桥臂复用型MMC各桥臂独立控制方法及系统与流程

本发明涉及电力系统柔性直流输电，具体为桥臂复用型mmc各桥臂独立控制方法及系统。

背景技术：

1、模块化多电平换流器(modular mpltilevel converter，mmc)模块集成度高，子模块结构简单，采用半/全桥子模块级联的结构，实现了通过使用低电压等级功率器件串联达到增加电平数和等效开关频率的效果，同时达到减小交流谐波和直流侧纹波的要求，并且可以独立调节有功和无功的传输，在直流输电、可再生能源的发电并网等方面有着广阔的应用前景。

2、但mmc型换流站子模块数量较多、成本高、占地面积大，电容器作为mmc的重要组成部分，投资成本和重量体积在换流站中占比较大，大量子模块电容串联的结构使得mmc降容程度有限。有学者提出桥臂复用型模块化多电平换流器(arm mpltiplexing modularmpltilevel converter，am-mmc)结构，通过配置复用桥臂，使得每个相单元的子模块个数减少25％，子模块利用率提高至66.7％，有效的实现了换流器轻型化。

3、有文献提出一种桥臂复用mmc的调制策略和控制方法，根据常规mmc的工作特性，将am-mmc的复用桥臂进行“时分复用”。具体为当上桥臂需要投入的子模块个数npa≥n时，此时将复用桥臂与上桥臂共同构成复合上桥臂，复合上桥臂的所有子模块电容电压进行综合排序。同样的，当下桥臂需要投入的子模块个数nna≥n时，此时将复用桥臂与下桥臂共同构成复合下桥臂，复合下桥臂的所有子模块电容电压进行综合排序，其中n为不考虑冗余时一个桥臂的子模块个数。

4、文献中提出的调制和控制策略应用到实际工程中时，由于复用桥臂的“时分复用”特性，复用桥臂的子模块电容电压要同时传送给上桥臂和下桥臂的控制单元，分时参与电容电压排序，并且复用桥臂的开关管控制信号，要从两个控制单元输出中分时提取。该控制方法增加了控制系统的复杂度和控制链路延时，且降低了控制单元的可移植性。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明解决的技术问题是：如何实现桥臂复用型模块化多电平换流器系统的各桥臂独立控制。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：桥臂复用型mmc各桥臂独立控制方法，包括；收集数据并进行数据预处理；判断各桥臂电流方向以及复用桥臂的复用状态；对各桥臂子模块电容电压平均值差值进行闭环控制，控制器输出桥臂子模块分配系数；根据桥臂电流方向、桥臂复用状态和分配系数对各桥臂子模块投入个数进行分配。

5、作为本发明所述的桥臂复用型mmc各桥臂独立控制方法的一种优选方案，其中：所述收集数据包括桥臂工作时的电流、子模块电容电压以及桥臂工作时的状态信息，复用桥臂的复用状态以及桥臂的电流方向。

6、作为本发明所述的桥臂复用型mmc各桥臂独立控制方法的一种优选方案，其中：所述数据预处理包括将收集到的周期性状态数据去掉缺失值，异常值，以及错误格式的无效数据，将原始格式数据转换为符合数学模型需求分析的格式，计算各桥臂子模块电容电压平均值进行数据预处理。

7、作为本发明所述的桥臂复用型mmc各桥臂独立控制方法的一种优选方案，其中：所述判断各桥臂电流方向为对上桥臂和下桥臂的电流方向进行判断，当桥臂电流为正时，桥臂子模块电容为充电状态，当桥臂电流为负时，桥臂子模块电容为放电状态；所述复用桥臂的复用状态包括复用桥臂与上桥臂构成复合上桥臂、复用桥臂与下桥臂构成复合下桥臂以及复用桥臂从上/下桥臂复用切换至下/上桥臂复用。

8、作为本发明所述的桥臂复用型mmc各桥臂独立控制方法的一种优选方案，其中：所述各桥臂子模块投入个数进行分配包括设置标志位am为复用桥臂的复用状态，当am＝1时，复用桥臂与上桥臂共同构成复合上桥臂，复合上桥臂子模块投入个数为np，下桥臂子模块投入个数为nn，将复合上桥臂子模块投入个数根据分配系数nu和上桥臂电流方向iu分别分配给上桥臂和复用桥臂；当桥臂电流为正时，桥臂子模块电容电压为充电状态，令此时复用桥臂的子模块投入个数nm＝round(np*nu)，当计算出的nm>n时，令nm＝n，上桥臂子模块投入个数nu＝np-nm，下桥臂子模块投入个数nd＝nn；当桥臂电流为负时，桥臂子模块电容电压为放电状态，令此时上桥臂的子模块投入个数nu＝round(np*nu)，当计算出的nu>n时，令nu＝n，复用桥臂子模块投入个数nm＝np-nu，下桥臂子模块投入个数nd＝nn，其中round()为最近取整函数。

9、作为本发明所述的桥臂复用型mmc各桥臂独立控制方法的一种优选方案，其中：所述标志位am＝0时，复用桥臂与下桥臂共同构成复合下桥臂，复合下桥臂子模块投入个数为nn，上桥臂子模块投入个数为np，将复合下桥臂子模块投入个数根据分配系数nd和下桥臂电流方向id分别分配给下桥臂和复用桥臂；当桥臂电流为正时，桥臂子模块电容电压为充电状态，令此时复用桥臂的子模块投入个数nm＝round(nn*nd)，当计算出的nm>n时，令nm＝n，下桥臂子模块投入个数nd＝nn-nm，上桥臂子模块投入个数nu＝np；当桥臂电流为负时，桥臂子模块电容电压为放电状态，令此时下桥臂的子模块投入个数nd＝round(nn*nd)，当计算出的nd>n时，令nd＝n，复用桥臂子模块投入个数nm＝nn-nd，上桥臂子模块投入个数nu＝np，其中round()为最近取整函数，n为一个桥臂的子模块个数。

10、作为本发明所述的桥臂复用型mmc各桥臂独立控制方法的一种优选方案，其中：所述标志位am＝2时，复用桥臂处于切换模式，当npa＝nna＝n时，将上、下桥臂子模块全部投入，复用桥臂子模块全部切除，在复用桥臂子模块投入个数为0时对桥臂切换开关发出动作指令，改变桥臂复用模式，其中n为一个桥臂的子模块个数。

11、本发明的另外一个目的是提供桥臂复用型mmc各桥臂独立控制系统，其能通过高精度的数据采集与处理，以及精确的子模块电容电压控制和动态的子模块投入个数分配，解决了现有模块化多电平换流器系统在面临桥臂复用状态变化时，系统稳定性和效率难以保证的问题，桥臂复用性模块化多电平换流器各桥臂独立控制方法。

12、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：桥臂复用型mmc各桥臂独立控制系统，包括：数据收集模块、数据处理模块、桥臂电流方向判断模块、桥臂复用状态判断模块以及桥臂子模块投入个数分配模块；所述数据收集模块主要任务是负责收集桥臂工作时的电流、子模块电容电压以及桥臂工作时的状态信息，包括复用桥臂的复用状态以及桥臂的电流方向；所述数据处理模块是将收集到的周期性状态数据去掉缺失值，异常值，以及错误格式的无效数据，将原始格式数据转换为符合数学模型需求分析的格式，计算各桥臂子模块电容电压平均值进行数据预处理所述桥臂电流方向判断模块主要负责判断各桥臂的电流方向，当桥臂电流为正时，认为桥臂子模块电容处于充电状态，当桥臂电流为负时，认为桥臂子模块电容处于放电状态；所述桥臂复用状态判断模块是负责判断复用桥臂的复用状态，复用桥臂的复用状态包括复用桥臂与上桥臂构成复合上桥臂、复用桥臂与下桥臂构成复合下桥臂以及复用桥臂从上/下桥臂复用切换至下/上桥臂复用；所述桥臂子模块投入个数分配模块是根据桥臂电流方向、桥臂复用状态和控制器输出的桥臂子模块分配系数，进行各桥臂子模块投入个数的分配。

13、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述桥臂复用型mmc各桥臂独立控制方法的步骤。

14、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述桥臂复用型mmc各桥臂独立控制方法的步骤。

15、本发明的有益效果：本发明提出一种桥臂复用型mmc各桥臂独立的控制方法，在主控制器中将各桥臂的子模块投入个数分配下发，上/复用/下桥臂各自拥有独立的控制单元，各桥臂的子模块电容电压单独参与排序，桥臂控制单元下发各自桥臂的开关管控制信号，减少了控制链路的交互，降低控制器的复杂度。