一种模块化多电平换流器的控制系统及其应用方法

摘要

本发明公开了一种模块化多电平换流器的控制系统及其应用方法。模块化多电平换流器的控制系统包括一个主控制单元、M₁个桥臂控制单元、一组高速数字总线、一组通讯总线；每个桥臂控制单元包括M₂个阀组控制单元，各个阀组控制单元通过光纤控制本阀组内子模块的投入、切除、旁路以及闭锁，并且实现与子模块在电气上的隔离。模块化多电平换流器子模块电压均衡算法由阀组内均压和阀组间均压两部分构成。本发明用于控制并管理模块化多电平换流器子模块的投入、切除、旁路以及闭锁，实现模块化多电平换流器子模块电压的均衡，适用于模块化多电平换流器子模块数量庞大的应用场合，可以大幅降低控制系统的设计难度，具有模块化设计、扩展性能好的特点。

主权项

一种模块化多电平换流器的控制系统的模块化多电平换流器的子模块电压均衡算法，其特征在于：所述的模块化多电平换流器的控制系统，包括一个主控制单元、M₁个桥臂控制单元，M₁等于模块化多电平换流器的桥臂数量、一组高速数字总线、一组通讯总线；每个桥臂控制单元包括M₂个阀组控制单元，各个阀组控制单元通过光纤控制本阀组内N个子模块的投入、切除、旁路以及闭锁，并且实现与子模块在电气上的隔离；主控制单元和各个阀组控制单元通过高速数字总线和通讯总线连接；所述的主控制单元的核心组成包括数字信号处理器、数字空间dSPACE、FPGA、计算机及其它用于换流器控制的处理器中的一种或多种，负责完成模块化多电平换流器系统级的控制任务以及系统级的保护；所述的阀组控制单元的核心组成为FPGA，负责完成本阀组内所有子模块电压的采集、均衡以及子模块的投入、切除、旁路、闭锁；所述的模块化多电平换流器的子模块电压均衡算法包括阀组内均压和阀组间均压；阀组内均压负责各个阀组内部子模块电压的均衡；阀组间均压负责一个桥臂内部各个阀组之间子模块电压平均值的均衡；对于模块化多电平换流器的一个桥臂，所述的阀组间均压的过程为：1)利用式(1)～(4)计算出中间变量N₁、N₂、N_VG1和N_VG2；N_a为本桥臂期望投入的子模块数；INT(x)为取整函数，即舍去x小数部分；N₁＝INT(N_a/M₂)      (1)N₂＝N_a‑M₂×N₁      (2)N_VG1＝N₁      (3)$N_{VG2}=\left\{\begin{array}{cc}{N}_1& (N_2=0)\\ N_1+1& (N_2>0)\end{array}\right.---\left(4\right)$2)对本桥臂各个阀组的子模块电压平均值U₁，U₂,…,U_M2进行排序；3)若N₂＝0，则本桥臂每个阀组期望投入N_VG1个子模块；4)若N₂>0，则依据当前的桥臂电流方向i分配子模块数；当i>0时，子模块电容充电，本桥臂内子模块电压平均值较低的N₂个阀组投入N_VG2个子模块，其余阀组投入N_VG1个子模块；当i<0时，子模块电容放电，本桥臂内子模块电压平均值较高的N₂个阀组投入N_VG2个子模块，其余阀组投入N_VG1个子模块；所述的阀组内均压的过程为：根据本阀组当前的桥臂电流方向i、本阀组内各个子模块电压的排序结果以及本阀组需要投入的子模块数N_v，来确定本阀组内各个子模块的触发脉冲；若i>0，子模块电容充电，选择投入本阀组内N_v个子模块电压较低的子模块，剩余N‑N_v个子模块切除；若i<0，子模块电容放电，选择投入本阀组内N_v个子模块电压较高的子模块，剩余N‑N_v个子模块切除。