基于分层复合控制的环流抑制方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及模块化多电平变换器技术领域，具体涉及基于分层复合控制的环流抑制方法、装置、设备及介质。

背景技术

模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter，MMC)与传统的两电平变换器相比，其具有模块化设计的优势，这使得MMC具有良好的扩展性，方便电压等级的提升。

MMC正常工作时，子模块按照采样时刻呈正弦规律进行投入和切除，子模块作为MMC的核心组成单元，其工作状态的正常与否直接影响换流器的安全稳定运行。在实际输电工程中，为了适配较高的输电电压等级，常需要级联大量数目的子模块，但受一些现场运行和环境因素的影响，一些子模块难免会发生故障。在对子模块的故障进行容错控制时，MMC通常会不对称运行，此时会出现环流，扰乱MMC子模块故障后的稳定运行，保证MMC子模块故障后的稳定运行的方法为环流抑制。

相关技术中，常见的实现环流抑制的方法为多倍频比例谐振环流抑制方法，改变子模块的平均开关频率的环流抑制方法，其可以抑制子模块故障后不对称运行引起的环流，但其需要提升子模块的运行电压，增加了对器件应力的要求，并且其需要知道子模块的具体故障数目信息，增加了控制系统的通信负担，并且，在环流抑制过程中，仅可抑制二倍频的环流，若要抑制非二倍频环流时，方案设计困难。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于分层复合控制的环流抑制方法、装置、设备及介质，以解决需要提升子模块的运行电压的问题。

第一方面，本发明提供了一种基于分层复合控制的环流抑制方法，包括：根据准比例谐振控制方法获取第一修正值，将第一修正值叠加到调制波上，以使模块化多电平变换器根据第一调制波运行，第一调制波用于抑制二倍频环流；获取故障相中的基频环流的第一基频环流分量和第二基频环流分量，第一基频环流分量为基频环流在d轴的分量，第二基频环流分量为基频环流在q轴的分量；将第一基频环流分量和第二基频环流分量输入至第一关系式中，得到第一电压波动分量和第二电压波动分量，第一关系式用于表征基频环流和电压波动量在dq坐标系中的关系，第一电压波动分量为电压波动量在d轴的分量，第二电压波动分量为电压波动量在q轴的分量；根据第一电压波动分量和第二电压波动分量计算第二修正值；将第二修正值叠加到第一调制波上，以使模块化多电平变换器根据第二调制波运行，第二调制波用于抑制基频环流和二倍频环流。

有益效果：本发明实施例根据准比例谐振控制方法获取第一修正值，将第一修正值叠加到调制波上，以使模块化多电平变换器根据第一调制波运行，第一调制波用于抑制二倍频环流，即根据准比例谐振控制方法对二倍频环流进行抑制。本发明实施例获取故障相中的基频环流的第一基频环流分量和第二基频环流分量，第一基频环流分量为基频环流在d轴的分量，第二基频环流分量为基频环流在q轴的分量，在模块化多电平变换器中子模块故障时，模块化多电平变换器不对称运行，此时，基频环流出现，影响模块化多电平变换器稳定运行，本发明实施例通过虚拟同步旋转坐标变换，也就转化到dq坐标系下进行处理，实现对子模块故障相基频环流的独立获取。本发明实施例将第一基频环流分量和第二基频环流分量输入至第一关系式中，得到第一电压波动分量和第二电压波动分量，第一关系式用于表征基频环流和电压波动量在dq坐标系中的关系，第一电压波动分量为电压波动量在d轴的分量，第二电压波动分量为电压波动量在q轴的分量，根据第一电压波动分量和第二电压波动分量计算第二修正值，将第二修正值叠加到第一调制波上，以使模块化多电平变换器根据第二调制波运行。本发明实施例对于基频环流的抑制与相关技术相比，既可实现对二倍频环流进行抑制，也可实现对基频环流的抑制，无需对多种不同倍频次的谐振控制器的进行并联使用，降低了系统设计的复杂度，无需提升子模块的运行电压，降低了对器件应力的要求，并且无需得知子模块的具体故障数目信息，降低了控制系统的通信负担。

在一种可选的实施方式中，在根据准比例谐振控制方法获取第一修正值之前，该方法还包括：采用直流积分器与二阶广义积分器组合的第一带通滤波器获取所述二倍频环流。

有益效果：采用直流积分器与二阶广义积分器组合的第一带通滤波器获取所述二倍频环流，实现对二倍频环流的快速跟踪。

在一种可选的实施方式中，获取故障相中的基频环流的第一基频环流分量和第二基频环流分量，包括：获取基频环流；对基频环流进行加权处理，得到第一加权基频环流和第二加权基频环流；将第一加权基频环流和第二加权基频环流输入滤波器，得到第一基频环流分量和第二基频环流分量。

在一种可选的实施方式中，滤波器的传递函数为：

其中，G

在一种可选的实施方式中，获取基频环流，包括：通过第二带通滤波器获取基频环流。

在一种可选的实施方式中，第二带通滤波器的传递函数为：

其中，G

在一种可选的实施方式中，对基频环流进行加权处理，得到第一加权基频环流和第二加权基频环流，包括：将基频环流分别乘以第一加权值和第二加权值，得到第一加权基频环流和第二加权基频环流。

在一种可选的实施方式中，第一关系式为：

其中，u

在一种可选的实施方式中，根据第一电压波动分量和第二电压波动分量计算第一修正值，包括：将第一电压波动分量和第二电压波动分量输入至第二关系式中，得到第二修正值，第二关系式用于表征第二修正值和第一电压波动分量和第二电压波动分量的关系。

有益效果：得到第一电压波动分量和第二电压波动分量后，将第一电压波动分量和第二电压波动分量输入至第二关系式中，以计算第二修正值。

在一种可选的实施方式中，第二关系式为：

其中，Δu

第二方面，本发明提供了一种基于分层复合控制的环流抑制装置，该装置包括：第一运行模块，用于根据准比例谐振控制方法获取第一修正值，将第一修正值叠加到调制波上，以使模块化多电平变换器根据第一调制波运行，第一调制波用于抑制二倍频环流，即根据准比例谐振控制方法对二倍频环流进行抑制。获取模块，用于获取故障相中的基频环流的第一基频环流分量和第二基频环流分量，第一基频环流分量为基频环流在d轴的分量，第二基频环流分量为基频环流在q轴的分量；电压波动分量计算模块，用于将第一基频环流分量和第二基频环流分量输入至第一关系式中，得到第一电压波动分量和第二电压波动分量，第一关系式用于表征基频环流和电压波动量在dq坐标系中的关系，第一电压波动分量为电压波动量在d轴的分量，第二电压波动分量为电压波动量在q轴的分量；修正值计算模块，用于根据第一电压波动分量和第二电压波动分量计算第二修正值；第二运行模块，用于将第二修正值叠加到第一调制波上，以使模块化多电平变换器根据第二调制波运行，第二调制波用于抑制基频环流和二倍频环流。

有益效果：本发明实施例中，第一运行模块，用于根据准比例谐振控制方法获取第一修正值，将第一修正值叠加到调制波上，以使模块化多电平变换器根据第一调制波运行，第一调制波用于抑制二倍频环流；获取模块获取故障相中的基频环流的第一基频环流分量和第二基频环流分量，第一基频环流分量为基频环流在d轴的分量，第二基频环流分量为基频环流在q轴的分量，在模块化多电平变换器中子模块故障时，模块化多电平变换器不对称运行，此时，基频环流出现，影响模块化多电平变换器稳定运行，本发明实施例通过虚拟同步旋转坐标变换，也就转化到dq坐标系下进行处理，实现对子模块故障相基频环流的独立获取。本发明实施例对于基频环流的抑制与相关技术相比，既可实现对二倍频环流进行抑制，也可实现对基频环流的抑制，无需对多种不同倍频次的谐振控制器的进行并联使用，降低了系统设计的复杂度，无需提升子模块的运行电压，降低了对器件应力的要求，并且无需得知子模块的具体故障数目信息，降低了控制系统的通信负担。

在一种可选的实施方式中，获取模块，用于获取故障相中的基频环流的第一基频环流分量和第二基频环流分量，包括：获取单元，用于获取基频环流；加权处理单元，用于对基频环流进行加权处理，得到第一加权基频环流和第二加权基频环流；滤波器处理单元，用于将第一加权基频环流和第二加权基频环流输入滤波器，得到第一基频环流分量和第二基频环流分量。

在一种可选的实施方式中，获取单元，包括：第二带通滤波器子单元，用于通过第二带通滤波器获取所述基频环流。

第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的基于分层复合控制的环流抑制方法。

第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的基于分层复合控制的环流抑制方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的基于分层复合控制的环流抑制方法的流程示意图；

图2是根据本发明实施例的另一基于分层复合控制的环流抑制方法的流程示意图；

图3是根据本发明实施例的模块化多电平变换器桥臂等效模型示意图；

图4是根据本发明实施例的基于分层复合控制的环流抑制装置的结构框图；

图5是本发明实施例的计算机设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

相关技术中对于环流抑制的方法还有基于分相控制的比例谐振环流抑制方法，其可以实现MMC稳态运行和交流系统不对称时对二倍频环流的抑制，但无法充分实现MMC子模块故障下的环流抑制。还有多倍频比例谐振环流抑制方法，其可以应对MMC稳态运行或不对称运行时基频、二倍频等多种频次环流的抑制，但需要对多种不同倍频次的谐振控制器的进行并联使用，这需要对控制参数进行专门的稳定性设计，增加了系统设计复杂度。

本发明实施例提供了一种基于分层复合控制的环流抑制方法，通过获取dq坐标系下的基频环流分量以达到对基频环流进行抑制的效果。

根据本发明实施例，提供了一种基于分层复合控制的环流抑制方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在本实施例中提供了一种基于分层复合控制的环流抑制方法，可用于上述的模块化多电平变换器，图1是根据本发明实施例的基于分层复合控制的环流抑制方法的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：

步骤S101，根据准比例谐振控制方法获取第一修正值，将第一修正值叠加到调制波上，以使模块化多电平变换器根据第一调制波运行，第一调制波用于抑制二倍频环流。

在一些可选的实施方式中，采用直流积分器与二阶广义积分器组合的第一带通滤波器获取所述二倍频环流。

其中，为了实现对二倍频环流的快速跟踪，在使用准比例谐振控制方法时采用直流积分器与二阶广义积分器组合型的第一带通滤波器实现对二倍频环流的快速分离。

步骤S102，获取故障相中的基频环流的第一基频环流分量和第二基频环流分量，第一基频环流分量为基频环流在d轴的分量，第二基频环流分量为基频环流在q轴的分量。

其中，d轴为dq坐标系的d轴，q轴为dq坐标系的q轴。

在本发明实施例中，首先，通过第二带通滤波器对基频环流进行提取，然后，使基频环流分别乘以第一加权值与第二加权值，并将得到的两个基频环流通过滤波器，即可获得基频环流第一基频环流分量和第二基频环流分量。

步骤S103，将第一基频环流分量和第二基频环流分量输入至第一关系式中，得到第一电压波动分量和第二电压波动分量，第一关系式用于表征基频环流和电压波动量在dq坐标系中的关系，第一电压波动分量为电压波动量在d轴的分量，第二电压波动分量为电压波动量在q轴的分量。

其中，dq坐标系是一种用于描述三相电压的坐标系，由dq坐标系和三相电压之间的转换关系组成，dq坐标系是一个旋转坐标系，可以将三相电压转化为dq坐标系中的两个分量，即d轴分量和q轴分量。示例性地，第一电压波动分量为d轴分量，第二电压波动分量为q轴分量。

在本发明实施例中，第一关系式用于表征基频环流和电压波动量在dq坐标系中的关系，将第一基频环流分量和第二基频环流分量输入至第一关系式中，即可获得第一电压波动分量和第二电压波动分量。

步骤S104，根据第一电压波动分量和第二电压波动分量计算第二修正值。

在一可选实施例中，第二修正值的计算公式用于表征电压波动分量与修正值之间关系，第二修正值的计算公式中的未知数为第一电压波动分量和第二电压波动分量，因此将第一电压波动分量和第二电压波动输入至第二修正值计算公式，便可计算得到第二修正值。

步骤S105，将第二修正值叠加到第一调制波上，以使模块化多电平变换器根据第二调制波运行，第二调制波用于抑制基频环流和二倍频环流。

在本发明实施例中，将第二修正值叠加到第一调制波上，以对基频环流和二倍频环流进行抑制，调制波发生改变，调制波与载波之间的信号重组也发生改变，从而使模块化多电平变换器根据环流抑制之后的调制波与载波之间的信号重组进行运行。

在本发明实施例中，根据准比例谐振控制方法获取第一修正值，将第一修正值叠加到调制波上，以使模块化多电平变换器根据第一调制波运行，第一调制波用于抑制二倍频环流，即根据准比例谐振控制方法对二倍频环流进行抑制。本发明实施例获取故障相中的基频环流的第一基频环流分量和第二基频环流分量，第一基频环流分量为基频环流在d轴的分量，第二基频环流分量为基频环流在q轴的分量，在模块化多电平变换器中子模块故障时，模块化多电平变换器不对称运行，此时，基频环流出现，影响模块化多电平变换器稳定运行，本发明实施例通过虚拟同步旋转坐标变换，也就转化到dq坐标系下进行处理，实现对子模块故障相基频环流的独立获取。本发明实施例将第一基频环流分量和第二基频环流分量输入至第一关系式中，得到第一电压波动分量和第二电压波动分量，第一关系式用于表征基频环流和电压波动量在dq坐标系中的关系，第一电压波动分量为电压波动量在d轴的分量，第二电压波动分量为电压波动量在q轴的分量，根据第一电压波动分量和第二电压波动分量计算第二修正值，将第二修正值叠加到第一调制波上，以使模块化多电平变换器根据第二调制波运行。本发明实施例对于基频环流的抑制与相关技术相比，既可实现对二倍频环流进行抑制，也可实现对基频环流的抑制，无需对多种不同倍频次的谐振控制器的进行并联使用，降低了系统设计的复杂度，无需提升子模块的运行电压，降低了对器件应力的要求，并且无需得知子模块的具体故障数目信息，降低了控制系统的通信负担。

在本实施例中提供了一种基于分层复合控制的环流抑制方法，可用于上述的模块化多电平变换器，图2是根据本发明实施例的另一基于分层复合控制的环流抑制方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：

步骤S201，根据准比例谐振控制方法获取第一修正值，将第一修正值叠加到调制波上，以使模块化多电平变换器根据第一调制波运行，第一调制波用于抑制二倍频环流。详细请参见图1所示实施例的步骤S101，在此不再赘述。

步骤S202，获取故障相中的基频环流的第一基频环流分量和第二基频环流分量，第一基频环流分量为基频环流在d轴的分量，第二基频环流分量为基频环流在q轴的分量。

具体地，上述步骤S202包括：

步骤S2021，获取基频环流。

具体地，通过第二带通滤波器获取基频环流，其中，带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，通过第二带通滤波器提取模块化多电平变换器的故障相的基频环流。

第二带通滤波器的传递函数为：

其中，G

步骤S2022，对基频环流进行加权处理，得到第一加权基频环流和第二加权基频环流。

在一些可选的实施方式中，将基频环流分别乘以第一加权值和第二加权值，得到第一加权基频环流和第二加权基频环流。

示例性地，第一加权值为2sin(ωt)，第二加权值为2cos(ωt)，其中，ω为角速度，t为时间。

步骤S2023，将第一加权基频环流和第二加权基频环流输入滤波器，得到第一基频环流分量和第二基频环流分量。

其中，滤波器为杂音滤波器，可以让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的反射，将第一加权基频环流和第二加权基频环流输入滤波器，通过滤波器对第一加权基频环流和第二加权基频环流进行过滤，得到第一基频环流分量和第二基频环流分量。

在一些可选的实施方式中，滤波器的传递函数为：

其中，G

步骤S203，将第一基频环流分量和第二基频环流分量输入至第一关系式中，得到第一电压波动分量和第二电压波动分量，第一关系式用于表征基频环流和电压波动量在dq坐标系中的关系，第一电压波动分量为电压波动量在d轴的分量，第二电压波动分量为电压波动量在q轴的分量。详细请参见图1所示实施例的步骤S103，在此不再赘述。

在一些可选的实施方式中，第一关系式为：

其中，u

具体地，如图3所示为模块化多电平变换器桥臂等效模型示意图，其中，包括上桥臂和下桥臂，还包括电阻R和电感L，上桥臂的电压为u

其中，U

因此，由基频环流引起的电压波动分量为：

其中，U

将上述电压波动分量公式转化到dq坐标系中即可得到第一关系式。

步骤S204，根据第一电压波动分量和第二电压波动分量计算第二修正值。详细请参见图1所示实施例的步骤S104，在此不再赘述。

在一些可选的实施方式中，将第一电压波动分量和第二电压波动分量输入至第二关系式中，得到第二修正值，第二关系式用于表征第二修正值和第一电压波动分量和第二电压波动分量的关系。

在一些可选的实施方式中，第二关系式为：

其中，Δu

步骤S205，将第二修正值叠加到第一调制波上，以使模块化多电平变换器根据第二调制波运行，第二调制波用于抑制基频环流和二倍频环流。详细请参见图1所示实施例的步骤S105，在此不再赘述。

在本实施例中还提供了一种基于分层复合控制的环流抑制装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

本实施例提供一种基于分层复合控制的环流抑制装置，如图4所示，包括：

第一运行模块401，用于根据准比例谐振控制方法获取第一修正值，将所述第一修正值叠加到调制波上，以使模块化多电平变换器根据第一调制波运行，所述第一调制波用于抑制二倍频环流。

获取模块402，用于获取故障相中的基频环流的第一基频环流分量和第二基频环流分量，第一基频环流分量为基频环流在d轴的分量，第二基频环流分量为基频环流在q轴的分量。

电压波动分量计算模块403，用于将第一基频环流分量和第二基频环流分量输入至第一关系式中，得到第一电压波动分量和第二电压波动分量，第一关系式用于表征基频环流和电压波动量在dq坐标系中的关系，第一电压波动分量为电压波动量在d轴的分量，第二电压波动分量为电压波动量在q轴的分量；

修正值计算模块404，用于根据第一电压波动分量和第二电压波动分量计算第二修正值；

运行模块405，用于将第二修正值叠加到第一调制波上，以使模块化多电平变换器根据第二调制波运行，第二调制波用于抑制基频环流和二倍频环流。

具体地，上述获取模块402包括：

获取单元，用于获取基频环流。

加权处理单元，用于对基频环流进行加权处理，得到第一加权基频环流和第二加权基频环流。

滤波器处理单元，用于将第一加权基频环流和第二加权基频环流输入滤波器，得到第一基频环流分量和第二基频环流分量。

具体的，上述获取单元包括：

第二带通滤波器子单元，用于通过第二带通滤波器获取所述基频环流。

上述各个模块和单元的更进一步的功能描述与上述对应实施例相同，在此不再赘述。

本实施例中的基于分层复合控制的环流抑制装置是以功能单元的形式来呈现，这里的单元是指ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)电路，执行一个或多个软件或固定程序的处理器和存储器，和/或其他可以提供上述功能的器件。

本发明实施例还提供一种计算机设备，具有上述图4所示的基于分层复合控制的环流抑制装置。

请参阅图5，图5是本发明可选实施例提供的一种计算机设备的结构示意图，如图5所示，该计算机设备包括：一个或多个处理器10、存储器20，以及用于连接各部件的接口，包括高速接口和低速接口。各个部件利用不同的总线互相通信连接，并且可以被安装在公共主板上或者根据需要以其它方式安装。处理器可以对在计算机设备内执行的指令进行处理，包括存储在存储器中或者存储器上以在外部输入/输出装置(诸如，耦合至接口的显示设备)上显示GUI的图形信息的指令。在一些可选的实施方式中，若需要，可以将多个处理器和/或多条总线与多个存储器和多个存储器一起使用。同样，可以连接多个计算机设备，各个设备提供部分必要的操作(例如，作为服务器阵列、一组刀片式服务器、或者多处理器系统)。图5中以一个处理器10为例。

处理器10可以是中央处理器，网络处理器或其组合。其中，处理器10还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路，可编程逻辑器件或其组合。上述可编程逻辑器件可以是复杂可编程逻辑器件，现场可编程逻辑门阵列，通用阵列逻辑或其任意组合。

其中，所述存储器20存储有可由至少一个处理器10执行的指令，以使所述至少一个处理器10执行实现上述实施例示出的方法。

存储器20可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据计算机设备的使用所创建的数据等。此外，存储器20可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非瞬时存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非瞬时固态存储器件。在一些可选的实施方式中，存储器20可选包括相对于处理器10远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该计算机设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

存储器20可以包括易失性存储器，例如，随机存取存储器；存储器也可以包括非易失性存储器，例如，快闪存储器，硬盘或固态硬盘；存储器20还可以包括上述种类的存储器的组合。

该计算机设备还包括通信接口30，用于该计算机设备与其他设备或通信网络通信。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，上述根据本发明实施例的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可记录在存储介质，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程存储介质或非暂时机器可读存储介质中并将被存储在本地存储介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件的存储介质上的这样的软件处理。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体、随机存储记忆体、快闪存储器、硬盘或固态硬盘等；进一步地，存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件，当软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现上述实施例示出的方法。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。