本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及模块化级联型多电平变换器控制方法和控制装置。
背景技术：
模块化级联型多电平变换器是指由多个基本功率单元(也称子模块)级联而成的多电平变换器。图1示出了一种典型的模块化级联型多电平变换器拓扑结构，每一相包含n个子模块；该子模块包括至少一个dc/dc变换器(图1仅以子模块内具有一个dc/dc变换器作为示例)和一个级联模块，该级联模块的直流侧连接所述至少一个dc/dc变换器；每相内各级联模块的交流侧级联起来构成一相输出，三相输出通过滤波器以星形联结方式并网；各dc/dc变换器的另一侧并联构成公共直流母线。
模块化级联型多电平变换器通过调制使得每相内各子模块传输的有功功率相等，从而保证a、b、c三相传输的有功功率相等。而当某个子模块发生故障时，为了保证a、b、c三相传输的有功功率仍然相等，现有的做法是让故障相中正常工作的子模块传输更大的有功功率，但这会造成故障相与非故障相中单个子模块传输的有功功率不等。举例说明，假设每相具有6个子模块，当某个子模块故障后，故障相中其余5个子模块传输的有功功率都将增加到原来的120％，而非故障相中各子模块传输的有功功率不变，此功率差异将导致相间dc/dc变换器散热需求不一致，不利于系统整体性能优化。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种模块化级联型多电平变换器控制方法和控制装置，以实现故障相与非故障相中单个子模块传输的有功功率相等。
一种模块化级联型多电平变换器控制方法，其中，所述模块化级联型多电平变换器的每一相包含n个子模块，n≥2；所述子模块包括至少一个dc/dc变换器和一个级联模块，所述级联模块的直流侧连接所述dc/dc变换器；每相内各级联模块的交流侧级联起来构成一相输出；各dc/dc变换器的另一侧并联构成公共直流母线；
所述模块化级联型多电平变换器控制方法包括：
判断所述模块化级联型多电平变换器中是否含有故障的子模块，若是，关闭故障的子模块；其中，子模块发生故障，是指子模块中的dc/dc变换器和/或级联模块发生故障；
根据各相中保持正常工作的级联模块的数目，向所述模块化级联型多电平变换器的三相调制波中注入一定量的零序分量u0；
按照注入零序分量u0后的三相调制波，平均分配每相中各个保持正常工作的级联模块传输的有功功率。
可选的，
其中，na、nb、nc分别为a、b、c相中保持正常工作的级联模块的数目；ug为电网电压峰值；ωt为电网电压相位角。
可选的，所述关闭故障的子模块，包括：
关闭故障的子模块中的各dc/dc变换器，并且旁路所述故障的子模块中的级联模块。
可选的，所述判断所述模块化级联型多电平变换器中是否含有故障的子模块，若是，关闭故障的子模块，包括：
每个dc/dc变换器和每个级联模块都具有独立的控制器；
在任一子模块中，当任一dc/dc变换器控制器检测到自身对应的dc/dc变换器发生故障时，关闭这一dc/dc变换器，并通知本子模块中的级联模块控制器和其他dc/dc变换器控制器，级联模块控制器在接收到通知后，旁路级联模块，所述其他dc/dc变换器控制器在接收到通知后，关闭自身对应的dc/dc变换器；当级联模块控制器检测到级联模块发生故障时，旁路级联模块，并通知本子模块中的各dc/dc变换器控制器，各dc/dc变换器控制器在接收到通知后，关闭自身对应的dc/dc变换器。
可选的，通知级联模块控制器或通知dc/dc变换器控制器的方式为：约定发送一个故障标志信号，或者约定停止发送信号。
一种模块化级联型多电平变换器控制装置，其中，所述模块化级联型多电平变换器的每一相包含n个子模块，n≥2；所述子模块包括至少一个dc/dc变换器和一个级联模块，所述级联模块的直流侧连接所述dc/dc变换器；每相内各级联模块的交流侧级联起来构成一相输出；各dc/dc变换器的另一侧并联构成公共直流母线；
所述模块化级联型多电平变换器控制装置，包括：
检测单元，用于判断所述模块化级联型多电平变换器中是否含有故障的子模块，若是，关闭故障的子模块；其中，子模块发生故障，是指子模块中的dc/dc变换器和/或级联模块发生故障；
零序分量注入单元，用于根据各相中保持正常工作的级联模块的数目，向所述模块化级联型多电平变换器的三相调制波中注入一定量的零序分量u0；
调制单元，用于按照注入零序分量u0后的三相调制波，平均分配每相中各个保持正常工作的级联模块传输的有功功率。
可选的，
其中，na、nb、nc分别为a、b、c相中保持正常工作的级联模块的数目；ug为电网电压峰值；ωt为电网电压相位角。
可选的，所述检测单元关闭故障的子模块，具体是指：关闭故障的子模块中的各dc/dc变换器，并且旁路所述故障的子模块中的级联模块。
可选的，每个dc/dc变换器和每个级联模块都具有独立的控制器；
对于任一子模块，所述检测单元，具体用于在任一dc/dc变换器控制器检测到自身对应的dc/dc变换器发生故障时，关闭这一dc/dc变换器，并通知本子模块中的级联模块控制器和其他dc/dc变换器控制器，级联模块控制器在接收到通知后，旁路级联模块，所述其他dc/dc变换器控制器在接收到通知后，关闭自身对应的dc/dc变换器；在级联模块控制器检测到级联模块发生故障时，旁路级联模块，并通知本子模块中的各dc/dc变换器控制器，各dc/dc变换器控制器在接收到通知后，关闭自身对应的dc/dc变换器。
可选的，所述检测单元通知级联模块控制器或通知dc/dc变换器控制器的方式为：约定发送一个故障标志信号，或者约定停止发送信号。
从上述的技术方案可以看出，当模块化级联型多电平变换器中有子模块出现故障时，本发明根据各相中保持正常工作的子模块的数目，向三相调制波中注入一定量的零序分量u0，由于注入零序分量u0会改变各相中保持正常工作的各级联模块传输的有功功率，所以只要控制好零序分量u0的注入量就能够使得故障相与非故障相中单个子模块传输的有功功率达到相等(即平衡不同级联模块传输的有功功率)。而且，注入零序分量u0并不会改变三相传输的有功功率，满足设计要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术公开的一种模块化级联型多电平变换器拓扑结构示意图；
图2为本发明实施例公开的一种模块化级联型多电平变换器控制方法流程图；
图3为本发明实施例公开的一种模块化级联型多电平变换器局部拓扑图；
图4为本发明实施例公开的一种模块化级联型多电平变换器控制装置结构示意图。
具体实施方式
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做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。
参见图2，本发明实施例公开了一种模块化级联型多电平变换器控制方法，以实现故障相与非故障相中单个子模块传输的有功功率相等，包括：
步骤s01：判断模块化级联型多电平变换器中是否含有故障的子模块，若是，进入步骤s02；否则，返回步骤s01。
具体的，如图1所示，模块化级联型多电平变换器由多个结构相同的子模块级联而成，该子模块包括至少一个dc/dc变换器(图1仅以子模块内具有一个dc/dc变换器作为示例)和一个级联模块。子模块发生故障，是指子模块中的dc/dc变换器和/或级联模块发生故障。
其中，子模块中的级联模块可以采用h桥、npc全桥、飞跨电容全桥等拓扑。子模块中的dc/dc变换器可以采用功率单向谐振式变换器、功率双向谐振式变换器、功率单向非谐振式变换器、功率双向非谐振式变换器或flyback等隔离型dc/dc变换器。所述隔离型dc/dc变换器包括原边的dc/ac变换模块和副边的ac/dc变换模块，为节省成本，通常会把模块化级联型多电平变换器中的隔离型dc/dc变换器分为多组，每组共用一个dc/ac变换模块，如图3所示。
步骤s02：关闭故障的子模块。
具体的，关闭故障的子模块，是指：关闭该子模块中的各dc/dc变换器，并且旁路该子模块中的级联模块。
可选的，每个dc/dc变换器和每个级联模块都具有独立的控制器，所以每一子模块都可以独立执行步骤s01～步骤s02，具体为：在任一子模块中，当任一dc/dc变换器控制器检测到自身对应的dc/dc变换器发生故障时，关闭该dc/dc变换器，并通知本子模块中的级联模块控制器和其他dc/dc变换器控制器，通知方式可以是约定发送一个故障标志信号，也可以是约定停止发送信号，该级联模块控制器在接收到该通知后，旁路级联模块，其他dc/dc变换器控制器在接收到通知后，关闭自身对应的dc/dc变换器；当级联模块控制器检测到级联模块发生故障时，旁路该级联模块，并通知本子模块中的各dc/dc变换器控制器，通知方式可以是约定发送一个故障标志信号，也可以是约定停止发送信号，各dc/dc变换器控制器在接收到该通知后，关闭自身对应的dc/dc变换器。
当然，也可以为各dc/dc变换器、各级联模块设置集中控制器进行统一控制，此处不再赘述。
步骤s03：根据各相中保持正常工作的级联模块的数目，向模块化级联型多电平变换器的三相调制波中注入一定量的零序分量u0。
具体的，u0的取值为：
式中，na、nb、nc分别为a、b、c相中保持正常工作的级联模块的数目；ug为电网电压峰值；ωt为电网电压相位角。
步骤s04：按照注入零序分量u0后的三相调制波，平均分配每相中各个保持正常工作的级联模块传输的有功功率。
具体的，假设模块化级联型多电平变换器运行过程中，a、b、c三相电网电压分别为usa、usb和usc，a、b、c三相电网电流分别为isa、isb和isc，a、b、c三相调制电压分别为ua、ub和uc，则其表达式如下：
式(1)～式(3)中，ωt为电网电压相位角；ug为电网电压峰值；ig为电网电流峰值；u为每相调制电压峰值；α为每相调制电压与电网电压之间的夹角。
假设a、b、c三相中保持正常工作的级联模块的数目分别是na、nb、nc，按照三相调制波平均分配a、b、c三相中各个保持正常工作的级联模块传输的功率pai、pbj、pck，则其表达式如下：
式(4)中，i＝1、2、…、na；j＝1、2、…、nb；k＝1、2、…、nc。
定义pai、pbj、pck的有功分量分别为
也即，按照三相调制波平均分配a、b、c三相中各个保持正常工作的级联模块传输的有功功率
若na＝nb＝nc，则相间级联模块传输的有功功率相等，否则，相间级联模块传输的有功功率不等。本实施例通过向三相调制波中注入一定量的零序分量u0来实现相间级联模块传输的有功功率相等。假设u0的取值为：
u0＝u0sin(ωt+θ)(6)
式(6)中，θ为零序电压初相角；u0为零序电压峰值。
注入零序电压u0以后，a、b、c三相传输的功率变化量分别为δpa、δpb、δpc，则其表达式如下：
定义δpa、δpb、δpc的有功分量分别为
也即，注入零序电压u0以后，a、b、c三相传输的有功功率变化量
显然，
由式(9)可知，注入零序电压u0可以重新分配a、b、c三相中各个保持正常工作的级联模块传输的有功功率，但并不会改变a、b、c三相传输的有功功率，满足设计要求，那么接下来的关键就是求解出u0的值。
求解u0的方法如下：
假设a、b、c三相传输的有功功率为pt，则注入零序电压u0之前，a、b、c三相传输的有功功率相等且均为pt/3。
若注入零序分量u0以后每个级联模块传输的有功功率都相同，则注入零序分量u0以后a、b、c三相传输的有功功率pa、pb、pc和有功功率变化量
由式(8)和式(11)可计算得到：
已知
由式(11)～式(13)可计算得到：
最终，由式(6)可计算得到u0的取值：
由上述对本实施例的描述可知，当模块化级联型多电平变换器中有子模块出现故障时，本实施例根据各相中保持正常工作的子模块的数目，向三相调制波中注入一定量的零序分量u0，由于注入零序分量u0会改变各相中保持正常工作的各级联模块传输的有功功率，所以只要控制好零序分量u0的注入量就能够使得故障相与非故障相中单个子模块传输的有功功率相等(即平衡不同级联模块传输的有功功率)。而且，注入零序分量u0并不会改变三相传输的有功功率，满足设计要求。
与上述方法实施例相对应的，参见图4，本发明实施例还公开了一种模块化级联型多电平变换器控制装置，包括：
检测单元100，用于判断所述模块化级联型多电平变换器中是否含有故障的子模块，若是，关闭故障的子模块；其中，子模块发生故障，是指子模块中的dc/dc变换器和/或级联模块发生故障；
零序分量注入单元200，用于根据各相中保持正常工作的级联模块的数目，向所述模块化级联型多电平变换器的三相调制波中注入一定量的零序分量u0；
调制单元300，用于按照注入零序分量u0后的三相调制波，平均分配每相中各个保持正常工作的级联模块传输的有功功率。
可选的，
其中，na、nb、nc分别为a、b、c相中保持正常工作的级联模块的数目；ug为电网电压峰值；ωt为电网电压相位角。
可选的，检测单元100关闭故障的子模块，具体是指：关闭故障的子模块中的各dc/dc变换器，并且旁路所述故障的子模块中的级联模块。
可选的，每个dc/dc变换器和每个级联模块都具有独立的控制器；
对于任一子模块，检测单元100，具体用于在任一dc/dc变换器控制器检测到自身对应的dc/dc变换器发生故障时，关闭这一dc/dc变换器，并通知本子模块中的级联模块控制器和其他dc/dc变换器控制器，级联模块控制器在接收到通知后，旁路级联模块，所述其他dc/dc变换器控制器在接收到通知后，关闭自身对应的dc/dc变换器；在级联模块控制器检测到级联模块发生故障时，旁路级联模块，并通知本子模块中的各dc/dc变换器控制器，各dc/dc变换器控制器在接收到通知后，关闭自身对应的dc/dc变换器。
可选的，检测单元100通知级联模块控制器或通知dc/dc变换器控制器的方式为：约定发送一个故障标志信号，或者约定停止发送信号。
综上所述，当模块化级联型多电平变换器中有子模块出现故障时，本发明根据各相中保持正常工作的子模块的数目，向三相调制波中注入一定量的零序分量u0，由于注入零序分量u0会改变各相中保持正常工作的各级联模块传输的有功功率，所以只要控制好零序分量u0的注入量就能够使得故障相与非故障相中单个子模块传输的有功功率达到相等(即平衡不同级联模块传输的有功功率)。而且，注入零序分量u0并不会改变三相传输的有功功率，满足设计要求。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。