[发明专利]一种模块化多电平变换器子模块电容电压均衡控制方法

摘要

本发明涉及一种模块化多电平变换器的子模块电容电压均衡控制方法，属于电压源换流器技术领域和直流输电技术领域。本发明所采用的方法是对一个桥臂内当前已投入的子模块电容电压和被切除的子模块电容电压分别进行排序，根据该桥臂电流的方向、当前时刻需要投入的子模块数量和上一时刻需要投入的子模块数量的差值以及电容电压排序结果，控制子模块被投入和切除的数量，达到子模块电容电压均衡的效果。相比于以往所常用的电容电压值传统排序方法，本发明所提出的方法减少了不必要的子模块投切，因此减小了投切频率，进而减小了开关损耗。本发明还可以根据实际工程的需要自主选择子模块的投切频率，灵活度也大大增加，当桥臂上子模块的数目增多时，这种方法的优势会越来越明显，因此很适合于大电平数目的模块化多电平变换器。

主权项

1.一种模块化多电平变换器子模块电容电压均衡控制方法，其特征在于该方法包括了以下步骤：(1)设定模块化多电平变换器每一个桥臂上级联的子模块数目为N，通过一定的调制方式，计算出当前一个控制周期内一个桥臂上所要投入的子模块数目M1，并保存上一个控制周期内同一桥臂所要投入的子模块数目M2；(2)根据上述步骤(1)计算出当前控制周期内桥臂所投入的子模块数目与上一个控制周期内同一桥臂所投入的子模块数目的差值K，其中K＝M1‑M2，并通过分析得出K只可能为0、1或‑1，并设定当前处于投入状态的P1个子模块为集合A1，处于切除状态的P2个子模块为集合A2；(3)检测当前桥臂的电流方向I_arm，并确定一个投切因子L，限定L的范围为(0，N/2)；(4)根据上述步骤(2)所得出的K、A1、A2以及步骤(3)所得出的I_arm和L进行判断，如果K＝1，则说明当前时刻桥臂上需要投入一个子模块，对A2中的子模块按照电容电压大小进行排序，若I_arm＞0，则当L大于等于P2时，投入集合A2的全部P2个子模块，对集合A1中的子模块按照电容电压大小进行排序，切除集合A1中电容电压最高的P2‑1个子模块，当L小于P2时，投入集合A2中电容电压最低的L个子模块，对集合A1中的子模块按照电容电压大小进行排序，切除集合A1中电容电压最高的L‑1个子模块，如果I_arm＜0，则当L大于等于P2时，投入集合A2中所有P2个子模块，对集合A1中的子模块按照电容电压大小进行排序，切除集合A1中电容电压最低的P2‑1个子模块，当L小于P2时，投入集合A2中电容电压最高的L个子模块，对集合A1中的子模块按照电容电压大小进行排序，切除集合A1中电容电压最低的L‑1个子模块；(5)根据上述步骤(2)所得出的K、A1、A2以及步骤(3)所得出的I_arm和L进行判断，如果K＝‑1，则说明当前时刻桥臂上需要切除一个子模块，对A2中的子模块按照电容电压大小进行排序，若I_arm＞0，则当L大于等于P2时，投入集合A2的全部P2个子模块，对集合A1中的子模块按照电容电压大小进行排序，切除集合A1中电容电压最高的P2+1个子模块，当L小于P2时，投入集合A2中电容电压最低的L个子模块，对集合A1中的子模块按照电容电压大小进行排序，切除集合A1中电容电压最高的L+1个子模块，若I_arm＜0，则当L大于等于P2时，投入集合A2中所有P2个子模块，对集合A1中的子模块按照电容电压大小进行排序，切除集合A1中电容电压最低的P2+1个子模块，当L小于P2时，投入集合A2中电容电压最高的L个子模块，对集合A1中的子模块按照电容电压大小进行排序，切除集合A2中电容电压最低的L+1个子模块；(6)根据上述步骤(2)所得出的K、A1、A2以及步骤(3)所得出的I_arm和L进行判断，如果K＝0，则说明当前时刻桥臂上投入的子模块数量不变，若I_arm＞0，则当L大于等于P2时，投入集合A2中所有P2个子模块，对A1中的子模块按照电容电压大小进行排序，切除集合A1中电容电压最高的P2个子模块，当L小于P2时，投入集合A2中电容电压最低的L个子模块，对A1中的子模块按照电容电压大小进行排序，切除集合A1中电容电压最高的L个子模块，如果I_arm＜0，则当L大于等于P2时，投入集合A2中所有P2个子模块，对A1中的子模块按照电容电压大小进行排序，切除集合A1中电容电压最低的P2个子模块，当L小于P2时，投入集合A2中电容电压最高的L个子模块，对A1中的子模块按照电容电压大小进行排序，切除集合A1中电容电压最低的L个子模块；(7)根据上述步骤(4)(5)(6)控制每一个桥臂上子模块的投入与切除，实现模块化多电平变换器子模块电容电压的均衡控制。