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      基于多核控制器技術(shù)的模塊化多電平換流器控制方法

      文檔序號:8489634閱讀:195來源:國知局
      基于多核控制器技術(shù)的模塊化多電平換流器控制方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制技術(shù)領(lǐng)域,尤其設(shè)及一種基于多核控制器技術(shù)的 模塊化多電平換流器控制方法。
      【背景技術(shù)】
      [0002] 近幾年,隨著風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等可再生能源發(fā)電的發(fā)展,基于電壓源換流器 的輕型直流輸電系統(tǒng)由于具有經(jīng)濟(jì)、靈活、高可控性等優(yōu)點,得到了快速的應(yīng)用和發(fā)展。輕 型直流輸電廣泛應(yīng)用于可再生能源,比如大型風(fēng)電場并網(wǎng)、分布式發(fā)電并網(wǎng)、孤島供電、大 城市電網(wǎng)供電、非同步交流電網(wǎng)互聯(lián)、多端直流輸電等領(lǐng)域。
      [000引 基于模塊化多電平換流器(modularizedmultilevelconverter,MMC)的高壓直 流輸電是電壓源換流器直流輸電化i曲-voltagedirectcurrent,HVDC)技術(shù)向高電壓大 功率方向發(fā)展的最新成果。MMC-HVDC相比兩S電平VSC-HVDC有眾多優(yōu)勢,比如容量更大, 換流閥制造難度下降,波形質(zhì)量更高,損耗更低等。
      [0004]單個電平數(shù)較多的MMC換流站一般由數(shù)千個子模塊構(gòu)成,W期實現(xiàn)大容量、高冗 余度和低波形崎變的電壓輸出。而含大量子模塊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)導(dǎo)致電平數(shù)較多MMC控制系 統(tǒng)建模難度很大,對于電平數(shù)較多的MMC物理控制器,不僅需要對數(shù)量巨大的子模塊狀態(tài) 信息和觸發(fā)控制字實現(xiàn)實時吞吐,而且必須完成子模塊之間的電壓均衡控制產(chǎn)生的大量計 算,該對MMC控制器的通信和計算能力都提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0005]為了提高模塊化多電平換流器的控制器處理能力,提升控制器性能,簡化控制器 結(jié)構(gòu),針對模塊化多電平換流器運(yùn)行特點,本發(fā)明提出了一種基于多核控制器技術(shù)的模塊 化多電平換流器控制方法,包括:
      [0006] 步驟1、將模塊化多電平換流器的控制系統(tǒng)分為立層;系統(tǒng)級控制、換流站控制和 換流閥控制,其中一個控制系統(tǒng)中包括多個換流站控制,每個換流站控制中包括6個換流 閥控制;
      [0007] 步驟2、將八核DSP控制器與模塊化多電平換流器相連;
      [000引步驟3、DSP控制器的第一核處理器采集換流站運(yùn)行信息,包括交流側(cè)=相電壓、 電流,模塊化多電平換流器子模塊電容電壓、橋臂電流;
      [0009] 步驟4、DSP控制器的第一核處理器根據(jù)采集到的換流站運(yùn)行信息,完成對換流站 控制計算,生成6個橋臂的調(diào)制波;
      [0010] 步驟5、將第一核處理器生成6個橋臂的調(diào)制波并行傳遞到第二核到第走核該六 個處理器中,并將第一核處理器采集到的6個橋臂中的子模塊電容電壓、橋臂電流分別傳 遞到對應(yīng)的第二核到第走核該六個處理器中;
      [0011] 步驟6、DSP控制器的第二核到第走核該六個處理器并行完成六個橋臂的調(diào)制計 算,生成6個橋臂子模塊對應(yīng)的換流閥控制信號;
      [0012] 步驟7、6個橋臂子模塊對應(yīng)的換流閥控制信號傳遞到第一核處理器,第一核處理 器將觸發(fā)控制信號后從DSP輸出;
      [0013] 步驟8、當(dāng)換流站收到上級系統(tǒng)調(diào)度指令時,該調(diào)度指令并不直接作為控制器的輸 入?yún)⒖贾?,而是啟動系統(tǒng)級控制,確保系統(tǒng)在不同運(yùn)行方式、不同運(yùn)行點之間平穩(wěn)地切換, 避免超調(diào)W提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。
      [0014] 所述換流站控制是根據(jù)換流站運(yùn)行信息計算產(chǎn)生6個橋臂的調(diào)制波。
      [0015] 所述換流閥控制是接收換流站產(chǎn)生的調(diào)制波,通過調(diào)制方式產(chǎn)生子模塊的觸發(fā)信 號,并完成子模塊的電壓均衡控制。
      [0016] 所述換流站控制采用直接電流控制,即矢量控制,并分解為內(nèi)環(huán)電流控制和外環(huán) 電壓控制,其中內(nèi)環(huán)電流控制采用dq解禪控制。
      [0017] 所述換流閥控制根據(jù)調(diào)制波來確定向開關(guān)器件施加開通和關(guān)斷的控制信號,利用 每個子模塊上的電壓在交流側(cè)產(chǎn)生的電壓波形來逼近調(diào)制波。
      [0018] 所述換流閥控制采用最近電平逼近調(diào)制或載波相移正弦脈寬調(diào)制該兩種方式。
      [0019] 所述系統(tǒng)級控制是當(dāng)系統(tǒng)級控制層接收功率、頻率、電壓運(yùn)行指令時,先對控制指 令進(jìn)行檢測,判斷是否會引起系統(tǒng)沖擊,然后將運(yùn)行指令規(guī)范在安全范圍之內(nèi)。
      [0020] 所述系統(tǒng)級控制將系統(tǒng)啟停指令進(jìn)行拆解,并協(xié)調(diào)安排到各換流站中進(jìn)行控制。
      [0021] 本發(fā)明的有益效果在于;本發(fā)明設(shè)計了一種將多核技術(shù)應(yīng)用到模塊化多電平換流 器控制器中的方法,控制器采用了 8核數(shù)字信號處理器(digitalsi即alprocesso;r,DSP), 在主核完成換流站控制計算后,將6個橋臂的換流閥控制計算部分分配在不同核之間并行 計算,極大地減少計算時間,滿足實時控制的要求。該種結(jié)構(gòu)不僅能通過并行提高控制器的 計算效率,而且換流站控制和換流閥控制之間的數(shù)據(jù)在DSP內(nèi)部能靈活地傳遞。
      【附圖說明】
      [0022] 圖1為實驗系統(tǒng)主電路接線圖。
      [0023] 圖2為換流站控制圖。
      [0024] 圖3為相移載波示意圖。
      [0025] 圖4為A相子模塊載波與調(diào)制波示意圖。
      [0026] 圖5為A相MMC輸出階梯波示意圖。
      [0027] 圖6為實施例控制效果圖。
      【具體實施方式】
      [002引下面結(jié)合附圖,對實施例作詳細(xì)說明。
      [0029]本實施例WTI公司生產(chǎn)的Keystone架構(gòu)8核DSP作為多核處理巧片,型號為 115320〔6678,主頻IGHz。第一核處理器負(fù)責(zé)換流站控制部分,第二~第^;:核負(fù)責(zé)6個橋臂 的閥控。本實施例中使用FPGA和多核DSP搭建了MMC控制器,用來控制運(yùn)行在RTDS實時 仿真器上的換流站。其中FPGA負(fù)責(zé)從RTDS接收控制計算需要的換流站運(yùn)行信息,傳遞給 DSP,DSP使用本發(fā)明提出的方法,在主核完成換流站控制計算后,將6個橋臂的換流閥控制 部分分配在不同核之間并行計算。待DSP完成控制計算后,F(xiàn)PGA將觸發(fā)控制信息從DSP傳 遞給RTDS上的換流站。
      [0030] 本實施例中換流站在RTDS實時仿真器上運(yùn)行,采用一個單端MMC系統(tǒng)來驗證本發(fā) 明所設(shè)計的方法。單端MMC換流站如附圖1所示,MMC每個橋臂中有100個子模塊,系統(tǒng)參 數(shù)如表1所示。
      [0031] 表1MMC實驗系統(tǒng)主電路參數(shù)
      [0032]
      【主權(quán)項】
      1. 一種基于多核控制器技術(shù)的模塊化多電平換流器控制方法,其特征在于,包括: 步驟1、將模塊化多電平換流器的控制系統(tǒng)分為三層:系統(tǒng)級控制、換流站控制和換流 閥控制,其中一個控制系統(tǒng)中包括多個換流站控制,每個換流站控制中包括6個換流閥控 制; 步驟2、將八核DSP控制器與模塊化多電平換流器相連; 步驟3、DSP控制器的第一核處理器采集換流站運(yùn)行信息,包括交流側(cè)三相電壓、電流, 模塊化多電平換流器子模塊電容電壓、橋臂電流; 步驟4、DSP控制器的第一核處理器根據(jù)采集到的換流站運(yùn)行信息,完成對換流站控制 計算,生成6個橋臂的調(diào)制波; 步驟5、將第一核處理器生成6個橋臂的調(diào)制波并行傳遞到第二核到第七核這六個處 理器中,并將第一核處理器采集到的6個橋臂中的子模塊電容電壓、橋臂電流分別傳遞到 對應(yīng)的第二核到第七核這六個處理器中; 步驟6、DSP控制器的第二核到第七核這六個處理器并行完成六個橋臂的調(diào)制計算,生 成6個橋臂子模塊對應(yīng)的換流閥控制信號; 步驟7、6個橋臂子模塊對應(yīng)的換流閥控制信號傳遞到第一核處理器,第一核處理器將 觸發(fā)控制信號后從DSP輸出; 步驟8、當(dāng)換流站收到上級系統(tǒng)調(diào)度指令時,該調(diào)度指令并不直接作為控制器的輸入?yún)?考值,而是啟動系統(tǒng)級控制,確保系統(tǒng)在不同運(yùn)行方式、不同運(yùn)行點之間平穩(wěn)地切換,避免 超調(diào)以提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。
      2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法,其特征在于,所述換流站控制是根據(jù)換流站運(yùn)行信息計 算產(chǎn)生6個橋臂的調(diào)制波。
      3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法,其特征在于,所述換流閥控制是接收換流站產(chǎn)生的調(diào)制 波,通過調(diào)制方式產(chǎn)生子模塊的觸發(fā)信號,并完成子模塊的電壓均衡控制。
      4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法,其特征在于,所述換流站控制采用直接電流控制,即矢量 控制,并分解為內(nèi)環(huán)電流控制和外環(huán)電壓控制,其中內(nèi)環(huán)電流控制采用dq解耦控制。
      5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法,其特征在于,所述換流閥控制根據(jù)調(diào)制波來確定向開關(guān) 器件施加開通和關(guān)斷的控制信號,利用每個子模塊上的電壓在交流側(cè)產(chǎn)生的電壓波形來逼 近調(diào)制波。
      6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法,其特征在于,所述換流閥控制采用最近電平逼近調(diào)制或 載波相移正弦脈寬調(diào)制這兩種方式。
      7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法,其特征在于,所述系統(tǒng)級控制是當(dāng)系統(tǒng)級控制層接收功 率、頻率、電壓運(yùn)行指令時,先對控制指令進(jìn)行檢測,判斷是否會引起系統(tǒng)沖擊,然后將運(yùn)行 指令規(guī)范在安全范圍之內(nèi)。
      8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法,其特征在于,所述系統(tǒng)級控制將系統(tǒng)啟停指令進(jìn)行拆解, 并協(xié)調(diào)安排到各換流站中進(jìn)行控制。
      【專利摘要】本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種基于多核控制器技術(shù)的模塊化多電平換流器控制方法。本發(fā)明將直流輸電控制系統(tǒng)分為三層:系統(tǒng)級控制、換流站控制和換流閥控制,其中一個控制系統(tǒng)中包括多個換流站,每個換流站中包括多個換流閥;將八核DSP控制器與模塊化多電平換流器相連;在主核完成換流站控制計算后,將6個橋臂的換流閥控制部分分配在不同核之間并行計算,極大地減少計算時間,滿足實時控制的要求。這種結(jié)構(gòu)不僅能通過并行提高控制器的計算效率,而且站控和閥控之間的數(shù)據(jù)在DSP內(nèi)部能靈活地傳遞。
      【IPC分類】H02M7-12, H02M7-483
      【公開號】CN104811063
      【申請?zhí)枴緾N201510221656
      【發(fā)明人】劉崇茹, 田鵬飛, 洪國巍, 贠飛龍, 王嘉鈺
      【申請人】華北電力大學(xué)
      【公開日】2015年7月29日
      【申請日】2015年5月4日
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