电容复用型MMC电容电压平衡控制方法、装置及设备

本发明涉及多电平电力电子换流器，具体为电容复用型mmc电容电压平衡控制方法、装置及设备。

背景技术：

1、电容复用型模块化多电平变流器(modular multilevel converter，mmc)采用了模块化结构及子模块电容复用结构，其在具备电压及功率扩展灵活、交流输出电能质量高、子模块开关频率低、高效率及高可靠性、易于实现冗余运行的优势的同时，可有效降低子模块电容电压波动，从而可显著减少子模块电容容量、减少换流阀体积，故其在可再生能源并网、轨道交通供电、大功率电机驱动领域广受关注。

2、由于电容复用型mmc中储能电容悬浮分散在其各个子模块中，同一时刻同一子模块不同的投切状态将导致复用电容不同的充放电状态，若不施加额外控制将极易导致桥臂内子模块电容电压发散。针对电容复用型mmc桥臂内子模块电容电压平衡控制问题，目前已有方法通过分别对三相桥臂电流、桥臂内子模块电容电压排序，从而选择子模块最优开关状态实现桥臂内子模块电容电压平衡，但上述方法需要可靠的桥臂电流传感器，在桥臂电流传感器出现输出误差或输出故障时将严重影响电容电压平衡控制效果，限制了上述方法在实际工程中的应用范围，为此，我们提出电容复用型mmc电容电压平衡控制方法、装置及设备。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电容复用型mmc电容电压平衡控制方法、装置及设备，通过在每个控制周期内将桥臂内子模块电容电压排序，并计算桥臂内子模块电容电压的极差及标准差，将桥臂内子模块分组，并确定各组子模块的开关状态，即可使桥臂内子模块电容电压保持平衡。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：电容复用型mmc电容电压平衡控制方法，具体包括如下：

3、接收第k(k＝1,2，…)个控制周期上桥臂或下桥臂内各子模块的电容电压数据，并基于调制波大小采用调制方法进行调制计算，得到同一桥臂各相需投入的子模块数目；

4、根据所述电容电压数据，对第k个控制周期上桥臂或下桥臂内子模块电容电压进行降序排序；

5、根据所述电容电压数据，计算得到第k个控制周期上桥臂或下桥臂内子模块电容电压的极差及标准差；

6、根据第k个控制周期桥臂内子模块电容电压排序结果及第k(k＝2，3，…)个控制周期上桥臂或下桥臂内子模块电容电压的极差及标准差相对第k-1个控制周期的变化，将第k个控制周期上桥臂或下桥臂子模块分组，并确定各组子模块的开关状态，用于实现上桥臂或下桥臂内子模块电容电压的平衡。

7、进一步的，以上桥臂为例，所述桥臂内子模块电容电压降序排序结果为：电容电压最高的子模块在降序序列中对应序号1，电容电压次高的子模块在降序序列中对应序号2，依次类推，电容电压最低的子模块在降序序列中对应序号n，其中n为上桥臂子模块数量。

8、进一步的，以上桥臂为例，所述第k个控制周期桥臂内所有子模块电容电压的极差rn,k及标准差σn,k的计算公式为：

9、

10、公式①中，n是上桥臂内的子模块数目，ucu1,k、ucu2,k、…、ucun,k分别为上桥臂内的第1个、第2个、…、第n个子模块的电容电压在第k个控制周期的采样值，vcu_max,k是第k个控制周期上桥臂所有子模块电容电压采样值的最大值，vcu_min,k是第k个控制周期上桥臂所有子模块电容电压采样值的最小值。

11、进一步的，以上桥臂为例，第k个控制周期桥臂内子模块的分组方式为：

12、(1)电容电压降序序列中对应序号n-nui,k+1～n的子模块分为组1；

13、(2)电容电压降序序列中对应序号n-nui,k-nuii,k+1～n-nui,k的子模块分为组2；

14、(3)电容电压降序序列中对应序号n-nui,k-nuii,k-nuiii,k+1～n-nui,k-nuii,k的子模块分为组3；

15、(4)电容电压降序序列中对应序号1～n-nui,k-nuii,k-nuiii,k的子模块分为组4；其中，nui,k、nuii,k、nuiii,k分别为第k个控制周期i、ii、iii(其中i、ii、iii代指a、b或c)相上桥臂需投入的子模块数目，即nua,k、nub,k或nuc,k；

16、nu0,k为第k个控制周期上桥臂旁路的子模块数目，nu0,k的计算公式为：

17、nu0,k＝n-nua,k-nub,k-nuc,k ②

18、其中nua,k、nub,k、nuc,k分别为第k个控制周期上桥臂a、b、c相需投入的子模块数目。

19、进一步的，以上桥臂为例，第k个控制周期桥臂内各组子模块的开关状态根据nui,k、nuii,k、nuiii,k的不同取值确定。

20、进一步的，所述控制周期为相邻两次执行桥臂内子模块电容电压平衡控制的时间间隔。

21、根据本发明的一个方面，本发明提供一种电容复用型mmc电容电压平衡控制装置，包括：

22、采样调制模块：用于接收第k(k＝1,2，…)个控制周期上桥臂或下桥臂内各子模块的电容电压数据，并基于调制波大小采用调制方法进行调制计算，得到同一桥臂各相需投入的子模块数目；

23、排序模块：用于根据所述电容电压数据，对第k个控制周期上桥臂或下桥臂内子模块电容电压进行降序排序；

24、计算模块：用于根据所述电容电压数据，计算得到第k个控制周期上桥臂或下桥臂内子模块电容电压的极差及标准差；

25、分组及开关状态判定模块：用于根据第k个控制周期桥臂内子模块电容电压排序结果及第k(k＝2，3，…)个控制周期上桥臂或下桥臂内子模块电容电压的极差及标准差相对第k-1个控制周期的变化，将第k个控制周期上桥臂或下桥臂子模块分组，并确定各组子模块的开关状态，用于实现上桥臂或下桥臂内子模块电容电压的平衡。

26、根据本发明的另一个方面，本发明提供一种电容复用型mmc，所述电容复用型mmc包括上桥臂及下桥臂，每个桥臂均包括多个拓扑结构相同的复用电容型子模块以及三个桥臂电感，该电容复用型mmc使用所述的电容复用型mmc电容电压平衡控制方法进行子模块电容电压平衡控制。

27、根据本发明的另一个方面，本发明提出一种终端设备，包括存储器、处理器及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，所述存储器中存储有能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器加载并执行计算机程序时，采用了所述的电容复用型mmc电容电压平衡控制方法。

28、本发明至少具备以下有益效果：

29、1、本发明每个控制周期内将桥臂内子模块电容电压排序，并计算桥臂内子模块电容电压的极差及标准差，将桥臂内子模块分组，并确定各组子模块的开关状态，使桥臂内子模块电容电压保持平衡，与常规方法相比无需桥臂电流传感器，可有效提高控制系统可靠性；

30、2、本发明仅需额外计算桥臂内子模块电容电压极差及标准差，控制算法复杂度较低，具有较强的实用性；

31、3、本发明在实现电容复用型mmc桥臂内子模块电容电压平衡的同时不会影响输出电能质量。

32、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。