[发明专利]一种直流能量动态调节装置的容错控制方法

说明书

本发明公开了一种直流能量动态调节装置的容错控制方法，步骤是：采集直流电压、装置电流、正常子模块电压，记录正常子模块个数；计算正常子模块电压之和及其指令值；计算正常子模块总功率和功率调节量；计算需要投入的子模块个数；对正常子模块实施排序均压算法，生成各子模块开关信号。此种控制方法能够避免未完全旁路故障模块对投入子模块数计算的影响，实现容错状态下对耗能功率和直流电压的精确控制。

技术领域

本发明属于大功率电力电子变流技术领域，具体涉及一种直流能量动态调节装置控制方法。

背景技术

在柔性直流输电系统中，直流能量动态调节装置常用来实现高压直流能量的动态耗散或调节，在柔性直流输电系统存在孤岛供电的应用场景下起着关键作用。尤其在发电端为与风电类似的惯性电源的情况下，当受电端发生故障时，由于功率无法送出，将在直流侧累积能量，造成直流输电线路的电压升高，威胁到设备的安全运行。在很多场合，直流能量动态调节装置也被称为直流斩波器(DC chopper)或动态制动系统(dynamic brakingsystem)。

现有的直流能量动态调节装置大多采用了模块化技术，系统中均包含大量的子模块以及功率半导体器件。在运行过程中，容易出现部分子模块故障的情况，为避免整个装置完全停运，传统的处理方法是仿照模块化多电平换流器的故障处理方法，将这些发生故障的子模块通过旁路开关或旁路晶闸管短路，使之不再影响装置正常部分的运行。但这样的做法使故障模块既不能输出一定电压，又不能再参与能量的消耗，从而导致剩余子模块需要承受的电压应力和耗能功率增大。随着被旁路的子模块数的增加，剩余子模块承受的电压应力和耗能功率超过其设计极限时，装置就无法继续正常运行。

然而，在某些情况下，并不需要完全旁路故障模块。例如，如图1所示第二种子模块形式，采用多级旁路机制，当发生轻微故障时，仅进行部分旁路，即闭合与耗能支路可控功率半导体器件并联的旁路开关，只有在直流电容电压超过旁路晶闸管击穿电压时，才会通过击穿晶闸管将整个子模块完全旁路。这样发生轻微故障的子模块，其耗能电阻仍然可以参与耗能，减轻了正常模块的功率压力。另一方面，某些子模块仅发生通讯故障，虽然主控制器无法对其进行控制，但这样的子模块除失去通讯功能外，其余部分完好无损，完全可以通过自身的子模块控制器继续工作，参与能量消耗，并维持自身电压稳定，因此是不必旁路的。

现有的直流能量动态调节装置的控制方法仅适用于传统的完全旁路故障模块的故障处理措施，没有考虑上述部分旁路或仅发生通讯故障而未旁路的子模块。图2展示了传统控制方法的典型框图。传统控制方法中，参与投入子模块数计算的电压为直流母线电压，没有用到正常子模块电压的信息，这在完全旁路故障模块的故障处理措施下是可行的，但在存在部分旁路或未旁路的仅发生通讯故障的子模块时，必然影响到投入子模块数计算的准确性，使控制性能恶化。

因此，现有控制方法不能适应装置中存在未完全旁路故障单元的情况，有必要提出能够兼容未完全旁路故障子模块的新控制方法。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种直流能量动态调节装置的容错控制方法，通过在主控制器中引入正常子模块电压参与功率前馈及功率偏差计算；在仅发生通讯故障的子模块中实施耗能状态自识别的滞环自控制，从而避免未完全旁路故障模块对投入子模块数计算的影响，实现容错状态下对耗能功率和直流电压的精确控制。

为了达成上述目的，本发明采用的具体的方案如下：

一种直流能量动态调节装置的容错控制方法，所述系统包括N个均压耗能子模块同方向串联，N为大于等于2的整数；其中所述均压耗能子模块包括直流电容与耗能支路的并联连接，所述耗能支路由可控功率半导体器件与耗能电阻串联连接构成；在N各均压耗能子模块中，有N_act个子模块处于正常状态(N_act≤N)，其余N-N_act个子模块处于故障状态；在N-N_act个故障子模块中，有X个子模块仅发生通讯故障，其余N-N_act-X个子模块则存在除通讯故障以外的故障；控制方法包括如下步骤：