一種具有智能校正功能的mmc模塊電壓測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有智能校正功能的MMC模塊電壓測(cè)量方法，使用一個(gè)電壓傳感器或測(cè)量電路測(cè)量?jī)蓚€(gè)相鄰的串聯(lián)單電容模塊或一個(gè)雙電容模塊的輸出端口電壓，根據(jù)被測(cè)模塊的運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算出各自的電容電壓值，并提出電壓校正方法對(duì)各自電容的電壓進(jìn)行校正，從而降低硬件成本和復(fù)雜度，提高了可靠性。本發(fā)明適用于現(xiàn)有調(diào)制和控制策略且不受模塊運(yùn)行狀態(tài)變化規(guī)律的限制，適應(yīng)性好，通用性高，在模塊控制器中實(shí)現(xiàn)，不影響模塊其他控制功能且不增加主控制器計(jì)算負(fù)擔(dān)，適用于含較多模塊MMC的應(yīng)用場(chǎng)合，如高壓直流輸電，電力牽引等領(lǐng)域。
【專利說明】
一種具有智能校正功能的圖C模塊電壓測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電力電子應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)計(jì)一種具有智能校正功能的MMC模塊電壓測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、社會(huì)生產(chǎn)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，各種形式的電力需求不斷增長(zhǎng)，對(duì)電力電子設(shè)備的要求也越來(lái)越高，電力電子技術(shù)隨之飛速發(fā)展，其中多電平變換器因具有輸出電壓高、諧波含量低、電壓變化率小、功率開關(guān)器件電壓應(yīng)力小、開關(guān)頻率低等優(yōu)點(diǎn)正逐漸成為高壓大功率電力應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。隨著全控型電力電子器件耐壓等級(jí)和容量的不斷提升，使得采用絕緣柵雙極型晶體管構(gòu)成的多種電壓源變換器并應(yīng)用于高壓大功率場(chǎng)合成為可能。其中模塊化多電平變換器(modular multilevel converter，下文簡(jiǎn)稱MMC)如圖1所示，因?yàn)榫哂懈叨饶K化結(jié)構(gòu)而易于擴(kuò)容，具有公共直流母線可以提高系統(tǒng)可靠性且有利于降低成本，對(duì)系統(tǒng)主回路的雜散參數(shù)不敏感而易于實(shí)現(xiàn)，不平衡運(yùn)行能力、故障穿越和恢復(fù)能力強(qiáng)，輸出波形好等優(yōu)點(diǎn)，使得其較傳統(tǒng)的兩電平或三電平變換器具有一系列優(yōu)點(diǎn)，所以是近期國(guó)內(nèi)外的研究焦點(diǎn)。
[0003]MMC中因?yàn)楹休^多的模塊，電壓等級(jí)較高時(shí)一個(gè)橋臂甚至能達(dá)到數(shù)百個(gè)模塊串聯(lián)，而每個(gè)模塊的電容電壓又是系統(tǒng)控制所必須采集的重要參數(shù)，所以就意味著需要較多的電壓傳感器或電壓測(cè)量電路等硬件設(shè)施，系統(tǒng)的硬件成本和復(fù)雜度較高。模塊電壓是MMC系統(tǒng)運(yùn)行需要采集的參數(shù)中數(shù)量最多的，因此如能在模塊電壓測(cè)量方面降低硬件復(fù)雜程度，將有助于系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。隨著對(duì)MMC研究的深入，為了使MMC應(yīng)對(duì)直流故障等原因而出現(xiàn)的雙電容模塊，找到一種適用于該模塊的電壓測(cè)量方法是十分有必要的。
[0004]為了對(duì)各模塊的電容電壓進(jìn)行控制，在以往的常規(guī)方法中，需要測(cè)量所有模塊的電容電壓?，F(xiàn)有的模塊電壓測(cè)量方法都是對(duì)每個(gè)模塊的電容電壓直接進(jìn)行測(cè)量，使得每個(gè)模塊都要有相應(yīng)的電壓傳感器或電壓測(cè)量電路，硬件復(fù)雜度和成本都很大。同時(shí)，現(xiàn)有的一些測(cè)量方法不僅計(jì)算過程復(fù)雜，而且準(zhǔn)確性低，通用性低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種通用性更好，準(zhǔn)確性更高的具有智能校正功能的MMC模塊電壓測(cè)量方法。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明提供了一種具有智能校正功能的MMC模塊電壓測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1:將電壓傳感器或電壓采樣電路設(shè)置在兩個(gè)相鄰串聯(lián)的單電容模塊的輸出端口或者雙電容模塊的輸出端口，此輸出端口為采樣點(diǎn)；兩個(gè)相鄰串聯(lián)的單電容模塊或雙電容模塊中兩個(gè)模塊分別表不為模塊I和模塊2;
[0008]步驟2:模塊電壓測(cè)量初始化，設(shè)置每個(gè)模塊電壓最大門限值Ucimaxrrf，模塊電壓的最小判斷門限值Umin，電壓校正系數(shù)d的初始，并在MMC系統(tǒng)中選擇9個(gè)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)相應(yīng)參數(shù)；
[0009]步驟3:電壓傳感器或電壓采樣電路開始測(cè)量采樣點(diǎn)電壓um;
[0010]步驟4:確定兩個(gè)相鄰串聯(lián)的單電容模塊的運(yùn)行狀態(tài)或雙電容模塊中兩個(gè)分模塊的運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合步驟3中獲得的采樣點(diǎn)電壓1^獲得每個(gè)模塊的電容電壓值;其中，用Fl表示模塊I的運(yùn)行狀態(tài)變量，F(xiàn)2表示模塊2的運(yùn)行狀態(tài)變量；
[0011 ]步驟5:判斷控制是否結(jié)束，如果MMC系統(tǒng)的主控制器沒有發(fā)出控制結(jié)束指令則根據(jù)系統(tǒng)控制信號(hào)，繼續(xù)循環(huán)進(jìn)行步驟3?步驟4測(cè)量模塊電壓;如果MMC系統(tǒng)的主控制器發(fā)出控制結(jié)束指令，則結(jié)束控制；
[0012]其中，所述步驟4中所述獲得每個(gè)模塊的電容電壓值的方法為:
[0013]當(dāng)Fl = O且F2 = 0時(shí)，模塊I中的電容電壓Ucl = Ml，M1表示第一存儲(chǔ)器中的值，第一存儲(chǔ)器用于記錄模塊I中電容電壓的值，模塊2中的電容電壓uc2 = M2，M2表示第二存儲(chǔ)器中的值，第二存儲(chǔ)器用于記錄模塊2中電容電壓的值;第一存儲(chǔ)器和第二存儲(chǔ)器中的值不更新；同時(shí)，將當(dāng)前的第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值存儲(chǔ)到第八存儲(chǔ)器中；其中，第八存儲(chǔ)器用于記錄一次運(yùn)行狀態(tài)變化前第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值，用M8表示第八存儲(chǔ)器中的值；
[OOM] 當(dāng)Fl = I且F2 = O時(shí)，判斷采樣點(diǎn)處的電壓Um的范圍，如果Um<Umin或Um彡2Umin，模塊I中的電容電壓Uc1 =Ml，模塊2中的電容電壓Uc2=M2，第一存儲(chǔ)器和第二存儲(chǔ)器中的值不更新，繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)；如果11_<1^<21!_，判斷電壓校正系數(shù)的計(jì)算標(biāo)志位是否為1，其中第九存儲(chǔ)器用于記錄電壓校正系數(shù)的標(biāo)志位，用M9表示第9存儲(chǔ)器中的值;如果電壓校正系數(shù)的計(jì)算標(biāo)志位為I，則將此時(shí)采樣點(diǎn)處的電壓um存儲(chǔ)到第五存儲(chǔ)器中，M5表示第五存儲(chǔ)器中的值，根據(jù)公式d=( |M5-M3| )/( |M1+M2-M3-M4| )計(jì)算電壓校正系數(shù)d并更新原來(lái)的電壓校正系數(shù)，第七存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)電壓校正系數(shù)d的值，M7表示第七存儲(chǔ)器中的值，然后將第九存儲(chǔ)器的值更新為O;此時(shí)模塊I中的電容電壓U。:為此次采樣點(diǎn)處的電壓值um，模塊2中的電容電壓Uc2不變;更新第一存儲(chǔ)器中的值，并將第八存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)當(dāng)前的第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值;如果不電壓校正系數(shù)的計(jì)算標(biāo)志位不為I，直接使得模塊I中的電容電壓1^為此次采樣點(diǎn)處的電壓值1^，模塊2中的電容電壓1!。2不變;更新第一存儲(chǔ)器中的值，并將第八存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)當(dāng)前的第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值；
[0015]當(dāng)Fl =0且F2= I時(shí)，判斷采樣點(diǎn)處的電壓Um的范圍，如果Um<Umin或Um彡2Umin，模塊I中的電容電壓Uc1 =Ml，模塊2中的電容電壓Uc2=M2，第一存儲(chǔ)器和第二存儲(chǔ)器中的值不更新，繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)；如果Umiη < Um < 2Umin，判斷電壓校正系數(shù)的計(jì)算標(biāo)志位為I，如果電壓校正系數(shù)的計(jì)算標(biāo)志位為I，則將此時(shí)采樣點(diǎn)處的電壓Um存儲(chǔ)到第六存儲(chǔ)器中，Μ6表示第六存儲(chǔ)器中的值;根據(jù)公式l-d=( |M6-M4| )/( IM1+M2-M3-M4I )計(jì)算電壓校正系數(shù)d并更新原來(lái)的電壓校正系數(shù)，然后將更新后的值存儲(chǔ)到第七存儲(chǔ)器中，再將第九存儲(chǔ)器的值更新為O;此時(shí)模塊2中的電容電壓11。2為此次采樣點(diǎn)處的電壓值um，模塊I中的電容電壓Ucl不變;更新第二存儲(chǔ)器中的值，并在第八存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)當(dāng)前的第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值;如果壓校正系數(shù)的計(jì)算標(biāo)志位不為I，直接使得模塊2中的電容電壓1!。2為此次采樣點(diǎn)處的電壓值um，模塊I中的電容電壓ucl不變;更新第二存儲(chǔ)器中的值，并在第八存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)當(dāng)前的第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值；
[0016]當(dāng)FI= I且F2 = I時(shí)，判斷測(cè)量電壓1^的范圍，如果um< 2umin時(shí)，模塊I中的電容電壓Uci = Ml，模塊2中的電容電壓Uc2=M2，第一存儲(chǔ)器和第二存儲(chǔ)器中的值不更新，繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)；如果Um>2umin，判斷前一次運(yùn)行狀態(tài)是否為Fl = I且F2 = O或FI = O且F2 = I或FI = O且F2=O，如果符合三種情況中的一種，則將此時(shí)第一存儲(chǔ)器中的值存儲(chǔ)到第三存儲(chǔ)器中，將此時(shí)第二存儲(chǔ)器中的值存儲(chǔ)到第四存儲(chǔ)器中，第九存儲(chǔ)器中的值更新為I，用M3表示第三存儲(chǔ)器中的值，M4表示第四存儲(chǔ)器中的值;并根據(jù)公式Uvl = (Um-Ml-M2) XM7計(jì)算模塊I的電壓變化量Uvl，根據(jù)公式Uv2 = (Um-Ml-M2) X (1-M7)計(jì)算模塊2的電壓變化量Uv2;如果均不符合三種情況，直接計(jì)算模塊I的電壓變化量Uvl和模塊2的電壓變化量Uv2，此時(shí)，模塊I中的電容電壓ucl=Ml+uvl，模塊2中的電容電壓uc2=M2+uv2 ;并更新模塊I和模塊2的電容電壓存儲(chǔ)值;更新第一存儲(chǔ)器和第二存儲(chǔ)器中的值，并將第八存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)當(dāng)前的第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值。
[0017]進(jìn)一步，所述電壓校正系統(tǒng)d的初值為0.5，在計(jì)算過電壓校正系數(shù)d后，將計(jì)算出的電壓校正系數(shù)d與電壓校正系數(shù)d的變化范圍進(jìn)行比較，如果計(jì)算出的電壓校正系數(shù)d在變化范圍內(nèi)，則用計(jì)算出的電壓校正系數(shù)d更新到第七存儲(chǔ)器中的值，如果電壓校正系數(shù)不在變化范圍內(nèi)，則不更新第七存儲(chǔ)器中的電壓校正系數(shù)。電壓校正系數(shù)反映了被測(cè)量的兩個(gè)模塊電容容量比值，這樣定時(shí)更新電壓校正系數(shù)可以使測(cè)量的結(jié)果更加準(zhǔn)確。
[0018]進(jìn)一步，所述電壓校正系數(shù)d的變化范圍為0.4-0.6。這樣使測(cè)量的結(jié)果更加準(zhǔn)確，有效避免干擾等因素的影響。
[0019]進(jìn)一步，當(dāng)MMC正常運(yùn)行時(shí)，所述步驟4中兩個(gè)相鄰串聯(lián)的單電容模塊的運(yùn)行狀態(tài)或雙電容模塊中兩個(gè)模塊的運(yùn)行狀態(tài)根據(jù)每個(gè)模塊中的開關(guān)器件的導(dǎo)通或關(guān)斷的狀態(tài)進(jìn)行判斷。
[0020]進(jìn)一步，當(dāng)MMC發(fā)生高壓直流側(cè)短路故障時(shí)，所述步驟4中兩個(gè)相鄰串聯(lián)的單電容模塊的運(yùn)行狀態(tài)或雙電容模塊中兩個(gè)模塊的運(yùn)行狀態(tài)根據(jù)每個(gè)模塊拓?fù)浜徒?jīng)過該模塊的電流方向進(jìn)行設(shè)定。
[0021 ]進(jìn)一步，所述獲得電流方向的方法為:取最近兩次獲得的模塊的電容電壓值，用最后一次獲得的模塊電容電壓值減去倒數(shù)第二次獲得的電容電壓值，根據(jù)獲得結(jié)果的正負(fù)值判斷經(jīng)過該模塊的電流方向，如果為正則電流正向流入，如果為負(fù)則電流反向流入。
[0022]進(jìn)一步，所述獲得電流方向的方法為:將各橋臂電流測(cè)量電路得到的電流值，經(jīng)由MMC主控制器發(fā)送給模塊控制器進(jìn)行電流的方向的判斷。
[0023]進(jìn)一步，所述獲得電流方向的方法為:所述采集點(diǎn)處的電壓um的采集頻率不小于測(cè)量的模塊等效開關(guān)頻率最高值的兩倍。
[0024]進(jìn)一步，所述模塊電壓最大門限值Ucdmaxrrf為1.2倍的單個(gè)電容電壓額定值，最小判斷門限值UminS0.8倍的的單個(gè)電容電壓額定值。
[0025]工作原理:本發(fā)明選擇在兩個(gè)相鄰串聯(lián)的單電容模塊或雙電容模塊的輸出端口進(jìn)行電壓測(cè)量，然后根據(jù)測(cè)量獲得的電壓值分別獲得每個(gè)電容模塊的電壓。在獲取每個(gè)電容模塊的電壓時(shí)，提供了兩種電壓校正系數(shù)的計(jì)算公式，同時(shí)引用了電壓校正系數(shù)的標(biāo)志位來(lái)判斷是否計(jì)算電壓校正系數(shù)，這樣對(duì)兩個(gè)模塊的運(yùn)行狀態(tài)沒有限制，判斷更加簡(jiǎn)單。從而使每個(gè)電容模塊的電壓測(cè)量的結(jié)果更加準(zhǔn)確。。
[0026]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明減少了判斷條件，優(yōu)化了算法，不受運(yùn)行狀態(tài)變化規(guī)律的限制，可適用于各種運(yùn)行狀態(tài)變化規(guī)律，通用性更好，可靠性更高?？梢栽陔p電容模塊電壓的測(cè)量和故障診斷中有著很好的作用，而且該電壓測(cè)量方法適合應(yīng)用于現(xiàn)在所有的MMC的調(diào)制策略和控制策略。
【附圖說明】
[0027]圖1為模塊化多電平變換器的整體原理框圖；
[0028]圖2為四種含有兩個(gè)電容的模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中(a)表示兩個(gè)半橋單電容模塊串聯(lián)的電壓采集點(diǎn)原理框圖，(b)表示雙電容模塊的電壓采集點(diǎn)原理框圖，(C)表示不對(duì)稱交叉型雙電容模塊的電壓采集點(diǎn)原理框圖，(d)表示一個(gè)半橋單電容模塊和一個(gè)全橋單電容模塊串聯(lián)的電壓采集點(diǎn)原理框圖；
[0029]圖3為本發(fā)明提供的測(cè)量方法的流程圖；
[0030]圖4為模塊狀態(tài)[FlF2]確定方法示意圖，其中(a)表示正常運(yùn)行情況下的確定方法示意圖，(b)表示驅(qū)動(dòng)信號(hào)封鎖情況下的確定方法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0032]實(shí)施例:
[0033]本發(fā)明提供的方法適用于MMC中的所有模塊輸出電壓大于等于O的單電容或雙電容模塊。
[0034]如圖2(b)所示的雙電容模塊可以在模塊正常工作時(shí)視為多種雙電容模塊的簡(jiǎn)化或等效拓?fù)?，且與如圖2(a)所示的兩個(gè)半橋單電容模塊串聯(lián)拓?fù)涔ぷ髟硐嗤虼艘匀鐖D2 (b)所示的雙電容模塊為例。
[0035]所提出的一種MMC模塊電壓測(cè)量方法的電壓采集點(diǎn)選擇在如圖2(b)所示的雙電容模塊的輸出端口，本發(fā)明提供的方法在MMC系統(tǒng)的模塊控制器中實(shí)現(xiàn)。
[0036]如圖3所示，一種MMC模塊電壓測(cè)量方法包含以下步驟:
[0037]步驟1:將電壓傳感器或電壓采樣電路設(shè)置在雙電容模塊的輸出端口，此輸出端口為采樣點(diǎn);雙電容模塊中兩個(gè)模塊分別表示為模塊I和模塊2;
[0038]步驟2:模塊電壓測(cè)量初始化，設(shè)置每個(gè)模塊電壓最大門限值Ucimaxrrf為1.2倍的單個(gè)電容電壓額定值，模塊電壓的最小判斷門限值UminS0.8倍的的單個(gè)電容電壓額定值，因?yàn)槟K電容在設(shè)計(jì)時(shí)要求電容值相等，因此電壓校正系數(shù)d的初始值設(shè)為0.5，并在MMC系統(tǒng)中選擇9個(gè)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)相應(yīng)參數(shù);其中，電壓校正系數(shù)d存儲(chǔ)到第七存儲(chǔ)器中，M7表示第七存儲(chǔ)器中的值。
[0039]步驟3:電壓傳感器或電壓采樣電路開始測(cè)量采樣點(diǎn)電壓um;電壓采樣的頻率應(yīng)高于所測(cè)模塊等效開關(guān)頻率最高值的兩倍以上。
[0040]步驟4:確定雙電容模塊中兩個(gè)模塊的運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合步驟3中獲得的采樣點(diǎn)電壓um獲得每個(gè)模塊的電容電壓值;其中，雙電容模塊的運(yùn)行狀態(tài)用[FI F2 ]表示，F(xiàn)I表示模塊I的運(yùn)行狀態(tài)變量，F(xiàn)2表示模塊2的運(yùn)行狀態(tài)變量。
[0041 ] MMC正常運(yùn)行時(shí)，如圖4(a)所示，考慮開關(guān)器件的導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)間、電壓信號(hào)采集和讀取的時(shí)間延遲，正常運(yùn)行時(shí)模塊的運(yùn)行狀態(tài)可以用模塊中的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)表示，模塊I中Tl和T2的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，Tl導(dǎo)通時(shí)，模塊I輸出為正電壓，經(jīng)過延遲后Fl = I，T1關(guān)斷時(shí)，模塊I輸出為O，經(jīng)過延遲Fl = O。同樣地，模塊2中T3和T4的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，T3導(dǎo)通時(shí)，模塊2輸出為正電壓，經(jīng)過延遲后F2 = I，T3關(guān)斷時(shí)，模塊2輸出為O，經(jīng)過延遲F2 = O。
[0042]如果MMC發(fā)生高壓直流側(cè)短路故障，此時(shí)所有開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)將被封鎖，或者模塊開關(guān)器件本身發(fā)生短路故障，為保護(hù)系統(tǒng)將該模塊開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行封鎖，這種情況下開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)被封鎖模塊電壓的測(cè)量不再判斷模塊開關(guān)器件的工作狀態(tài)，而是如圖4(b)所示，根據(jù)不同的模塊拓?fù)漕愋秃徒?jīng)過該模塊的電流方向設(shè)定[Fl F2]的值，然后根據(jù)[Fl F2]的值結(jié)合模塊電壓通用測(cè)量方法測(cè)得模塊電壓。其中電流方向信號(hào)可以由送至MMC主控制器的各橋臂電流測(cè)量電路得到的電流值，經(jīng)由麗C主控制器發(fā)送給模塊控制器進(jìn)行判斷電流的方向，也可以根據(jù)記錄最近兩次測(cè)得的模塊電壓判斷，用最后一次測(cè)得的電壓減去倒數(shù)第二次測(cè)得的電壓，如果為正則電流正向流入，如果為負(fù)則電流反向流入。如圖2(a)所示的兩個(gè)半橋單電容模塊的串聯(lián)拓?fù)?，模塊I和模塊2的開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)都被封鎖后的[Fl F2]的值在電流正向流入該拓?fù)鋾r(shí)設(shè)定為[I I]，電流反向流入時(shí)設(shè)定為[O O]，假設(shè)該拓?fù)渲兄挥心KI的開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)被封鎖，而模塊2正常工作，則[Fl F2]的值在電流正向流入該拓?fù)鋾r(shí)設(shè)定為[I F2]，電流反向流入時(shí)設(shè)定為[O F2]，其中F2表示模塊2的運(yùn)行狀態(tài);如圖2(b)所示的雙電容模塊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所有開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)被封鎖后的[Fl F2]的值在電流正向流入時(shí)設(shè)定為[I I]，反向流入時(shí)設(shè)定為[O O];如圖2(c)所不的不對(duì)稱交叉型雙電容模塊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所有開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)被封鎖后的[FI F 2 ]的值不管電流方向怎樣都被設(shè)定為[I I];如圖2(d)所示的一個(gè)半橋單電容模塊和一個(gè)全橋單電容模塊串聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所有開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)被封鎖后的[Fl F2]的值在電流正向流入時(shí)設(shè)定為[I I]，反向流入時(shí)設(shè)定為[O Ho
[0043]當(dāng)[FlF2] = [0 O]時(shí)，模塊I中的電容電壓Ucl=Ml，M1表示第一存儲(chǔ)器中的值，第一存儲(chǔ)器用于記錄模塊I中電容電壓的值，模塊2中的電容電壓uc2=M2，M2表示第二存儲(chǔ)器中的值，第二存儲(chǔ)器用于記錄模塊2中電容電壓的值;第一存儲(chǔ)器和第二存儲(chǔ)器中的值不更新；同時(shí)，第八存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)當(dāng)前的第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值，即M8= [Fl F2];其中，第八存儲(chǔ)器用于記錄一次運(yùn)行狀態(tài)變化前第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值，用M8表示第八存儲(chǔ)器中的值；
[0044]當(dāng)[FlF2] = [I O]時(shí)，判斷采樣點(diǎn)處的電壓Um的范圍，如果UmSUmin或Um彡2Umin，模塊I中的電容電壓Ucl=Ml，模塊2中的電容電壓uc2=M2，第一存儲(chǔ)器和第二存儲(chǔ)器中的值不更新，繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)；如果11_<1^<21!_，判斷是否M9=l，其中第九存儲(chǔ)器用于記錄電壓校正系數(shù)的計(jì)算標(biāo)志位，用M9表示第九存儲(chǔ)器中的值，如果M9 = l，則將此時(shí)采樣點(diǎn)處的電壓1^存儲(chǔ)到第五存儲(chǔ)器中，M5表示第五存儲(chǔ)器中的值;然后根據(jù)公式d= ( |M5-M3 I )/( |M1 +M2-M3-M4| )計(jì)算電壓校正系數(shù)d。其中，M3表示第三存儲(chǔ)器中的值，M4表示第四存儲(chǔ)器中的值，第三存儲(chǔ)器中初值為模塊I電容電壓的額定值，第四存儲(chǔ)器中初值為模塊2電容電壓的額定值。為了避免干擾等因素的影響，在更新第七存儲(chǔ)器中的值之前，最好對(duì)計(jì)算出的電壓校正系數(shù)d進(jìn)行判斷。在工程中模塊電容的誤差一般情況下最大為20%，因此在誤差為20%時(shí)，電壓校正系數(shù)的變化范圍為0.4-0.6，所以電壓校正系數(shù)應(yīng)在此范圍內(nèi)，如果電壓校正系數(shù)在變化范圍內(nèi)，則將本次計(jì)算得到的新的電壓校正系數(shù)存儲(chǔ)到第七存儲(chǔ)器中，如果電壓校正系數(shù)不在變化范圍內(nèi)，則本次不更新電壓校正系數(shù)，電壓校正系數(shù)仍為存儲(chǔ)在第七存儲(chǔ)器中的值。然后第九存儲(chǔ)器的值更新為O;此時(shí)模塊I中的電容電壓Ucl為此次采樣點(diǎn)處的電壓值Um，模塊2中的電容電壓Uc2不變;更新第一存儲(chǔ)器中的值，第八存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)當(dāng)前的第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值;如果M9 = 0，直接使得模塊I中的電容電壓Uc；1為此次采樣點(diǎn)處的電壓值um，模塊2中的電容電壓Uc2不變;更新第一存儲(chǔ)器中的值，并將第八存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)當(dāng)前的第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值；
[0045]當(dāng)[FlF2] = [O I]時(shí)，判斷采樣點(diǎn)處的電壓Um的范圍，如果Um<Umin或Um彡2Umin，模塊I中的電容電壓Ucl=Ml，模塊2中的電容電壓uc2=M2，第一存儲(chǔ)器和第二存儲(chǔ)器中的值不更新，繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)；如果Umin<Um<2Umin，判斷是否(M9= I )，如果M9 = I，則將此時(shí)采樣點(diǎn)處的電壓1^存儲(chǔ)到第六存儲(chǔ)器中，M6表示第六存儲(chǔ)器中的值;然后根據(jù)公式l-d=( IM6-M4
)/( |M1+M2-M3-M4| )計(jì)算電壓校正系數(shù)d，然后將計(jì)算出的電壓校正系數(shù)d與電壓校正系數(shù)的變化范圍進(jìn)行比較，在如果計(jì)算出的電壓校正系數(shù)d在0.4-0.6范圍內(nèi)，則將本次計(jì)算得到的新的電壓校正系數(shù)存儲(chǔ)到第七存儲(chǔ)器中，如果計(jì)算出的電壓校正系數(shù)d不在0.4-0.6范圍內(nèi)，則本次不更新電壓校正系數(shù)，電壓校正系數(shù)仍為存儲(chǔ)在第七存儲(chǔ)器中的值，同時(shí)，將第九存儲(chǔ)器的值更新為O;此時(shí)模塊2中的電容電壓1!。2為此次采樣點(diǎn)處的電壓值um，模塊I中的電容電壓Uc1不變;更新第二存儲(chǔ)器中的值，第八存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)當(dāng)前的第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值;如果M9 = 0，直接使得模塊2中的電容電壓1!。2為此次采樣點(diǎn)處的電壓值um，模塊I中的電容電壓Uc1不變;更新第二存儲(chǔ)器中的值，第八存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)當(dāng)前的第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值；
[0046]當(dāng)[FlF2] = [l I]時(shí)，判斷測(cè)量電壓^的范圍，如果um<2umin時(shí)，模塊I中的電容電壓ucl=Ml，模塊2中的電容電壓uc2 = M2，第一存儲(chǔ)器和第二存儲(chǔ)器中的值不更新，繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)；如果um>2umin，判斷M8是否等于[I O]或[O I]或[I I]，如果符合三種情況中的一種，則將此時(shí)第一存儲(chǔ)器中的值存儲(chǔ)到第三存儲(chǔ)器中，將此時(shí)第二存儲(chǔ)器中的值存儲(chǔ)到第四存儲(chǔ)器中，用M3表示第三存儲(chǔ)器中的值，M4表示第四存儲(chǔ)器中的值，第九存儲(chǔ)器中的值更新為I ；即M3 = Ml，M4=M2，M9 = I;然后計(jì)算模塊I的電壓變化量Uvl和模塊2的電壓變化量uv2 ；如果均不符合三種情況，直接計(jì)算模塊I的電壓變化量Uv1和模塊2的電壓變化量uv2，其中，Uv1=(Um-Ml-M2) X M7，Uv2 = (Um-Ml-M2) X (1-M7)。此時(shí)，模塊I 中的電容電壓uci=Ml+uvi，模塊2中的電容電壓uc2 = M2+Uv2 ；并更新模塊I和模塊2的電容電壓存儲(chǔ)值;更新第一存儲(chǔ)器和第二存儲(chǔ)器中的值，并將第八存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)當(dāng)前的第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值。
[0047]步驟5:判斷控制是否結(jié)束，如果MMC系統(tǒng)的主控制器沒有發(fā)出控制結(jié)束指令則根據(jù)系統(tǒng)控制信號(hào)，繼續(xù)循環(huán)進(jìn)行步驟3?步驟4測(cè)量模塊電壓;如果MMC系統(tǒng)的主控制器發(fā)出控制結(jié)束指令，則結(jié)束控制。
[0048]電壓校正系數(shù)反映了被測(cè)量的兩個(gè)模塊電容容量比值，這個(gè)值相對(duì)變化較小，為了能夠更加簡(jiǎn)單，快速并且準(zhǔn)確的獲得電壓值，在工程實(shí)際應(yīng)用中可通過定時(shí)或計(jì)次的方法來(lái)降低電壓校正系數(shù)運(yùn)算次數(shù)，即如果電壓校正系數(shù)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)或多次計(jì)算后均保持不變，則可以隔一段運(yùn)行時(shí)間或計(jì)數(shù)后再對(duì)電壓校正系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有智能校正功能的的MMC模塊電壓測(cè)量方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:將電壓傳感器或電壓采樣電路設(shè)置在兩個(gè)相鄰串聯(lián)的單電容模塊的輸出端口或者雙電容模塊的輸出端口，此輸出端口為采樣點(diǎn)；兩個(gè)相鄰串聯(lián)的單電容模塊或雙電容模塊中兩個(gè)模塊分別表不為模塊I和模塊2; 步驟2:模塊電壓測(cè)量初始化，設(shè)置每個(gè)模塊電壓最大門限值Uc^imaxre3f，模塊電壓的最小判斷門限值umin，電壓校正系數(shù)d的初始值，并在MMC系統(tǒng)中選擇9個(gè)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)相應(yīng)參數(shù)；步驟3:電壓傳感器或電壓采樣電路開始測(cè)量采樣點(diǎn)電壓um; 步驟4:確定兩個(gè)相鄰串聯(lián)的單電容模塊的運(yùn)行狀態(tài)或雙電容模塊中兩個(gè)分模塊的運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合步驟3中獲得的采樣點(diǎn)電壓1^獲得每個(gè)模塊的電容電壓值;其中，用Fl表示模塊I的運(yùn)行狀態(tài)變量，F(xiàn)2表示模塊2的運(yùn)行狀態(tài)變量； 步驟5:判斷控制是否結(jié)束，如果MMC系統(tǒng)的主控制器沒有發(fā)出控制結(jié)束指令則根據(jù)系統(tǒng)控制信號(hào)，繼續(xù)循環(huán)進(jìn)行步驟3?步驟4測(cè)量模塊電壓;如果MMC系統(tǒng)的主控制器發(fā)出控制結(jié)束指令，則結(jié)束控制； 其中，所述步驟4中所述獲得每個(gè)模塊的電容電壓值的方法為: 當(dāng)Fl = O且F2 = 0時(shí)，模塊I中的電容電壓Ucl = Ml，M1表示第一存儲(chǔ)器中的值，第一存儲(chǔ)器用于記錄模塊I中電容電壓的值，模塊2中的電容電壓Uc2=M2，M2表示第二存儲(chǔ)器中的值，第二存儲(chǔ)器用于記錄模塊2中電容電壓的值;第一存儲(chǔ)器和第二存儲(chǔ)器中的值不更新；同時(shí)，將當(dāng)前的第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值存儲(chǔ)到第八存儲(chǔ)器中；其中，第八存儲(chǔ)器用于記錄一次運(yùn)行狀態(tài)變化前第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值，用M8表示第八存儲(chǔ)器中的值； 當(dāng)FI = I且F2 = O時(shí)，判斷采樣點(diǎn)處的電壓Um的范圍，如果Um<Umin或Um彡2llmin，模塊I中的電容電壓Ucl=Ml，模塊2中的電容電壓uc2 = M2，第一存儲(chǔ)器和第二存儲(chǔ)器中的值不更新，繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè);如果11_<1^<21!_，判斷電壓校正系數(shù)的計(jì)算標(biāo)志位是否為1，其中第九存儲(chǔ)器用于記錄電壓校正系數(shù)的標(biāo)志位，用M9表示第9存儲(chǔ)器中的值;如果電壓校正系數(shù)的計(jì)算標(biāo)志位為I，則將此時(shí)采樣點(diǎn)處的電壓1^存儲(chǔ)到第五存儲(chǔ)器中，M5表示第五存儲(chǔ)器中的值，根據(jù)公式d=( |M5-M3| )/( |M1+M2-M3-M4| )計(jì)算電壓校正系數(shù)d并更新原來(lái)的電壓校正系數(shù)，第七存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)電壓校正系數(shù)d的值，M7表示第七存儲(chǔ)器中的值，然后將第九存儲(chǔ)器的值更新為O;此時(shí)模塊I中的電容電壓U。:為此次采樣點(diǎn)處的電壓值um，模塊2中的電容電壓Uc2不變;更新第一存儲(chǔ)器中的值，并將第八存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)當(dāng)前的第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值;如果電壓校正系數(shù)的計(jì)算標(biāo)志位不為I，直接使得模塊I中的電容電壓為此次采樣點(diǎn)處的電壓值，模塊2中的電容電壓1!。2不變;更新第一存儲(chǔ)器中的值，并將第八存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)當(dāng)前的第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值； 當(dāng)FI = O且F2 = I時(shí)，判斷采樣點(diǎn)處的電壓Um的范圍，如果Um< Umin或Um彡2llmin，模塊I中的電容電壓Ucl=Ml，模塊2中的電容電壓uc2 = M2，第一存儲(chǔ)器和第二存儲(chǔ)器中的值不更新，繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè);如果Umin<Um<2Umin，判斷電壓校正系數(shù)的計(jì)算標(biāo)志位為I，如果電壓校正系數(shù)的計(jì)算標(biāo)志位為I，則將此時(shí)采樣點(diǎn)處的電壓Um存儲(chǔ)到第六存儲(chǔ)器中，M6表示第六存儲(chǔ)器中的值;根據(jù)公式l-d=( |M6-M4| )/( IM1+M2-M3-M4I )計(jì)算電壓校正系數(shù)d并更新原來(lái)的電壓校正系數(shù)，然后將更新后的值存儲(chǔ)到第七存儲(chǔ)器中，再將第九存儲(chǔ)器的值更新為O;此時(shí)模塊2中的電容電壓11。2為此次采樣點(diǎn)處的電壓值Um，模塊I中的電容電壓Ud不變;更新第二存儲(chǔ)器中的值，并在第八存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)當(dāng)前的第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值;如果壓校正系數(shù)的計(jì)算標(biāo)志位不為I，直接使得模塊2中的電容電壓1!。2為此次采樣點(diǎn)處的電壓值um，模塊I中的電容電壓Uc1不變;更新第二存儲(chǔ)器中的值，并在第八存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)當(dāng)前的第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值； 當(dāng)FI = I且F2 = I時(shí)，判斷測(cè)量電壓Um的范圍，如果Um< 2Umin時(shí)，模塊I中的電容電壓Ucl =Ml，模塊2中的電容電壓uc2=M2，第一存儲(chǔ)器和第二存儲(chǔ)器中的值不更新，繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè);如果um>2umin，判斷前一次運(yùn)行狀態(tài)是否為Fl = I且F2 = O或Fl = O且F2 = I或Fl = O且F2 = O，如果符合三種情況中的一種，則將此時(shí)第一存儲(chǔ)器中的值存儲(chǔ)到第三存儲(chǔ)器中，將此時(shí)第二存儲(chǔ)器中的值存儲(chǔ)到第四存儲(chǔ)器中，第九存儲(chǔ)器中的值更新為I，用M3表示第三存儲(chǔ)器中的值，M4表示第四存儲(chǔ)器中的值;并根據(jù)公式Uvl = (Um-Ml-M2) XM7計(jì)算模塊I的電壓變化量uvl，根據(jù)公式Uv2= (Um-Ml-M2) X (1-M7)計(jì)算模塊2的電壓變化量uv2;如果均不符合三種情況，直接計(jì)算模塊I的電壓變化量Uvl和模塊2的電壓變化量Uv2，此時(shí)，模塊I中的電容電壓Uc1=Ml+uvl，模塊2中的電容電壓uc2=M2+uv2 ;并更新模塊I和模塊2的電容電壓存儲(chǔ)值;更新第一存儲(chǔ)器和第二存儲(chǔ)器中的值，并將第八存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)當(dāng)前的第一模塊和第二模塊的狀態(tài)值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有智能校正功能的MMC模塊電壓測(cè)量方法，其特征在于:所述電壓校正系統(tǒng)d的初值為0.5，在計(jì)算過電壓校正系數(shù)d后，將計(jì)算出的電壓校正系數(shù)d與電壓校正系數(shù)d的變化范圍進(jìn)行比較，如果計(jì)算出的電壓校正系數(shù)d在變化范圍內(nèi)，則用計(jì)算出的電壓校正系數(shù)d更新到第七存儲(chǔ)器中的值，如果電壓校正系數(shù)不在變化范圍內(nèi)，則不更新第七存儲(chǔ)器中的電壓校正系數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有智能校正功能的MMC模塊電壓測(cè)量方法，其特征在于:所述電壓校正系數(shù)d的變化范圍為0.4-0.6。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有智能校正功能的MMC模塊電壓測(cè)量方法，其特征在于:當(dāng)MMC正常運(yùn)行時(shí)，所述步驟4中兩個(gè)相鄰串聯(lián)的單電容模塊的運(yùn)行狀態(tài)或雙電容模塊中兩個(gè)模塊的運(yùn)行狀態(tài)根據(jù)每個(gè)模塊中的開關(guān)器件的導(dǎo)通或關(guān)斷的狀態(tài)進(jìn)行判斷。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有智能校正功能的MMC模塊電壓測(cè)量方法，其特征在于:當(dāng)MMC發(fā)生高壓直流側(cè)短路故障時(shí)，所述步驟4中兩個(gè)相鄰串聯(lián)的單電容模塊的運(yùn)行狀態(tài)或雙電容模塊中兩個(gè)模塊的運(yùn)行狀態(tài)根據(jù)每個(gè)模塊拓?fù)浜徒?jīng)過該模塊的電流方向進(jìn)行設(shè)定。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有智能校正功能的MMC模塊電壓測(cè)量方法，其特征在于:所述獲得電流方向的方法為:取最近兩次獲得的模塊的電容電壓值，用最后一次獲得的模塊電容電壓值減去倒數(shù)第二次獲得的電容電壓值，根據(jù)獲得結(jié)果的正負(fù)值判斷經(jīng)過該模塊的電流方向，如果為正則電流正向流入，如果為負(fù)則電流反向流入。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有智能校正功能的MMC模塊電壓測(cè)量方法，其特征在于:所述獲得電流方向的方法為:將各橋臂電流測(cè)量電路得到的電流值，經(jīng)由MMC主控制器發(fā)送給模塊控制器進(jìn)行電流的方向的判斷。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有智能校正功能的MMC模塊電壓測(cè)量方法，其特征在于:所述獲得電流方向的方法為:所述采集點(diǎn)處的電壓的采集頻率不小于測(cè)量的模塊等效開關(guān)頻率最高值的兩倍。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有智能校正功能的MMC模塊電壓測(cè)量方法，其特征在于:所述模塊電壓最大門限值Ucimaxrrf為1.2倍的單個(gè)電容電壓額定值，最小判斷門限值UminS0.8倍的的單個(gè)電容電壓額定值。
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK105911327SQ201610262360
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月25日
【發(fā)明人】李東野, 趙劍鋒
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)