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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410667334.4 (22)申请日 2014.11.20 H02J 1/00(2006.01) (71)申请人 许继电气股份有限公司 地址 461000 河南省许昌市许继大道 1298 号 (72)发明人 胡四全 俎立峰 董朝阳 吉攀攀 李坤 滕林阳 马俊杰 冯敏 (74)专利代理机构 郑州睿信知识产权代理有限 公司 41119 代理人 胡泳棋 (54) 发明名称 非排序的查找方法和基于该方法的 MMC 均压 方法 (57) 摘要 本发明涉及一种非排序的查找方法和基于该 方法的 MMC 均压方法。模块化多电平柔性直流输 电 (M。
2、MC-HVDC) 系统在改善电能质量可再生能源 并网孤岛供电非同步互联城市电网供电等方面具 有较强的优势。子模块电容电压的稳定对 MMC 稳 定运行至关重要 , 然而 MMC 各子模块电容电压均 衡是 MMC 的难点。与现有子模块电容电压排序均 压相比，本发明的有益效果是：不用对整个桥臂 子模块电容电压进行排序操作，算法执行时间大 大减少；比排序算法占用较少的资源，提高了芯 片的利用率 ；可以应用于高电压等级柔性直流输 电子模块均压控制。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 1045。
3、05819 A (43)申请公布日 2015.04.08 CN 104505819 A 1/1 页 2 1.一种非排序的查找方法，用于在 N 个不相同的数据中查找第 K 个数据 D ；K 为该 N 个 数据中按照从低到高排序的序号，其特征在于，步骤如下 ： 1) 将该 N 个数据分别记为 N 个 M 位宽的二进制数 ；则待确定的数据 D 从高位到低位依 次为 D M 、D M-1 、D i D 1 ，i 1、2、M ； 2) 从 N 个数据的最高位到 N 个数据的最低位，依次检测 N i 个数据中对应位为 0 的个数 SUM0 i ； 3) 依次确定 D i ；若 SUM0 i K i ，则确。
4、定待查找数据 D i 1 ；若 SUM0 i 不小于 K i ，则 D i 0； K i 为确定上一位数据后更新的值，若确定 D i+1 0，则K i K i+1 ；若确定 D i+1 1，则 Ki K i+1 -SUM0 i+1 ；其 中 K M K； N i 为确定上一位数据后更新的数据集合，若确定 D i+1 0 ，N i 为从 N i+1 中剔除第 i+1 位 为 1 的数据，若确定 D i+1 1 ，N i 为从 N i+1 中剔除第 i+1 位为 0 的数据 ；N M 为所有 N 个数据。 2.将权利要求 1 所述查找方法用于 MMC-HVDC 的子模块均压方法，其特征在于，为了在。
5、 N 个子模块中确定需要投入或者切除的 K 个子模块，对 N 个子模块的电容电压值，记为 N 个 M 位宽的二进制数，应用所述查找方法，查找出第 K 个数据 D ；遍历 N 个数据，与 D 比较大小， 以确定应当投入或者切除的子模块。 3.根据权利要求2所述的子模块均压方法，其特征在于 ：遍历一遍N个数据 ；若电流方 向为充电，若子模块电容电压小于等于 D，则该位置子模块驱动指令为投入 ；大于数据 的 子模块驱动指令为切除 ；若电流方向为放电，小于数据 D 的子模块驱动指令为切除，大于等 于数据 D 的子模块驱动指令为投入。 权 利 要 求 书CN 104505819 A 1/3 页 3 非排。
6、序的查找方法和基于该方法的 MMC 均压方法 技术领域 0001 本发明属于电力系统的柔性直流输电技术领域，具体涉及一种模块化多电平柔性 直流输电阀控系统子模块电容电压的均压算法。 背景技术 0002 模块化多电平柔性直流输电(MMC-HVDC)是一种基于电压源型换流(Voltage Sourced ConvertersVSC) 技术的新型高压直流输电技术。除了具有传统高压直流输电 优点外，柔性直流输电系统还可直接向远距离的小型孤立负荷供电，连接分散电源，运行控 制方式灵活多变，可减少输电线路电压降落及闪变，提高电能质量。因此，柔性直流输电技 术在孤岛供电、城市电网供电、分布式能源并网等方面具。
7、有很高的应用价值。 0003 柔性直流输电换流阀控制系统是整个控制系统的中间环节，在功能上是联系极控 与换流阀 ( 子模块 ) 的枢纽。阀控系统运行状态决定了整个柔性直流输电系统的动稳态控 制性能和故障穿越特性子模块电容电压均衡在合理工作范围是模块化多电平 VSC 稳定运 行的前提条件。也是柔性直流输电换流阀控制系统设计的难点。 0004 随着柔性直流输电系统容量的增加，每个桥臂上串联的 IGBT( 子模块 ) 的数量也 会迅速增加，需要在阀控系统和子模块以及极控之间传送的信息量也大大增加，如何设计 一种合理、可靠的子模块均压算法，成为该领域的一个重要课题。 0005 由于 MMC 子模块数量。
8、相当多，对控制系统的控制周期要求也很高。通常为几十个 微秒以内。在如此短的时间内要完成整个桥臂所有子模块电容电压排序并产生每个子模 块的驱动指令，普通处理器无法完成，因此都是采用 FPGA 来实现排序均压算法。然而由于 FPGA 资源有限，当桥臂子模块数据较小时，FPGA 实现排序均压也较为轻松。当桥臂子模块 上升到几百个甚至上千个的时候，如果还采用排序均压算法，目前市面上的 FPGA 在资源和 算法时间上就捉襟见肘了。因此急需寻找一种能适应大规模子模块数量的均压算法。 发明内容 0006 本发明的目的是提供一种非排序的查找方法和基于该方法的 MMC 均压方法，解决 现有方法需要排序的问题。 。
9、0007 本发明的方案如下 ： 0008 一种非排序的查找方法，用于在 N 个不相同的数据中查找第 K 个数据 D ；K 为该 N 个数据中按照从低到高排序的序号，其特征在于，步骤如下 ： 0009 1) 将该 N 个数据分别记为 N 个 M 位宽的二进制数 ；则待确定的数据 D 从高位到低 位依次为 D M 、D M-1 、D i D 1 ，i 1、2、M ； 0010 2) 从 N 个数据的最高位到 N 个数据的最低位，依次检测 N i 个数据中对应位为 0 的 个数 SUM0 i ； 0011 3) 依次确定 D i ；若 SUM0 i K i ，则确定待查找数据 D i 1 ；若 SU。
10、M0 i 不小于 K i ，则 D i 0； 说 明 书CN 104505819 A 2/3 页 4 0012 K i 为确定上一位数据后更新的值，若确定 D i+1 0，则K i K i+1 ；若确定 D i+1 1， 则KiK i+1 -SUM0 i+1 ；其 中 K M K； 0013 N i 为确定上一位数据后更新的数据集合，若确定D i+1 0 ，N i 为从N i+1 中剔除第i+1 位为 1 的数据，若确定 D i+1 1 ，N i 为从 N i+1 中剔除第 i+1 位为 0 的数据 ；N M 为所有 N 个数 据。 0014 为了在 N 个子模块中确定需要投入或者切除的 K 。
11、个子模块，对 N 个子模块的电容 电压值，记为 N 个 M 位宽的二进制数，应用所述查找方法，查找出第 K 个数据 D ；遍历 N 个数 据，与 D 比较大小，以确定应当投入或者切除的子模块。 0015 遍历一遍 N 个数据 ；若电流方向为充电，若子模块电容电压小于等于 D，则该位置 子模块驱动指令为投入 ；大于数据 D 的子模块驱动指令为切除 ；若电流方向为放电，小于数 据 D 的子模块驱动指令为切除，大于等于数据 D 的子模块驱动指令为投入。 0016 对传统排序均压算法进行分析发现，当需要投入 K 个子模块时，只需要找出子模 块电容电压处于第 K 个大的子模块电容电压即可。因为比 K 小。
12、的子模块和比 K 大的子模块 应处于投入或者切除状态 ( 根据电流方向不同，所处状态不同 )。而排序均压算法对小于 K 和大于的子模块电容电压也进行了排序操作，这是无用的，浪费资源和时间。 0017 基于此思想，对子模块电容电压的非排序均压算法重点是找出整个桥臂 N 个子模 块电容电压中第 K 个大的子模块电容电压。该算法的数学原理是基于二进制数从高位到低 位的位权依次减小，计算出位权相同的 bit 里 0 或 1 的个数，与 N 比较，则可以确定该位的 值，直至找出第 N 个大的数。然后所有子模块电容电压与之比较则可以确定子模块驱动状 态。 0018 与现有子模块电容电压排序均压相比，本发明。
13、的有益效果是 ：不用对整个桥臂子 模块电容电压进行排序操作，算法执行时间大大减少 ；比排序算法占用较少的资源，提高了 芯片的利用率 ；可以应用于高电压等级柔性直流输电子模块均压控制。 附图说明 0019 图 1 为数据矩阵 ； 0020 图 2 为非排序均压算法流程图 ； 0021 图 3 为均压效果图 ； 0022 图 4 为非排序均压算法与排序均压算法的比较。 0023 具体实现方式 0024 下面对非排序均压算法的具体实现步骤进行介绍。 0025 本发明提供了两种方法，一种是查找方法，另一种是基于该查找方法的 MMC 子模 块均压方法 ；基本方案在于查找方法，用于在N个不相同的数据中查找。
14、第K个数据D ；K为该 N 个数据中按照从低到高排序的序号。概括来讲，基本方案如下 ： 0026 1) 将该 N 个数据分别记为 N 个 M 位宽的二进制数 ；则待确定的数据 D 从高位到低 位依次为 D M 、D M-1 、D i D 1 ，i 1、2、M ； 0027 2) 从 N 个数据的最高位到 N 个数据的最低位，依次检测 N i 个数据中对应位为 0 的 个数 SUM0 i ； 0028 3) 依次确定 D i ；若 SUM0 i K i ，则确定待查找数据 D i 1 ；若 SUM0 i 不小于 K i ，则 D i 说 明 书CN 104505819 A 3/3 页 5 0； 。
15、0029 K i 为确定上一位数据后更新的值，若确定 D i+1 0，则K i K i+1 ；若确定 D i+1 1， 则KiK i+1 -SUM0 i+1 ；其 中 K M K； 0030 N i 为确定上一位数据后更新的数据集合，若确定D i+1 0 ，N i 为从N i+1 中剔除第i+1 位为 1 的数据，若确定 D i+1 1 ，N i 为从 N i+1 中剔除第 i+1 位为 0 的数据 ；N M 为所有 N 个数 据。 0031 在实践中，需要用计算机来实现上述方法 ；将该方法应用于 MMC 子模块均压过程， 具体介绍如下 ： 0032 由于要求所有数据必须不同，因此在每个子模块。
16、电容电压数据的后面扩展其位置 信息，以保证 N 个数据互不相同。对于子模块电容电压数据精度为 16bit。如图 1、图 2 所 示： 0033 1，将该 N 个数据分别记为 N 个 M( 本实施例中子模块电容电压的数据位宽 25) 位 宽的二进制数，形成如下 N 行 M 列的矩阵。为了方便操作，可以将矩阵转置，这种下面过程 就是操作转置后矩阵的各行，如 A 25 、B 25 、C 25 为各数据的最高位数据。A 1 、B 1 、C 1 为各数据 的最低位数据。设当前控制周期需要投入子模块个数为 K( 如图 2 所示 SM_TOURU)，待求第 K 个大数据为 D。 0034 2，计算最高位 A。
17、 25 、B 25 、C 25 ，即图 2 所示 bitN 中 0 的个数，记为 SUM_0。 0035 3，比较 SUM_0 和 K。若 SUM_0 小于 K，则可以确定 D 的最高位 bit25 为 1，即 D 25 1。若 SUM0 不小于 K，D 25 0。同时还需要更新 K 值，用于次高位 bit24 的计算 ；若 D 25 1， K 值要减去 SUM_0，若 D 25 0，K 值不变。 0036 4，下面需要计算 bit24，计算时需要将待操作的数据进行筛选剔除。若 D 25 1 ，那 么将 A 25 、B 25 、C 25 同 A 24 、B 24 、C 24 与操作，得到 A 。
18、24 、B 24 、C 24 里高位 bit25 是 1 的数据。若 D 25 0，那么将 A 25 、B 25 、C 25 取反后同 A 24 、B 24 、C 24 与操作，得到 A 24 、B 24 、C 24 里 bit25 0 的数据。 0037 5，按照步骤 3 方式计算 bit24，先计算经过上述剔除操作后 A 24 、B 24 、C 24 中剩余数 据中 0 的个数 SUM_0，然后比较 SUM_0 与更新后 K 值 ；从而得到 bit24。依次类推，直到计算 D0。那么数据 D 即是这 N 个数据中第 K 个大数据。 0038 6，遍历一遍 N 个数据。若电流方向为充电，将子。
19、模块电容电压与数据 D 比较，若小 于等于 D，则该位置子模块驱动指令为投入。大于数据 D 的子模块驱动指令为切除。若电流 方向为放电，小于数据 D 的为切除，大于等于数据 D 的为投入。至此，完成非排序均压算法。 效果如图 3 所示，算法复杂度比较如图 4 所示。 0039 以上具体实施例中，采用了计算机程序的表达形式对基本方案中数学形式进行表 述。本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案。由于属于 计算机程序类型的发明创造，依照本发明的构思，本领域技术人员可以采用多种形式去实 现，比如在排序时也可以从低到高进行排序，这样整个方案显然需要进行整体调整，但这种 调整仍属于基于本发明构思的等效变换。 0040 也就是说，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模 型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方 式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。 说 明 书CN 104505819 A 1/2 页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104505819 A 2/2 页 7 图3 图4 说 明 书 附 图CN 104505819 A 。