一种柔直换流阀功率模块电容电压均压方法技术

本发明专利技术公开了一种柔直换流阀功率模块电容电压均压方法，本发明专利技术根据功率模块的投入和切除顺序以及功率模块的电容电压状态，生成投入序列和切除序列；然后根据桥臂电流、投切需求以及均压效果需求，根据设定交换规则选择投入序列、切除序列内相应模块进行投入、切除状态交换，生成新的投入序列、切除序列。本发明专利技术不需要模块电容电压，则对模块电容电压的实时性没有要求，仅需要模块在电容电压超限的情况下上传超限信息即可，模块上传数据量大幅减少，从而不需要较高的通讯数率即可满足系统性能设计要求。本发明专利技术为阀控制系统采用集约化方案提供了可行性，降低了阀控制系统集约化方案的实现难度以及技术要求，同时降低了阀控制系统的总体造价。

【技术实现步骤摘要】
一种柔直换流阀功率模块电容电压均压方法
本专利技术属于柔性直流输电领域，具体涉及一种柔直换流阀功率模块电容电压均压方法。
技术介绍
柔性直流输电技术是一种以全控型电力电子器件、电压源换流器和脉宽调制技术为基础的新型直流输电技术。1990年，加拿大的Boon-TeckOoi等人首次提出了基于电压源换流器的高压直流输电技术(VSC-HVDC)，国内称之为柔性直流输电技术。1997年世界上第一个柔性直流输电实验性工程——工程(10kV，3MW)建成投运。2001年德国学者RainerMarquardt提出了基于模块化多电平换流器技术。2010年，世界首个基于模块化多电平换流器的柔性直流输电工程——TransBayCable工程(±200kV，400MW)建成投运。目前，我国已建成±350kV、1000MW的柔性直流输电工程，标志着我国在该领域的工程技术发展已位于世界前列。较之常规直流，柔性直流输电系统具有无换相失败、有功功率和无功功率可独立调节控制、谐波水平低、占地面积小、有利于构建多端直流系统等优势，适用于可再生能源大规模并网、大型电网异步互联、向无源网络供电等领域。随着大功率全控型电力电子器件技术参数的不断提高，柔性直流输电技术在高电压、大容量输电工程方面的示范应用将会进一步加快。在世界范围内，柔性直流输电每年的市场规模达数百亿元，而且呈递增趋势，市场前景广阔。柔性直流输电系统的换流阀是由多个功率模块串联构成的，每个功率模块内均设置有储能电容。由于构建功率模块所选用的器件参数存在差异性，且不同模块的充放电效果在运行过程中不一致，这些都将导致不同功率模块电容电压的不均衡。因此，必须要对功率模块电容电压进行均压控制。功率模块电容电压的均压效果将直接影响整个系统的性能，甚至导致整个系统无法运行。现有相近的功率模块电容电压均压方案均基于功率模块电容电压排序，具体描述为：阀控制系统采集到桥臂上所有功率模块电容电压，并根据功率模块电容电压大小进行排序；根据排序结果和桥臂电流方向选择模块投入工作。当桥臂电流方向为对功率模块电容进行充电的方向时，选择功率模块电容电压较小的模块投入工作；当桥臂电流方向为对功率模块电容进行放电的方向时，选择功率模块电容电压较大的模块投入工作。基于功率模块电容电压排序均压策略的均压原则可以概括为：电容电压高的优先放电，电容电压低的优先充电。基于功率模块电容电压排序的均压策略需要阀控制系统采集到所有功率模块电容电压，并需要对功率模块电容电压进行排序。由于目前柔性直流输电系统的电压等级在百千伏，容量在千兆瓦，单桥臂上需要的功率模块个数一般都不少于300个，模块电容电压按照8位数据来计算的话，阀控系统内接收功率模块电容电压的存储器容量需要2400位。随着电力系统对控制器性能要求的日益增高，需要不断压缩通讯延时和算法执行时间。为了减小模块电容电压上传延时，要求阀控系统内部通讯数率足够高；为了缩短电容电压排序时间，要求控制系统必须选用高性能处理器。这都使得控制系统的设计难度以及成本不断增加。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种柔直换流阀功率模块电容电压均压方法，本方法不需要功率模块电容电压的具体值，不需要对功率模块电容电压进行排序。本专利技术可以降低阀控制系统的内部通讯数率及对FPGA性能的要求，相应降低了阀控系统的成本。同时，本方法为阀控制系统的集约化提供了可行性。为了达到上述目的，本专利技术包括以下步骤：S1，将投入的功率模块按照投入先后顺序进行排列，生成投入序列；S2，将切除的功率模块按照先后顺序进行排列，生成切除序列；S3，根据序列内模块电容电压状态将投入序列的内功率模块顺序进行重新排列，形成新的投入序列；S4，根据序列内模块电容电压状态对切除序列的内功率模块顺序进行重新排列，形成新的切除序列；S5，根据桥臂电流方向、投切需求以及均压效果需求进行功率模块投入状态和切除状态重新分配，完成均压策略的运行；S6，根据均压策略运行的结果，向功率模块下发最新的投入切除命令，同时收集模块电容电压状态信息，返回S3。S1中，投入的功率模块排列有以下两种方式：第一种，将最先投入的功率模块放于队列的前部，后投入的模块按照投入顺序依次向后排，最后一个为最后投入的功率模块；第二种，将最后投入的模块放于队列的前部，先投入的模块按照投入顺序依次向后排，最后一个模块为最先投入的功率模块。S2中，切除的功率模块排列有以下两种方式：第一种，将最先切除的功率模块放于队列的前部，后切除的模块按照切除顺序依次向后排，最后一个为最后切除的功率模块；第二种，将最后切除的模块放于队列的前部，先切除的模块按照切除顺序依次向后排，最后一个模块为最先切除的功率模块。S3中，进行重新排列是将投入序列中，超过设定上限的功率模块移动到最先投入位置；超过设定下限的功率模块移动到最后投入位置；其它功率模块按照投入顺序依次排列，最终形成新的投入序列。S4中，重新排列是将切除序列中，超过设定上限的功率模块移动到最后切除位置；超过设定下限的功率模块移动到最先切除位置；其它功率模块按照切除顺序依次排列，形成新的切除序列。S5中，当桥臂电流为模块电容充电方向，投切需求为增加投入n个模块，均压效果需求为交换m个模块时，从切除序列的最先切除位置开始连续选取n+m个功率模块切换成投入模块，并将新投入的n+m个模块放到投入序列的最后投入位置；同时从投入序列的最先投入位置连续选取m个功率模块切换成切除模块，并将新切除的m个模块放到切除序列的最后切除位置；新投入的n+m个模块和已投入模块中切除m个模块后的剩余部分按照设定规则构成新的投入序列；新切除的m个模块和已切除模块中投入n+m个模块后的剩余部分按照设定规则构成新的切除序列。S5中，当桥臂电流为模块电容充电方向，投切需求为减少投入n个模块，均压效果需求为交换m个模块时，从投入序列的最先投入位置开始连续选取n+m个功率模块切换成切除模块，并将新切除的n+m个模块放到切除序列的最后切除位置；同时从切除序列的最先切除位置连续选取m个功率模块切换成投入模块，并将新投入的m个模块放到投入序列的最后投入位置；新投入的m个模块和已投入模块中切除n+m个模块后的剩余部分按照设定规则构成新的投入序列；新切除的n+m个模块和已切除模块中投入m个模块后的剩余部分按照设定规则构成新的切除序列。S5中，当桥臂电流为模块电容放电方向，投切需求为增加投入n个模块，均压效果需求为交换m个模块时，从切除序列的最后切除位置开始连续选取n+m个功率模块切换成投入模块，并将新投入的n+m个模块放到投入序列的最先投入位置；同时从投入序列的最后投入位置连续选取m个功率模块切换成切除模块，并将新切除的m个模块放到切除序列的最先切除位置；新投入的n+m个模块和已投入模块中切除m个模块后的剩余部分按照设定规则构成新的投入序列；新切除的m个模块和已切除模块中投入n+m个模块后的剩余部分按照设定规则构成新的切除序列。...

【技术保护点】
1.一种柔直换流阀功率模块电容电压均压方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，将投入的功率模块按照投入先后顺序进行排列，生成投入序列；/nS2，将切除的功率模块按照切除先后顺序进行排列，生成切除序列；/nS3，根据序列内模块电容电压状态将投入序列的内功率模块顺序进行重新排列，形成新的投入序列；/nS4，根据序列内模块电容电压状态对切除序列的内功率模块顺序进行重新排列，形成新的切除序列；/nS5，根据桥臂电流方向、投切需求以及均压效果需求进行功率模块投入状态和切除状态重新分配，完成均压策略的运行；/nS6，根据均压策略运行的结果，向功率模块下发最新的投入切除命令，同时收集模块电容电压状态信息，返回S3。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔直换流阀功率模块电容电压均压方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将投入的功率模块按照投入先后顺序进行排列，生成投入序列；
S2，将切除的功率模块按照切除先后顺序进行排列，生成切除序列；
S3，根据序列内模块电容电压状态将投入序列的内功率模块顺序进行重新排列，形成新的投入序列；
S4，根据序列内模块电容电压状态对切除序列的内功率模块顺序进行重新排列，形成新的切除序列；
S5，根据桥臂电流方向、投切需求以及均压效果需求进行功率模块投入状态和切除状态重新分配，完成均压策略的运行；
S6，根据均压策略运行的结果，向功率模块下发最新的投入切除命令，同时收集模块电容电压状态信息，返回S3。


2.根据权利要求1所述的一种柔直换流阀功率模块电容电压均压方法，其特征在于，S1中，投入的功率模块排列有以下两种方式：
第一种，将最先投入的功率模块放于队列的前部，后投入的模块按照投入顺序依次向后排，最后一个为最后投入的功率模块；
第二种，将最后投入的模块放于队列的前部，先投入的模块按照投入顺序依次向后排，最后一个模块为最先投入的功率模块。


3.根据权利要求1所述的一种柔直换流阀功率模块电容电压均压方法，其特征在于，S2中，切除的功率模块排列有以下两种方式：
第一种，将最先切除的功率模块放于队列的前部，后切除的模块按照切除顺序依次向后排，最后一个为最后切除的功率模块；
第二种，将最后切除的模块放于队列的前部，先切除的模块按照切除顺序依次向后排，最后一个模块为最先切除的功率模块。


4.根据权利要求1所述的一种柔直换流阀功率模块电容电压均压方法，其特征在于，S3中，进行重新排列是将投入序列中，超过设定上限的功率模块移动到最先投入位置；超过设定下限的功率模块移动到最后投入位置；其它功率模块按照投入顺序依次排列，最终形成新的投入序列。


5.根据权利要求1所述的一种柔直换流阀功率模块电容电压均压方法，其特征在于，S4中，重新排列是将切除序列中，超过设定上限的功率模块移动到最后切除位置；超过设定下限的功率模块移动到最先切除位置；其它功率模块按照切除顺序依次排列，形成新的切除序列。


6.根据权利要求1所述的一种柔直换流阀功率模块电容电压均压方法，其特征在于，S5中，当桥臂电流为模块电容充电方向，投切需求为增加投入n个模块，均压效果需求为交换m个模块时，从切除序列的最先切除位置开始连续选取n+m个...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宾宾，楚遵方，李少华，娄彦涛，李延龙，涂小刚，姚东晓，常立国，马小婷，
申请(专利权)人：西安西电电力系统有限公司，西安端怡科技有限公司，中国西电电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61