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模 块化多电平换流器的子模块的均压方法

阅读：9发布：2020-05-19

专利汇可以提供模块化多电平换流器的子模块的均压方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种模块化多电平换流器的子模块的均压方法，所述方法包括：获取桥臂上的子模块的电容电压值，按照公式对桥臂上的子模块进行计算分组；根据控制系统得出的交流电压指令，计算桥臂上需要开通的子模块的数量；判断桥臂上电流方向，如果电流方向为正，从第0组开始按照子模块的序号由小到大逐个触发子模块，当开通的子模块的数量达到需要开通的子模块的数量，停止选择新的子模块触发；如果电流方向为负，则从第M‑1组开始按照子模块的序号由大到小逐个触发子模块，当开通的子模块的数量达到需要开通的子模块的数量，停止选择新的子模块触发。采用本发明可以在降低开关频率的同时降低时间复杂度，延长换流器的寿命，提高系统的可靠性。，下面是模块化多电平换流器的子模块的均压方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种模块化多电平换流器的子模块的均压方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取桥臂上的子模块的电压值，对桥臂上的子模块进行分组：
对桥臂上的子模块进行序号标记，按照以下公式对每一子模块进行计算分组：
其中，M为分组个数，分别记为第0组，第1组，、、、，第M-1组，且2≤M≤N，N为桥臂上的子模块的总数，Umax为桥臂上的子模块的最大电压值，Umin为桥臂上的子模块的最小电压值，Ui为桥臂上的第i个子模块的电压值，floor表示向下取整，Fi则表示第i个子模块所分到的组；
根据控制系统得出的交流电压指令，计算桥臂上需要开通的子模块的数量；
判断桥臂上的电流方向，如果电流方向为正，从第0组按照子模块的序号由小到大逐个触发子模块，如果需要开通的子模块的数量大于第0组中的子模块个数，则继续按照子模块的序号由小到大选择触发第1组中的子模块，如果需要开通的子模块的数量大于第0组和第
1组的总的子模块个数，则继续依次往后选择触发，当开通的子模块的数量达到需要开通的子模块的数量，停止选择新的子模块触发；如果电流方向为负，从第M-1组按照子模块的序号由大到小逐个触发子模块，如果需要开通的子模块的数量大于第M-1组中的子模块个数，则继续按照子模块的序号由大到小选择触发第M-2组中的子模块，如果需要开通的子模块的数量大于第M-1组和第M-2组的总的子模块个数，则继续依次往前选择触发，当开通的子模块的数量达到需要开通的子模块的数量，停止选择新的子模块触发。
2.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器的子模块的均压方法，其特征在于，所述计算桥臂上需要开通的子模块的数量，具体通过以下公式计算：
其中，nup为上桥臂需要开通的子模块的数量，ndown为下桥臂需要开通的子模块的数量，Nup为上桥臂的子模块的个数，Ndown为下桥臂的子模块的个数，us为交流电压，UC表示单个子模块的额定电压，round表示按四舍五入取整。
3.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器的子模块的均压方法，其特征在于，所述获取桥臂上的子模块的电压值包括：获取桥臂上的每个子模块的电压值以及提取桥臂上的子模块的最大电压值和最小电压值。
4.根据权利要求1所述的模块化多电平换流器的子模块的均压方法，其特征在于，所述对桥臂上的子模块进行序号标记包括：将桥臂上的子模块依次标记为第1个子模块，第2个子模块，第3个子模块，、、、，第N个子模块。

说明书全文

模 块化多电平换流器的子模块的均压方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种模块化多电平换流器的子模块的均压方法。

背景技术

[0002] 近年来，模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)，因其在有功功率和无功功率独立控制、新能源接入、异步联网及城市供电等方面的独特优势，已成为柔性直流输电系统的首选换流器拓扑，在世界范围内取得了广泛的应用，并且MMC已由最初的低电压、小容量示范工程向高电压、大容量、多端系统方向快速发展，展现出良好的发展前景。

[0003] 在模块化多电平换流器运行的过程中，电压均衡是控制换流器运行的关键技术，随着MMC工程朝着高电压电平、大容量的方向快速发展，研究更低时间计算复杂度和降低电力电子器件开关频率的MMC均压算法，对MMC的可扩展性、控制性能的提高和损耗的降低具
有重要意义。但现有的均压方法多为在传统电压排序方法的基础上进行优化，其计算复杂
度仍较高，且无法同时降低时间复杂度和开关频率。

发明内容

[0004] 本发明实施例提出了一种模块化多电平换流器的子模块的均压方法，可以在降低开关频率的同时降低时间复杂度，减少开关器件的损耗，从而降低模块化多电平换流器的
损耗，延长模块化多电平换流器的寿命，提高了系统的可靠性。

[0005] 本发明实施例提供了一种模块化多电平换流器的子模块的均压方法，包括以下步骤：

[0006] 获取桥臂上的子模块的电压值，对桥臂上的子模块进行分组：

[0007] 对桥臂上的子模块进行序号标记，按照以下公式对每一子模块进行计算分组：

[0008]

[0009] 其中，M为分组数，分别记为第0组，第1组，、、、，第M-1组，且2≤M≤N，N为桥臂上的子模块的总数，Umax为桥臂上的子模块的最大电压值，Umin为桥臂上的子模块的最小电压值，Ui为桥臂上的第i子模块的电压值，floor表示向下取整，Fi则表示第i子模块所分到的组；

[0010] 根据控制系统得出的交流电压指令，计算桥臂上需要开通的子模块的数量；

[0011] 判断桥臂上的电流方向，如果电流方向为正，从第0组按照子模块的序号由小到大逐个触发子模块，如果需要开通的子模块的数量大于第0组中的子模块个数，则继续按照子模块的序号由小到大选择触发第1组中的子模块，如果需要开通的子模块的数量大于第0组
和第1组的总的子模块个数，则继续依次往后选择触发，当开通的子模块的数量达到需要开通的子模块的数量，停止选择新的子模块触发；如果电流方向为负，从第M-1组按照子模块的序号由大到小逐个触发子模块，如果需要开通的子模块的数量大于第M-1组中的子模块
个数，则继续按照子模块的序号由大到小选择触发第M-2组中的子模块，如果需要开通的子模块的数量大于第M-1组和第M-2组的总的子模块个数，则继续依次往前选择触发，当开通
的子模块的数量达到需要开通的子模块的数量，停止选择新的子模块触发。

[0012] 进一步地，所述计算桥臂上需要开通的子模块的数量，具体通过以下公式计算：

[0013]

[0014]

[0015] 其中，nup为上桥臂需要开通的子模块的数量，ndown为下桥臂需要开通的子模块的数量，Nup为上桥臂的子模块的个数，Ndown为下桥臂的子模块的个数，us为交流电压，UC表示单个子模块的额定电压，round表示按四舍五入取整。

[0016] 进一步地，所述获取桥臂上的子模块的电压值包括：获取桥臂上的每个子模块的电压值以及提取桥臂上的子模块的最大电压值和最小电压值。

[0017] 进一步地，所述对桥臂上的子模块进行序号标记包括：将桥臂上的子模块依次标记为第1个子模块，第2个子模块，第3个子模块，、、、，第N个子模块。

[0018] 与现有技术相比，本发明实施例提供的模块化多电平换流器的子模块的均压方法，根据电压值进行随机分组，只需对每个子模块的电压值进行一次计算分组，不需要对子模块的电压值进行频繁的比较排序，大大减少了计算量，降低了计算复杂度，减少了硬件投入成本，提高了控制器的响应特性；根据需要触发子模块的个数和电流方向，优先从最小组按照子模块的标号顺序从小到大或最大组按照子模块的标号顺序从大到小进行触发，降低
了模块化多电平换流器的开关频率和开关损耗，延长了IGBT等开关器件的寿命，从而降低
模块化多电平换流器的损耗，应用于特高压柔性直流输电系统中，提高系统的可靠性。
附图说明

[0019] 图1是本发明实施例提供的模块化多电平换流器的子模块的均压方法的流程图。

[0020] 图2为模块化多电平换流器的结构示意图。

[0021] 图3为本发明实施例的子模块的分组结果的示意图。

具体实施方式

[0022] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。

[0023] 请参阅图1，是本发明实施例提供的模块化多电平换流器的子模块的均压方法的流程图。

[0024] 所述模块化多电平换流器的子模块的均压方法，包括以下步骤：

[0025] S101、获取桥臂上的子模块的电压值，对桥臂上的子模块进行分组：

[0026] 对桥臂上的子模块进行序号标记，按照以下公式对每一子模块进行计算分组：

[0027]

[0028] 其中，M为分组数，分别记为第0组，第1组，、、、，第M-1组，且2≤M≤N，N为桥臂上的子模块的总数，Umax为桥臂上的子模块的最大电压值，Umin为桥臂上的子模块的最小电压值，Ui为桥臂上的第i个子模块的电压值，floor表示向下取整，Fi则表示第i个子模块所分到的组。

[0029] 在本实施例中，所述获取桥臂上的子模块的电压值包括：获取桥臂上的每个子模块的电压值以及提取桥臂上的子模块的最大电压值和最小电压值。所述桥臂上的子模块的
电压值为同一控制周期内的电压值。

[0030] 在本实施例中，所述对桥臂上的子模块进行序号标记包括：将桥臂上的子模块依次标记为第1个子模块，第2个子模块，第3个子模块，、、、，第N个子模块。需要说明的是，在本发明实施例中对桥臂上的子模块进行序号标记是为了辨别不同的子模块，除了可以采用数
字进行标记，也可以采用字母或其他符号对桥臂上的子模块进行标记。

[0031] 请参阅图2，为模块化多电平换流器的结构示意图，所述模块化多电平换流器包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和下桥臂均包括N个子模块。

[0032] 在本实施例中，所述对桥臂上的子模块进行序号标记可为：将每一桥臂上的子模块按照在图2中的从上到下的顺序依次标记为第1个子模块SM1，第2个子模块SM2，、、、，第N个子模块SMN。需要说明的是，所述对桥臂上的子模块进行序号标记也可以为按照在图2中的
从下到上的顺序依次标记，但本发明不限于采用上述标记方式。

[0033] 在本实施例中，根据计算结果Fi对子模块进行分组，若F1＝0，则第1个子模块分在第0组，若F2＝1，则第2个子模块分在第1组，若FN-5＝M-1，则第N-5个子模块分在第M-1组。以下以将桥臂上的子模块分成两组对分组情况进行具体说明：

[0034] 将桥臂上的子模块分成两组，则分组数M取值为2，记为第0组和第1组，桥臂上的子模块所在的组则由公式确定，若Fi的值为0，则第i个子模块分到第0组，若Fi的值为1，则第i个子模块分到第1组。

[0035] 需要说明的是，在本发明实施例中，所述分组个数M可为2～N之间的任一整数，M可根据需要进行调节，分组数越少，时间复杂度越低，分两层时的时间复杂度最低。

[0036] 请参阅图3，为本发明实施例的子模块的分组结果的示意图。其中，所述C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8，C9，、、、，CN-5、CN-4、CN-3、CN-2、CN-1、CN为作了序号标记的子模块。第一行数组为按照子模块的序号从小到大的顺序进行排序的结果，第二行数组则为根据公式计算得到的分组结果。由图2可见，子模块C1，C7，C9分到了第0组，
也就是说第1个子模块，第7个子模块和第9个子模块的Fi的值为0，被分到了第0组；同理，第
3个子模块，第8个子模块和第N-2个子模块的Fi的值为1，被分到了第1组，第4个子模块和第
13个子模块的Fi的值为M-2，被分到了第M-2组，第12个子模块，第N-8个子模块和第N-5个子模块的Fi的值为M-1，被分到了第M-1组。

[0037] 在本实施例中，分到各个组中的子模块均按照标号从小到大的顺序进行排序，以便于以下步骤的执行。

[0038] S102、根据控制系统得出的交流电压指令，计算桥臂上需要开通的子模块的数量。

[0039] 具体地，所述计算桥臂上需要开通的子模块的数量，通过以下公式计算：

[0040]

[0041]

[0042] 其中，nup为上桥臂需要开通的子模块的数量，ndown为下桥臂需要开通的子模块的数量，Nup为上桥臂的子模块的个数，Ndown为下桥臂的子模块的个数，us为交流电压，UC表示单个子模块的额定电压，round表示按四舍五入取整。

[0043] S103、判断桥臂上的电流方向，如果电流方向为正，从第0组按照子模块的序号由小到大逐个触发子模块，如果需要开通的子模块的数量大于第0组中的子模块个数，则继续按照子模块的序号由小到大选择触发第1组中的子模块，如果需要开通的子模块的数量大
于第0组和第1组的总的子模块个数，则继续依次往后选择触发，当开通的子模块的数量达
到需要开通的子模块的数量，停止选择新的子模块触发；如果电流方向为负，从第M-1组按照子模块的序号由大到小逐个触发子模块，如果需要开通的子模块的数量大于第M-1组中
的子模块个数，则继续按照子模块的序号由大到小选择触发第M-2组中的子模块，如果需要开通的子模块的数量大于第M-1组和第M-2组的总的子模块个数，则继续依次往前选择触
发，当开通的子模块的数量达到需要开通的子模块的数量，停止选择新的子模块触发。

[0044] 在本实施例中，当桥臂上的电流方向为正，则从第0组按照子模块的序号由小到大逐个触发子模块，由图3所述，即依次选择触发第1个子模块，第7个子模块和第9个子模块，当需要开通的子模块个数大于第0组中的子模块数，则继续往后选取触发，即继续依次选择触发第1组中第3个子模块，第8个子模块和第N-2个子模块，直至开通的子模块的数量达到
需要开通的子模块的数量为止；当桥臂上电流方向为负，则从第M-1组按照子模块的序号由大到小逐个触发子模块，由图2所述，即依次选择触发第N-5个子模块，第N-8个子模块和第
12个子模块，当需要开通的子模块个数大于第M-1组中的子模块数，则继续往前选取触发，即继续依次选择触发第M-2组中第13个子模块和第4个子模块，直至开通的子模块的数量达
到需要开通的子模块的数量为止。

[0045] 与现有技术相比，本发明实施例所述模块化多电平换流器的子模块的均压方法，根据电压值进行随机分组，只需对每个子模块的电压值进行一次计算分组，不需要对子模
块的电压值进行频繁的比较排序，大大减少了计算量，降低了时间复杂度，减少了硬件投入成本，提高了控制器的响应特性；根据需要触发子模块的个数和桥臂上的电流方向，优先从最小组按照子模块的标号顺序从小到大或最大组按照子模块的标号顺序从大到小进行触
发，降低了模块化多电平换流器的开关频率，从而降低模块化多电平换流器的损耗，延长模块化多电平换流器的寿命，应用于特高压柔性直流输电系统中，提高系统的可靠性。

[0046] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

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