[发明专利]基于多核控制器技术的模块化多电平换流器控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统运行和控制技术领域，尤其涉及一种基于多核控制器技术的模块化多电平换流器控制方法。

背景技术

近几年，随着风力发电、太阳能发电等可再生能源发电的发展，基于电压源换流器的轻型直流输电系统由于具有经济、灵活、高可控性等优点，得到了快速的应用和发展。轻型直流输电广泛应用于可再生能源，比如大型风电场并网、分布式发电并网、孤岛供电、大城市电网供电、非同步交流电网互联、多端直流输电等领域。

基于模块化多电平换流器(modularized multilevel converter，MMC)的高压直流输电是电压源换流器直流输电(high-voltage direct current,HVDC)技术向高电压大功率方向发展的最新成果。MMC-HVDC相比两三电平VSC-HVDC有众多优势，比如容量更大，换流阀制造难度下降，波形质量更高，损耗更低等。

单个电平数较多的MMC换流站一般由数千个子模块构成，以期实现大容量、高冗余度和低波形畸变的电压输出。而含大量子模块的拓扑结构导致电平数较多MMC控制系统建模难度很大，对于电平数较多的MMC物理控制器，不仅需要对数量巨大的子模块状态信息和触发控制字实现实时吞吐，而且必须完成子模块之间的电压均衡控制产生的大量计算，这对MMC控制器的通信和计算能力都提出了严峻的挑战。

发明内容

为了提高模块化多电平换流器的控制器处理能力，提升控制器性能，简化控制器结构，针对模块化多电平换流器运行特点，本发明提出了一种基于多核控制器技术的模块化多电平换流器控制方法，包括：

步骤1、将模块化多电平换流器的控制系统分为三层：系统级控制、换流站控制和换流阀控制，其中一个控制系统中包括多个换流站控制，每个换流站控制中包括6个换流阀控制；

步骤2、将八核DSP控制器与模块化多电平换流器相连；

步骤3、DSP控制器的第一核处理器采集换流站运行信息，包括交流侧三相电压、电流，模块化多电平换流器子模块电容电压、桥臂电流；

步骤4、DSP控制器的第一核处理器根据采集到的换流站运行信息，完成对换流站控制计算，生成6个桥臂的调制波；

步骤5、将第一核处理器生成6个桥臂的调制波并行传递到第二核到第七核这六个处理器中，并将第一核处理器采集到的6个桥臂中的子模块电容电压、桥臂电流分别传递到对应的第二核到第七核这六个处理器中；

步骤6、DSP控制器的第二核到第七核这六个处理器并行完成六个桥臂的调制计算，生成6个桥臂子模块对应的换流阀控制信号；

步骤7、6个桥臂子模块对应的换流阀控制信号传递到第一核处理器，第一核处理器将触发控制信号后从DSP输出；

步骤8、当换流站收到上级系统调度指令时，该调度指令并不直接作为控制器的输入参考值，而是启动系统级控制，确保系统在不同运行方式、不同运行点之间平稳地切换，避免超调以提高系统运行可靠性。

所述换流站控制是根据换流站运行信息计算产生6个桥臂的调制波。

所述换流阀控制是接收换流站产生的调制波，通过调制方式产生子模块的触发信号，并完成子模块的电压均衡控制。

所述换流站控制采用直接电流控制，即矢量控制，并分解为内环电流控制和外环电压控制，其中内环电流控制采用dq解耦控制。

所述换流阀控制根据调制波来确定向开关器件施加开通和关断的控制信号，利用每个子模块上的电压在交流侧产生的电压波形来逼近调制波。

所述换流阀控制采用最近电平逼近调制或载波相移正弦脉宽调制这两种方式。

所述系统级控制是当系统级控制层接收功率、频率、电压运行指令时，先对控制指令进行检测，判断是否会引起系统冲击，然后将运行指令规范在安全范围之内。

所述系统级控制将系统启停指令进行拆解，并协调安排到各换流站中进行控制。

本发明的有益效果在于：本发明设计了一种将多核技术应用到模块化多电平换流器控制器中的方法，控制器采用了8核数字信号处理器(digital signal processor，DSP)，在主核完成换流站控制计算后，将6个桥臂的换流阀控制计算部分分配在不同核之间并行计算，极大地减少计算时间，满足实时控制的要求。这种结构不仅能通过并行提高控制器的计算效率，而且换流站控制和换流阀控制之间的数据在DSP内部能灵活地传递。

附图说明

图1为实验系统主电路接线图。

图2为换流站控制图。

图3为相移载波示意图。