulation method is proposed to reduce the sorting operation amount of sub module capacitor voltage. The computation of optimal capacitor voltage ranking as the goal, to determine the optimal number of packets of converter bridge arm module; the establishment of the sub module capacitor voltage matrix after grouping, and within groups and between groups of transverse longitudinal sorting to sort the sub module, the formation of the matrix to the sub module capacitor voltage for each control cycle, order; according to the bridge arm current parameters, according to the increase or reduce the sub module voltage direction to module input and excision control. At the same time, the capacitance voltage deviation control of the sub module is introduced to prevent the oversize of the capacitance voltage and reduce the switching frequency of the power device.

【技术实现步骤摘要】
柔性直流输电系统架空线路子模块分组排序调制策略
本专利技术涉及电力
，特别涉及一种柔性直流输电系统架空线路子模块分组排序调制策略。适用于柔性直流输电系统的模块化多电平换流器子模块调制策略，降低子模块开关次数，简化系统运算复杂度。
技术介绍
2001年，模块化多电平换流器由德国学者R.Marquardt和A.Lesnicar提出，推动了高压直流输电技术的发展。迄今为止，我国柔性直流输电技术发展迅速，已投运的示范性工程包括：上海南汇示范工程、南澳工程、舟山工程和厦门工程等。上述工程均采用直流电缆输电，但与架空线相比，电缆造价高，并且故障多为永久性，不便于检修和维护。所以，将柔性直流输电技术向架空线输电领域扩展是电网未来发展的一个趋势。此外，随着新能源电力需求不断增长，真双极结构的MMC-HVDC系统在高电压、大容量的输电场合发挥了较大的优势。目前，即将建设的张北500kV柔直工程便采用架空线输电，其换流站拓扑为真双极结构。由于MMC中各子模块电容独立，为实现电容电压均衡，每个控制周期如何对子模块进行选择性的投入与切除是MMC控制必须要解决的问题。基本的子模块控制方法是对子模块电容电压进行排序，桥臂电流大于零时投入电容电压最低的若干子模块，桥臂电流小于零时投入电压最高的若干子模块。针对子模块电容电压排序、如何降低功率器件开关频率是需要解决的重点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种柔性直流输电系统架空线路子模块分组排序调制策略，解决了现有技术存在的上述问题。本专利技术针对高压大容量模块化多电平换流器调制及子模块投入、切除问题，提出了降低子模块电容电压排序运算量的分组排序调制方法。以电容电压排序运算量最优为目标，确定换流器桥臂子模块的最优分组数量；建立分组后的子模块电容电压矩阵，并对其进行组内纵向排序、组间横向排序，形成以子模块电容电压为序的子模块矩阵；每个控制周期，根据桥臂电流参数，按照子模块电压升高或降低方向，进行子模块投入、切除控制。同时引入子模块电容电压偏差控制，以防止电容电压偏差过大并降低功率器件开关频率。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：柔性直流输电系统架空线路子模块分组排序调制策略，包括如下步骤：步骤1)以电容电压排序运算量最优为目标，确定换流器桥臂子模块的最优分组数量；步骤2)建立分组后的子模块电容电压矩阵，并对其进行组内纵向排序、组间横向排序，形成以子模块电容电压为序的子模块矩阵；步骤3)每个控制周期，根据桥臂电流参数，按照子模块电压升高或降低方向，进行子模块投入、切除控制；步骤4)子模块电容电压偏差控制，以防止电容电压偏差过大并降低功率器件开关频率。步骤1)所述的确定换流器桥臂子模块的最优分组数量是：将各个桥臂子模块平均分为M组，每组包括子模块数量为n步骤2)所述的形成以子模块电容电压为序的子模块矩阵是：首先在各个分组内对n个子模块电容电压进行纵向排序，并编号为SMi(i∈[1，n])，然后对各组序号相同的子模块进行电容电压组间横向排序，即将各组同为序号SMi子模块的电容电压进行排序，并编号为SMij(j∈[1，M])；各组相同序号子模块电容电压组间排序后，即可根据子模块电容电压大小形成子模块矩阵；矩阵中，每一列从上到下，组内排序，子模块电容电压依次降低；每一行从左到右，组间排序，子模块电容电压依次降低。步骤3)所述的按照子模块电压升高或降低方向，进行子模块投入、切除控制是：可以确定，位于左上的子模块电容电压最高，位于右下的子模块电容电压最低，且矩阵中从左上到右下子模块电容电压总体趋势为降低趋势；在控制子模块投入、切除的过程中，需尽可能快地查询到电容电压较高或较低的子模块，故定义查询方向为：①从SM11开始逐渐下降至SMnM的查询方向定义为电压降低方向；②从SMnM开始逐渐上升至SM11的查询方向定义为电压升高方向。步骤4)所述的子模块电容电压偏差控制是：电容电压偏差控制需要时刻对调电容电压有偏差的处于不同投入、切除状态的子模块；为了进一步降低功率器件开关频率，当所要对调的两子模块电容电压偏差小于设定值时，则不改变其工作状态；定义需对调工作状态的两子模块电容电压差绝对值为δU；可接受的最大偏差允许值UZ，配合排序算法进行调制，在各种实验工况下桥臂子模块的调制方法如下：1)需要投入的子模块数量与已投入的子模块数量相等桥臂电流iSM>0，则从SM11开始向电压降低方向查询，直至找到处于投入状态的子模块，并从SMnM开始向电压升高方向查询，直至找到处于切除状态的子模块，若δU>UZ，对调两子模块投切状态，继续查询，直至全部子模块查询完毕；桥臂电流iSM<0，则从SM11开始向电压降低方向查询，直至找到处于切除状态的子模块，并从SMnM开始向电压升高方向查询，直至找到处于投入状态的子模块，若δU>UZ，对调两子模块投切状态，继续查询，直至全部子模块查询完毕；2)应增加投入子模块δN个桥臂电流iSM>0，从SMnM开始向电压升高方向查询，若遇到处于切除状态的子模块则将其投入，直至投入δN个子模块；继续向电压升高方向查询，直至找到处于切除状态的子模块，并从SM11开始向电压降低方向查询，直至找到处于投入状态的子模块，若δU>UZ，对调两子模块投切状态，继续查询，直至全部子模块查询完毕；桥臂电流iSM<0，从SM11开始向电压降低方向查询，若遇到处于切除状态的子模块则将其投入，直至投入δN个子模块；继续向电压降低方向查询，直至找到处于切除状态的子模块，并从SMnM开始向电压升高方向查询，直至找到处于投入状态的子模块，若δU>UZ，对调两子模块投切状态，继续查询，直至全部子模块查询完毕；3)应减少投入子模块δN个桥臂电流iSM>0，从SM11开始向电压降低方向查询，若遇到处于投入状态的子模块则将其切除，直至切除δN个子模块；继续向电压降低方向查询，直至找到处于投入状态的子模块，并从SMnM开始向电压升高方向查询，直至找到处于切除状态的子模块，若δU>UZ，对调两子模块投切状态，继续查询，直至全部子模块查询完毕；桥臂电流iSM<0，从SMnM开始向电压升高方向查询，若遇到处于投入状态的子模块则将其切除，直至切除δN个子模块；继续向电压升高方向查询，直至找到处于投入状态的子模块，并从SM11开始向电压降低方向查询，直至找到处于切除状态的子模块，若δU>UZ，对调两子模块投切状态，继续查询，直至全部子模块查询完毕。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的方法能够有效降低排序算法的计算量，有利于利用微处理器进行控制的控制系统设计；同时降低换流器子模块电容电压波动和功率器件损耗。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术的排序策略示意图；图2为本专利技术的子模块矩阵；图3、图4为本专利技术的子模块查询方向；图5为本专利技术的子模块排序及投切流程图；图6为本专利技术的子模块子模块分组控制触发脉冲波形。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的详细内容及其具体实施方式。参见图1至图6所示，本专利技术的柔性直流输电系统架空线路子模块分组排序调制策略本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性直流输电系统架空线路子模块分组排序调制策略，其特征在于：包括如下步骤：步骤1)以电容电压排序运算量最优为目标，确定换流器桥臂子模块的最优分组数量；步骤2)建立分组后的子模块电容电压矩阵，并对其进行组内纵向排序、组间横向排序，形成以子模块电容电压为序的子模块矩阵；步骤3)每个控制周期，根据桥臂电流参数，按照子模块电压升高或降低方向，进行子模块投入、切除控制；步骤4)子模块电容电压偏差控制，以防止电容电压偏差过大并降低功率器件开关频率。

【技术特征摘要】
1.一种柔性直流输电系统架空线路子模块分组排序调制策略，其特征在于：包括如下步骤：步骤1)以电容电压排序运算量最优为目标，确定换流器桥臂子模块的最优分组数量；步骤2)建立分组后的子模块电容电压矩阵，并对其进行组内纵向排序、组间横向排序，形成以子模块电容电压为序的子模块矩阵；步骤3)每个控制周期，根据桥臂电流参数，按照子模块电压升高或降低方向，进行子模块投入、切除控制；步骤4)子模块电容电压偏差控制，以防止电容电压偏差过大并降低功率器件开关频率。2.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统架空线路子模块分组排序调制策略，其特征在于：步骤1)所述的确定换流器桥臂子模块的最优分组数量是：将各个桥臂子模块平均分为M组，每组包括子模块数量为n3.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统架空线路子模块分组排序调制策略，其特征在于：步骤2)所述的形成以子模块电容电压为序的子模块矩阵是：首先在各个分组内对n个子模块电容电压进行纵向排序，并编号为SMi(i∈[1，n])，然后对各组序号相同的子模块进行电容电压组间横向排序，即将各组同为序号SMi子模块的电容电压进行排序，并编号为SMij(j∈[1，M])；各组相同序号子模块电容电压组间排序后，即可根据子模块电容电压大小形成子模块矩阵；矩阵中，每一列从上到下，组内排序，子模块电容电压依次降低；每一行从左到右，组间排序，子模块电容电压依次降低。4.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统架空线路子模块分组排序调制策略，其特征在于：步骤3)所述的按照子模块电压升高或降低方向，进行子模块投入、切除控制是：可以确定，位于左上的子模块电容电压最高，位于右下的子模块电容电压最低，且矩阵中从左上到右下子模块电容电压总体趋势为降低趋势；在控制子模块投入、切除的过程中，需尽可能快地查询到电容电压较高或较低的子模块，故定义查询方向为：①从SM11开始逐渐下降至SMnM的查询方向定义为电压降低方向；②从SMnM开始逐渐上升至SM11的查询方向定义为电压升高方向。5.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统架空线路子模块分组排序调制策略，其特征在于：步骤4)所述的子模块电容电压偏差控制是：电容电压偏差控制需要时刻对调电容电压有偏差的处于不同投入、切除状态的子模块；为了进一步降低功率器件开关频率，当所要对调的两子模块电容电压偏差小于设...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳岳希，杨杰，许韦华，涂莉，江伟，杜镇宇，季明晶，黄道姗，张慧瑜，杨双飞，辛业春，王威儒，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院，国网福建省电力有限公司电力科学研究院，东北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11