[发明专利]高压直流输电的子模块电容电压预测校正方法

说明书

本发明公开了一种高压直流输电的子模块电容电压预测校正方法，针对采用模块化多电平结构的高压直流输电系统，对模块化多电平换流站每个桥臂使用一个电压传感器的测量方法，通过测量桥臂电压，对换流站中各桥臂的所有子模块的电容电压进行预测校正，实现对所有子模块电容电压的虚拟测量，达到对电容电压平衡控制的目的。该方法与传统采用多传感器的测量方法相比，减少了传感器的数量，大大降低了硬件的生产成本，对直流输电系统的实际工程应用具有一定的指导价值。

技术领域

本发明涉及高压直流输电领域，具体是一种模块化多电平高压直流输电的子模块电容电压预测校正方法。

背景技术

在中高压直流输电领域，模块化多电平结构以其突出的优势受到越来越广泛的青睐，这些优势包括：根据不同功率和电压等级的需求，具有易扩展性，模块化程度高；具有高效率和高电能质量；直流母线无需并联大电容。但同时，由于模块化多电平结构亦存在一些问题，如：分布式电容布局结构引起的子模块电容电压不平衡现象、内部环流带来的相内上、下桥臂电压不平衡和相间电压不平衡等问题，上述现象会在模块化多电平换流站内产生额外的功率损耗，不利于直流输电系统的安全稳定运行。此外，由于中高压直流输电换流站采用上百个子模块的级联结构，在进行电压平衡控制时需要对上百个子模块的电容电压进行采样，因而每个子模块均需要配置一个电压传感器测量电容电压，这对换流站的硬件测量系统来讲具有相当大的负担，并且较多的电压传感器可能会降低换流站运行的可靠性，从实际工程应用的角度出发，如果在保证电容电压平衡的前提下，减少电压传感器的使用数量，可在一定程度上实现对硬件系统的简化，降低生产成本。因此，如何减少电压传感器的使用数量是本领域研究中较少考虑的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种高压直流输电的子模块电容电压预测校正方法，使用单传感器完成对桥臂所有子模块电容电压的平衡控制，在保证换流站各桥臂所有子模块电容电压平衡稳定的前提下减少电压传感器的使用数量，降低生产成本。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种高压直流输电的子模块电容电压预测校正方法，包括以下步骤：

1)基于高压直流输电系统换流站内桥臂电压和桥臂所有子模块电容电压、子模块开关信号和桥臂电流之间的关系，并根据基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律，建立高压直流输电换流站的桥臂电压在相邻控制周期的实际变化量(以上桥臂为例)的表达式、高压直流输电换流站的桥臂电压与桥臂中所有子模块电容电压在相邻控制周期内的关系表达式和高压直流输电换流站的桥臂中每个子模块在相邻控制周期内开关信号的变化量和桥臂中所有子模块开关信号总和的变化量的表达式；

其中，高压直流输电换流站的桥臂电压在相邻控制周期的实际变化量(以上桥臂为例)表达式为

Δu_px(k)＝u_px(k)-u_px(k-1)；

其中，Δu_px(k)(x＝a,b,c)表示相邻控制周期[k-2,k-1]与[k-1,k]的桥臂电压实际变化量，u_px(k-1)和u_px(k)分别表示控制周期[k-2,k-1]与[k-1,k]内的桥臂电压实际测量值。

高压直流输电换流站的桥臂电压与桥臂中所有子模块电容电压在相邻控制周期内的关系表达式如下：

其中u_dci(k-1)(i＝1,2,..N，N表示桥臂总的子模块数目)和u_dci(k)表示第i个子模块在控制周期[k-2,k-1]与[k-1,k]内的实际电容电压值，s_i(k-1)和s_i(k)表示每个子模块在控制周期[k-2,k-1]与[k-1,k]内的开关信号，和分别表示在控制周期[k-2,k-1]与[k-1,k]内，每个子模块的实际电容电压与其对应的开关信号的乘积之和。