[发明专利]模块化多电平变流器子模块投切降频优化方法及系统

权利要求书

1.一种模块化多电平变流器子模块投切降频优化方法，其特征在于，其包括以下步骤：

生成参考调制电压波形，根据参考调制电压波形确定上、下桥臂投入的子模块数，构建建立MMC系统；

基于构建的MMC系统及自平衡控制特性，获取子模块平均投切频率；

计算各电平持续时间，根据子模块平均投切频率得到每个电平下的行向量个数，构造在不同时间尺度下满秩的投切状态矩阵S_N，确定不同行向量的组成及顺序下的子模块电容电压自平衡控制效果；

在保证实现子模块电容电压自平衡的时间尺度下，根据上、下桥臂投入的子模块数，构造能降低子模块投切频率的投切状态矩阵S′_N。

2.根据权利要求1所述的模块化多电平变流器子模块投切降频优化方法，其特征在于，针对(N+1)电平MMC系统，任一时刻各相上、下桥臂投入子模块总数满足动态平衡，子模块电容电压之和等于直流侧电压，即：

式中，n_pj,n_nj分别为上、下桥臂所需投入子模块数，U_{Crj_i,ref}为子模块电容电压理论稳态值，j＝a,b,c，N为桥臂子模块总数，U_dc为直流侧电压。

3.根据权利要求2所述的模块化多电平变流器子模块投切降频优化方法，其特征在于，针对(N+1)电平MMC系统，采用最近电平逼近调制NLM进行调制，根据交流侧输出电压、子模块电容电压理论稳态值可以求出上桥臂所需投入子模块数n_pj：

式中，u_sj为交流侧输出电压。

4.根据权利要求1所述的模块化多电平变流器子模块投切降频优化方法，其特征在于，推导子模块平均投切频率根据下式获取：

式中：f_sw为平均投切频率，f_c为控制频率，n_si为单位控制周期内子模块状态切换次数，T₀为工频周期，N为桥臂子模块总数。

5.根据权利要求1所述的模块化多电平变流器子模块投切降频优化方法，其特征在于，步骤3中以工频控制周期为基准，在一个工频控制周期内构造不同时间尺度下满秩的S_N。

6.根据权利要求1所述的模块化多电平变流器子模块投切降频优化方法，其特征在于，各电平的结束时间即下一个电平的起始时间t_x为：

将系统参数代入上式可计算t_x，由此可计算每个电平的持续时间Δt_x，每个行向量的持续时间为1/f_c，由此可计算每个电平下的行向量个数。

7.根据权利要求1所述的模块化多电平变流器子模块投切降频优化方法，其特征在于，S_N满秩时有：rank(S_N)＝2N。

8.根据权利要求1所述的模块化多电平变流器子模块投切降频优化方法，其特征在于，将S_N划分为(N+1)个子矩阵，分别针对不同电平下的子矩阵进行计算、构造，合并得到能降低子模块投切频率的S′_N：

表示各电平对应的子矩阵。