[发明专利]一种柔性直流输电控制系统子模块冗余配置方法

说明书

技术领域

本发明属于柔性输电领域，具体涉及一种柔性直流输电控制系统的子模块冗余配置方法。

背景技术

柔性直流输电采用电压源换流器，可以独立调节有功和无功的传输、提高交流系统的输电能力，易于构成多端直流输电系统，在可再生能源的发电并网、孤岛城市供电以及交流系统互联等应用领域，具有明显的竞争力。

当采用半桥或者全桥的子模块串联方式构成换流器拓扑时，换流器输出电压是由子模块输出电平决定的，以半桥为例，根据子模块上下管的开通、关断状态，以及桥臂电流的方向，画出子模块的运行状态见图1，该图（a）、（d）为无触发脉冲工作状态，（b）、（e）为上管开通子模块投入工作状态，（c）、（f）为下管开通子模块切除工作状态，箭头表示桥臂电流方向。子模块的投入/切除状态和开关器件的触发状态对应关系为：当子模块的上管IGBT1触发导通时，子模块处于投入状态，下管IGBT2触发导通时，子模块处于切除状态，闭锁脉冲是一种仅仅在初始阀充电阶段会出现的状态，正常运行时不会出现。

在阀正常带电解锁运行期间，处于正常状态的子模块都是投入或者切除状态，输出电平如下式所示；

u_c为子模块电容电压数值。

实际交直流侧控制输出电压是由多个处于投入状态的子模块的电平台阶构成，而控制这些子模块的投切命令由阀控电子设备发出。

随着传输功率和直流电压增加，单桥臂需要串联子模块数量随之增大，鉴于单台阀控电子设备总线处理能力以及DSP板卡负荷限制，需要扩展为两台及以上的阀控电子设备对同一个桥臂进行控制命令下发和子模块状态采集。

当对每个桥臂采用一定的子模块投切算法后，即使该桥臂投入了控制所需要的最大数量的子模块，仍然有部分子模块处于切除状态，这部分处于切除状态的子模块就是冗余子模块，当采用单个阀控电子设备时，桥臂的总的冗余子模块数量等于该阀控电子设备设定初始冗余子模块数量，当采用多个阀控电子设备与同一个桥臂连接时，每个阀控电子设备分配一定数量的子模块，同时该桥臂的冗余子模块也需要在各个阀控电子设备之间按照一定规则进行分配。

特殊情况下，子模块由于器件损坏，储能电容损坏，或者触发控制失效时，子模块反馈该故障状态给阀控电子设备时，由阀控电子设备进行旁路处理，旁路的子模块不能等同于切除状态的子模块，不作为冗余子模块。

现有的技术多是在不考虑冗余情况下（参见丁冠军，汤广福，丁明，贺之渊,新型多电平电压源换流器模块的拓扑机制与调制策略,中国电机工程学报，2009，29（36）：1-8），或者没有考虑子模块故障后的冗余数量变化后的多个阀控电子设备的分配机制（参见GEMMELL B,DORN J,RETZMANN D,et al.Prospects of multilevel VSC technologies for power transmission,Proceedings of IEEE PES Transmission and Distribution Conference and Exposition,April21-24,2008,Chicago,USA:1-16），或者单阀控电子设备情况下，来考虑子模块的冗余设置，没有涉及到冗余子模块在多个阀控电子设备的动态分配方法（参见管敏渊,徐政.模块化多电平换流器子模块故障特性和冗余保护,电力系统及其自动化，2011，35（16）：94-98），有待改进。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种柔性直流输电控制系统子模块冗余配置方法，用于模块化多电平柔性直流换流阀桥臂的冗余子模块在连接的多个阀控电子设备之间的分配，以及在考虑冗余分配的情况下控制系统对子模块的投切策略。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种柔性直流输电控制系统子模块冗余配置方法，所述柔性直流输电控制系统中，多台阀控电子设备与同一个桥臂连接，桥臂包含冗余子模块，所述方法的内容是：每个阀控电子设备通过光纤通讯协议返回给上位机控制系统处于正常状态或故障状态的子模块数量；由上位机计算桥臂当前冗余子模块数量，计算的方法为：桥臂子模块总数-该桥臂正常工作期间投入的最大子模块数量-故障子模块数量；然后在多台阀控电子设备上按比例分配冗余子模块；调整冗余子模块个数是通过周期性调整每台阀控电子设备的分配系数来进行的。

上述调整周期是阀控电子设备的DSP运行周期的整数倍。