[发明专利]一种基于采样时刻分类的MMC多模块电容电压测量方法

权利要求书

1.一种基于采样时刻分类的MMC多模块电容电压测量方法，其特征在于，对于串联在一个桥臂上的多个串联子模块分组，使用一个电压传感器测量一个分组内多个串联子模块的输出电压，并根据每组内多个串联子模块的输出电压电平的变化规律对采样时刻进行分类，利用相邻采样时刻的子模块开关状态、每个分组内多个串联子模块输出电压在相邻采样时刻间的变化量、在相邻采样时刻间开关状态保持不变的子模块总电容电压变化量，及在相邻采样时刻间开关状态发生变化的子模块电容电压变化量计算每个分组内各子模块的电容电压，对由包含开关电源和平衡电阻的附加电路产生的能量损耗所引起的子模块电容电压跌落进行补偿以修正采样周期后各子模块的电容电压。

2.根据权利要求1所述一种基于采样时刻分类的MMC多模块电容电压测量方法，其特征在于，针对应用于高压大功率场合的MMC，根据各子模块载波相位对每个桥臂上的子模块进行分组得到多个串联子模块分组：各组间同序子模块的载波相位依次相差2π/N，各组内相邻子模块的载波相位依次相差2mπ/N，所有载波相位均互补的两组子模块采用相同的采样信号，N为一个桥臂内串联的子模块数量，m为分组数且可被N整除。

3.根据权利要求1所述一种基于采样时刻分类的MMC多模块电容电压测量方法，其特征在于，根据每组内多个串联子模块的输出电压电平的变化规律对采样时刻进行分类的方法为：将串联子模块输出电压电平为1时表征的仅有一个子模块处于投入状态的采样时刻划分为第一类采样时刻，将串联子模块输出电压电平下降后表征有一个子模块转为切除状态后的采样时刻划分为第二类采样时刻，将串联子模块输出电压电平上升后表征有一个子模块转为投入状态后的采样时刻划分为第三类采样时刻。

4.根据权利要求1所述一种基于采样时刻分类的MMC多模块电容电压测量方法，其特征在于，该测量方法的采样频率和各子模块电容电压更新频率均为两倍的一个分组内多个串联子模块输出电压等效开关频率。

5.根据权利要求2或3所述一种基于采样时刻分类的MMC多模块电容电压测量方法，其特征在于，利用相邻采样时刻的子模块开关状态、每个分组内多个串联子模块输出电压在相邻采样时刻间的变化量、在相邻采样时刻间开关状态保持不变的子模块总电容电压变化量，及在相邻采样时刻间开关状态发生变化的子模块电容电压变化量计算每个分组内各子模块的电容电压的方法为：

对于第一类采样时刻：u_ck(t)＝u_m(t)，

对于第二类采样时刻：u_ci(t)＝-Δu_m(t)+∑S_j(t)Δu_cj(t)+Δu_ci(t),j≠i，u_cj(t)＝u_cj(t-1)+S_j(t)Δu_cj(t),j≠i，

对于第三类采样时刻：u_cp(t)＝Δu_m(t)-∑S_j(t)Δu_cj(t),j≠p，u_cj(t)＝u_cj(t-1)+S_j(t)Δu_cj(t),j≠p，

其中，u_ck(t)为t采样时刻处于投入状态的第k个子模块的电容电压，u_m(t)为t采样时刻串联子模块输出电压的测量值，u_ci(t)为在t采样时刻及其前一采样时刻间转为切除状态的第i个子模块的电容电压，Δu_m(t)为在t采样时刻及其前一采样时刻间串联子模块输出电压的变化量，S_j(t)为在t采样时刻及其前一采样时刻间开关状态保持不变的第j个子模块的开关函数，S_j(t)＝1时表示在t采样时刻及其前一采样时刻间开关状态保持不变的第j个子模块为投入状态，S_j(t)＝0时表示在t采样时刻及其前一采样时刻间开关状态保持不变的第j个子模块为切除状态，Δu_cj(t)为在t采样时刻及其前一采样时刻间开关状态保持不变的第j个子模块电容电压的变化量，T_s为系统采样周期，C_j为在t采样时刻及其前一采样时刻间开关状态保持不变的第j个子模块的电容值，i_arm(t-1)、i_arm(t)分别为t-1采样时刻、t采样时刻串联所述第j个子模块所属分组的桥臂的电流，Δu_ci(t)为在t采样时刻及其前一采样时刻间转为切除状态的第i个子模块电容电压的变化量，C_i为t采样时刻及其前一采样时刻间转为切除状态的第i个子模块的电容值，i_arm(t+1)为t-1采样时刻串联所述第i个子模块所属分组的桥臂的电流，u_cj(t-1)为在t采样时刻及其前一采样时刻间开关状态保持不变的第j个子模块在t-1采样时刻的电容电压，u_cj(t)为在t采样时刻及其前一采样时刻间开关状态保持不变的第j个子模块在t采样时刻的电容电压，u_cp(t)为在t采样时刻及其前一采样时刻间转为投入状态的第p个子模块在t采样时刻的电容电压，k＝1,2,…,N，i＝1,2,…,N，p＝1,2,…,N，N为一个桥臂内串联的子模块数量。

6.根据权利要求5所述一种基于采样时刻分类的MMC多模块电容电压测量方法，其特征在于，对由包含开关电源和平衡电阻的附加电路产生的能量损耗所引起的子模块电容电压跌落进行补偿以修正采样周期后各子模块的电容电压的表达式为：u_cj(t)＝u_cj(t+1)+S_j(t)Δu_cj(t)+[S_j(t)+1]ΔU，ΔU为包含开关电源和平衡电阻的附加电路产生的能量损耗所引起的子模块电容电压跌落，U_Cmax、U_Cmin分别为子模块电容电压的最大值和最小值，U'_Cmax为子模块电容电压在其最大值出现时刻一个采样周期后的采样值，可由表达式：计算，U'_Cmin为子模块电容电压在其最小值出现时刻一个采样周期后的采样值，可由表达式：计算，T_s为系统采样周期，R_e为平衡电阻，P_l为附加电路等效的负载功率，η为开关电源效率。