模块化多电平换流器子模块故障容错控制方法及装置与流程

本发明涉及模块化多电平换流器，具体涉及模块化多电平换流器子模块故障容错控制方法及装置。

背景技术：

1、模块化多电平换流器(modular multilevel converter，mmc)与传统的两电平变换器相比，其具有模块化设计的优势，这使得mmc具有良好的扩展性，方便电压等级的提升。因此，近年来采用子模块级联技术的mmc成为现阶段柔性直流输电系统主要采用的拓扑形式。

2、mmc正常工作时，子模块按照采样时刻呈正弦规律进行投入和切除，子模块作为mmc的核心组成单元，其工作状态的正常与否直接影响换流器的安全稳定运行。在实际输电工程中，为了适配较高的输电电压等级，常需要级联大量数目的子模块，但受一些现场运行和环境因素的影响，一些子模块难免会发生故障。

3、目前，解决子模块故障的控制方法主要有三种，第一种是设置备用冗余子模块，mmc配置一定数量的冗余备用子模块，备用子模块在mmc正常运行时处于旁路状态；当发生子模块故障后，立即投入冗余备用子模块置换故障子模块，从而保证mmc的故障容错过运行，但是这种方法需要额外设置备用子模块，并且在备用模块耗尽的情况下无法继续实现容错运行。第二种是完全对称隔离运行，该方法当发生子模块故障后，在6个桥臂同时切除相同故障数目的子模块，从而保证故障后mmc依然处于对称运行状态，进而实现故障容错运行，此方法当故障子模块仅出现在某个或局部桥臂时，因需要对所有桥臂均进行同等数量的子模块对称切除，会造成一定数量上正常子模块的浪费以及后续运行可靠性的下降。第三种是故障模块单隔离运行，当子模块发生故障后，仅旁路隔离故障模块，然后附加不对称运行控制策略实现mmc的故障容错过运行，该方法需要通过附加的相对复杂调制策略来解决桥臂的不对称运行问题，且当发生子模块故障的桥臂数量增多时，调制算法将演变的比较复杂，不易实现。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种模块化多电平换流器子模块故障容错控制方法及装置，以解决块化多电平换流器子模块故障容错的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种模块化多电平换流器子模块故障容错控制方法，包括：获取故障相未发生故障时的第一载波幅值；根据故障相中的故障子模块数目对载波的第一载波幅值进行调整，得到第二载波幅值，以使载波按照第二载波幅值在预设区间内分布，第二载波幅值大于第一载波幅值；根据载波与调制波的重组信号，得到控制开关信号，控制开关信号用于表征故障相中第一桥臂单元中参与投切动作的子模块数量，以及故障相中第二桥臂单元中参与投切动作的子模块数量；将控制开关信号发送给子模块电压排序单元，以使子模块电压排序单元按照控制开关信号为参与投切动作的子模块分配电压。

3、有益效果：本发明实施例通过获取故障相未发生故障时的第一载波幅值，根据故障相中的故障子模块数目对载波的第一载波幅值进行调整，得到第二载波幅值，以使载波按照第二载波幅值在预设区间内分布，第二载波幅值大于第一载波幅值，本发明实施例对第一载波幅值进行调整，调整过后得到第二载波幅值，第二载波幅值大于第一载波幅值，载波幅值变大，在预设区间内可分布的载波数量减少，一个载波对应一个子模块，减少的子模块的载波为故障子模块的载波，根据载波与调制波的重组信号，得到控制开关信号，控制开关信号用于表征故障相中第一桥臂单元中参与投切动作的子模块数量，以及故障相中第二桥臂单元中参与投切动作的子模块数量，则通过控制开关信号输出参与投切动作的子模块数量，排除掉故障子模块以及与故障子模块对称的子模块，以使子模块电压排序单元按照控制开关信号为参与投切动作的子模块分配电压。本发明实施例与相关技术中投入冗余备用子模块置换故障子模块相比，可以选择不设置额外备用子模块，降低容错成本，或者可以在备用模块耗尽的情况下继续实现容错运行，提高系统运行可靠性。本发明实施例与相关技术中在多个桥臂中同时切除相同故障数目的子模块相比，有效减少了正常子模块的浪费，不会出现后续运行可靠性的下降的问题，提高了模块化多电平换流器运行的可靠性。本发明实施例与相关技术中附加不对称运行控制策略相比，减小了控制方法的复杂度，更容易实现。

4、在一种可选的实施方式中，根据故障相中的故障子模块数目对载波的第一载波幅值进行调整，得到第二载波幅值，包括：获取故障相中的额定子模块数目，以及故障相中第一桥臂单元中的第一故障子模块数目和第二桥臂单元中的第二故障子模块数目；根据额定子模块数目与故障子模块数目的差得到正常子模块总数，故障子模块数目为第一故障子模块数目和第二故障子模块数目的最大值；根据故障相中的额定子模块数目与正常子模块总数的商得到比例控制系数；通过比例控制系数对载波的第一载波幅值进行调整，得到第二载波幅值。

5、有益效果：根据额定子模块数目与故障子模块数目的差得到正常子模块总数，根据故障相中的额定子模块数目与正常子模块总数的商得到比例控制系数，得到的比例控制系数为大于一的数，则通过比例控制系数对载波的第一载波幅值进行调整，得到第二载波幅值，使得第二载波幅值大于第一载波幅值。

6、在一种可选的实施方式中，比例控制系数的公式为：

7、

8、其中，k为比例控制系数；n为故障相中的额定子模块数目；x为故障子模块数目。

9、在一种可选的实施方式中，第一载波幅值的公式为：

10、

11、其中，a为第一载波幅值；n为故障相中的所述额定子模块数目。

12、在一种可选的实施方式中，通过比例控制系数对载波的第一载波幅值进行调整，得到第二载波幅值，包括：在第一载波幅值上乘以比例控制系数，得到第二载波幅值。

13、在一种可选的实施方式中，第二载波幅值的公式为：

14、

15、其中，b为第二载波幅值；n为故障相中的额定子模块数目；k为比例控制系数；x为故障子模块数目。

16、在一种可选的实施方式中，第一桥臂单元和第二桥臂单元的调制波的运行状态呈周期性对称，当第一桥臂单元参与投切动作的子模块数目为预设值时，第二桥臂单元参与投切动作的子模块数目为故障相中的额定子模块数目减去预设值。

17、有益效果：第一桥臂单元和第二桥臂单元的调制波的运行状态呈周期性对称，通过第一桥臂单元的调制波得到第一桥臂单元的控制开关信号后，模块电压排序单元根据第一桥臂单元的控制开关信号得到第一桥臂单元和第二桥臂单元参与投切动作的子模块，并为其分配电压。

18、第二方面，本发明提供了一种模块化多电平换流器子模块故障容错控制装置，包括：获取模块，用于获取故障相未发生故障时的第一载波幅值；调整模块，用于根据故障相中的故障子模块数目对载波的第一载波幅值进行调整，得到第二载波幅值，以使载波按照第二载波幅值在预设区间内分布，第二载波幅值大于第一载波幅值；信号重组模块，用于根据载波与调制波的重组信号，得到控制开关信号，控制开关信号用于表征故障相中第一桥臂单元中参与投切动作的子模块数量，以及故障相中第二桥臂单元中参与投切动作的子模块数量；电压分配模块，用于将控制开关信号发送给子模块电压排序单元，以使子模块电压排序单元按照控制开关信号为参与投切动作的子模块分配电压。

19、有益效果：本发明实施例通过获取模块获取故障相未发生故障时的第一载波幅值，调整模块根据故障相中的故障子模块数目对载波的第一载波幅值进行调整，得到第二载波幅值，以使载波按照第二载波幅值在预设区间内分布，第二载波幅值大于第一载波幅值，本发明实施例对第一载波幅值进行调整，调整过后得到第二载波幅值，第二载波幅值大于第一载波幅值，载波幅值变大，在预设区间内可分布的载波数量减少，一个载波对应一个子模块，减少的子模块的载波为故障子模块的载波，信号重组模块根据载波与调制波的重组信号，得到控制开关信号，控制开关信号用于表征故障相中第一桥臂单元中参与投切动作的子模块数量，以及故障相中第二桥臂单元中参与投切动作的子模块数量，则通过控制开关信号输出参与投切动作的子模块数量，排除掉故障子模块以及与故障子模块对称的子模块，电压分配模块将控制开关信号发送给子模块电压排序单元，以使子模块电压排序单元按照控制开关信号为参与投切动作的子模块分配电压。本发明实施例与相关技术中投入冗余备用子模块置换故障子模块相比，可以选择不设置额外备用子模块，降低容错成本，或者可以在备用模块耗尽的情况下继续实现容错运行，提高系统运行可靠性。本发明实施例与相关技术中在多个桥臂中同时切除相同故障数目的子模块相比，有效减少了正常子模块的浪费，不会出现后续运行可靠性的下降的问题，提高了模块化多电平换流器运行的可靠性。本发明实施例与相关技术中附加不对称运行控制策略相比，减小了控制方法的复杂度，更容易实现。

20、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的模块化多电平换流器子模块故障容错控制方法。

21、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的模块化多电平换流器子模块故障容错控制方法。