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CN117526744A - Mmc电压均衡控制方法及装置 - Google Patents

Mmc电压均衡控制方法及装置 Download PDF

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CN117526744A
CN117526744A CN202311443428.9A CN202311443428A CN117526744A CN 117526744 A CN117526744 A CN 117526744A CN 202311443428 A CN202311443428 A CN 202311443428A CN 117526744 A CN117526744 A CN 117526744A
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CN
China
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voltage
submodule
input
value
bridge arm
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Pending
Application number
CN202311443428.9A
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常立国
娄彦涛
张恒禹
涂小刚
马小婷
洪俊
王羽
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China XD Electric Co Ltd
Xian XD Power Systems Co Ltd
Original Assignee
China XD Electric Co Ltd
Xian XD Power Systems Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种MMC电压均衡控制方法及装置，涉及输电控制技术领域，其中该方法包括：当桥臂电流小于设定值，采用NLM调制方法调整投入子模块和切除子模块，触发脉冲；所述设定值预先根据子模块电容、调制周期时长和预设的均压阈值得到，其中，不同子模块电压差的最大值收敛于均压阈值；当桥臂电流大于设定值，利用桥臂电流修正预设的均压阈值，得到本控制周期的均压阈值；根据桥臂电流方向、投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值，确定投切交换数；根据投切交换数调整投入子模块和切除子模块，触发脉冲；投入子模块数修正值预先根据NLM调制确定。本发明可以同时稳定控制均压效果和优化IGBT开关频率。

Description

MMC电压均衡控制方法及装置
技术领域
本发明涉及输电控制技术领域，尤其涉及MMC电压均衡控制方法及装置。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)是中高压中最受欢迎的拓扑结构，因其优点众多一直是研究热点。MMC具备灵活的控制方式，能达到四象限运行、独立对有功和无功功率进行控制、具备无源逆变状态下运行能力。此外，MMC的模块化结构不仅便于扩容和检修，也使其具备了较多输出电压电平数，较低谐波含量，较强故障穿越能力等优良特性。因此，MMC在高压直流输电领域发展迅猛，在异步电网互联、配网扩容升级、构建直流电网、新能源灵活接入等方面得到广泛应用。
随着MMC-HVDC(MMC based high voltage direct current，模块化多电平换流器型高压直流输电)工程数量的日益增加，研究工作的不断深入，电网对其运行要求也不断提高。如MMC的子模块均压控制，同时，在项目招标过程中一般在明确要求桥臂子模块的均压效果的同时，也对模块开关频率、环流大小等性能进行量化评分。其中，均压控制是换流阀运行的基础，子模块电压均衡才能使模块运行在合理电压范围内，子模块电容和IGBT等半导体器件才能满足正常工作条件，此时根据触发脉冲所输出的桥臂电压才能匹配调制电压。但在MMC运行过程中如果只考虑均压效果，如传统均压策略，会造成IGBT的开关频率过高，导致MMC系统开关损耗较大，影响到阀冷设计、器件寿命等。实际上对同一均压算法而言，均压效果与IGBT开关频率相互矛盾，均压算法的核心就是如何在两者之间进行约束优化。
现有的MMC电压均衡控制方法有很多，例如，设置前置判断，并根据投入模块数变化、桥臂电流方向及固定子模块轮换数实现均压控制，但是这种方法在子模块轮换时采用固定子模块轮换数，必然会产生不必要的投切变位，开关损耗较大。又如，设置模块电压上下限保证均压效果，进一步将越限模块根据桥臂电流方向更新到投入或切除序列，从而完成均压，但当桥臂电流变换方向电流值较小且模块电容电压波动满足条件时，仍会产生窄脉冲等不必要的投切。
综上，现有的MMC电压均衡控制方法存在窄脉冲等不必要的投切变位，无法在保证均压效果的同时优化开关频率。
发明内容
本发明实施例提供一种MMC电压均衡控制方法，用以在满足MMC均压效果的同时，避免窄脉冲等不必要的投切变位，优化开关频率，该方法包括：
获取桥臂电流、投入子模块的电压和切除子模块的电压；
采用最近电平逼近NLM调制方法确定投入子模块数修正值；所述投入子模块数修正值为当前调制周期要投入的模块数与上一调制周期已投入的模块数的差值；
当桥臂电流小于设定值，根据投入子模块数修正值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，调整投入子模块和切除子模块，触发脉冲；所述设定值预先根据子模块电容、调制周期时长和预设的均压阈值得到，其中，不同子模块电压差的最大值收敛于均压阈值；
当桥臂电流大于设定值，利用桥臂电流修正预设的均压阈值，得到本控制周期的均压阈值；根据桥臂电流方向、投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，确定投切交换数；所述投切交换数表示同时将投入子模块切除和将切除子模块投入的数量；根据投切交换数调整投入子模块和切除子模块，触发脉冲。
本发明实施例还提供一种MMC电压均衡控制装置，用以在满足MMC均压效果的同时，避免窄脉冲等不必要的投切变位，优化开关频率，该装置包括：
数据获取模块，用于获取桥臂电流、投入子模块的电压和切除子模块的电压；
NLM调制模块，用于采用NLM调制方法确定投入子模块数修正值；所述投入子模块数修正值为当前调制周期要投入的子模块数与上一调制周期已投入的子模块数的差值；
动态均压阈值调制模块，用于当桥臂电流小于设定值，根据投入子模块数修正值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，调整投入子模块和切除子模块，触发脉冲；所述设定值预先根据子模块电容、调制周期时长和预设的均压阈值得到，其中，不同子模块电压差的最大值收敛于均压阈值；当桥臂电流大于设定值，利用桥臂电流修正预设的均压阈值，得到本控制周期的均压阈值；根据桥臂电流方向、投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，确定投切交换数；所述投切交换数表示同时将投入子模块切除和将切除子模块投入的数量；根据投切交换数调整投入子模块和切除子模块，触发脉冲。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述MMC电压均衡控制方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述MMC电压均衡控制方法。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述MMC电压均衡控制方法。
本发明实施例中，当桥臂电流小于设定值，通过NLM调制变化来满足均压效果，不进行投切变换，避免窄脉冲等不必要投切变位；当桥臂电流大于设定值，利用桥臂电流修正预设的均压阈值，得到本控制周期的均压阈值，根据桥臂电流方向、投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，确定投切交换数，实现了灵活的均压阈值调整，利用投切交换数调整投入子模块和切除子模块满足了均压效果，同时优化了开关频率。即，本发明实施例依据桥臂电流的大小采用不同的投切调整方案，既满足了MMC均压效果，同时，避免了窄脉冲等不必要的投切变位，优化了开关频率。
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。在附图中：
图1为本发明实施例中MMC电压均衡控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中MMC电压均衡控制方法的一具体实施例；
图3为本发明实施例中MMC电压均衡控制方法的一具体实施例；
图4为本发明实施例中MMC电压均衡控制装置的示意图；
图5为本发明实施例中计算机设备的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
首先，对本发明涉及的技术名词进行解释。
电压均衡：一般指同一个桥臂的子模块电压收敛，可以理解为不同子模块电压差最大值稳定收敛于某个阈值。
控制周期：控制周期是阀控控制周期，调制周期是指阀控上一级极控的控制周期，两者不一定相同。
申请人发现，现有的MMC电压均衡控制方法存在窄脉冲等不必要的投切变位，无法在保证均压效果的同时优化开关频率。
因此，申请人提出了一种MMC电压均衡控制方法，图1为本发明实施例中MMC电压均衡控制方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：
步骤101、获取桥臂电流、投入子模块的电压和切除子模块的电压；
步骤102、采用最近电平逼近NLM调制方法确定投入子模块数修正值；所述投入子模块数修正值为当前调制周期要投入的子模块数与上一调制周期已投入的子模块数的差值；
步骤103、当桥臂电流小于设定值，根据投入子模块数修正值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，调整投入子模块和切除子模块，触发脉冲；所述设定值预先根据子模块电容、调制周期时长和预设的均压阈值得到，其中，不同子模块电压差的最大值收敛于均压阈值；
步骤104、当桥臂电流大于设定值，利用桥臂电流修正预设的均压阈值，得到本控制周期的均压阈值；根据桥臂电流方向、投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，确定投切交换数；所述投切交换数表示同时将投入子模块切除和将切除子模块投入的数量；根据投切交换数调整投入子模块和切除子模块，触发脉冲。
从图1所示流程可以看出，本发明实施例中，当桥臂电流小于设定值，通过NLM调制变化来满足均压效果，不进行投切变换，避免窄脉冲等不必要投切变位；当桥臂电流大于设定值，利用桥臂电流修正预设的均压阈值，得到本控制周期的均压阈值，根据桥臂电流方向、投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，确定投切交换数，实现了灵活的均压阈值调整，利用投切交换数调整投入子模块和切除子模块满足了均压效果，同时优化了开关频率。即，本发明实施例依据桥臂电流的大小采用不同的投切调整方案，既满足了MMC均压效果，同时，避免了窄脉冲等不必要的投切变位，优化了开关频率。
一、本发明实施例中均压效果收敛分析
首先进行均压效果收敛分析，以推出本发明实施例中MMC电压均衡控制方法。
考虑到桥臂电流对子模块电容的充放电以及子模块电容对放电电阻的放电，代入电容元件电压电流关系式以及一阶RC电路的零输入响应公式，可得桥臂第i个子模块在第m个控制周期到第m+1个控制周期中桥臂电流引起的电容电压变化量Δui_arm(m)和放电电阻引起的电容电压变化量Δui_RC(m)分别为：
式中，C为子模块电容值，Si(m)为第i个子模块在第m个控制周期的开关函数，子模块投入/切除分别为1/0，iarm为桥臂电流，iarm(t)为t时刻的桥臂电流，uci(m)为第i个子模块在第m个控制周期起始时的电压，R为子模块放电电阻值，Tm为阀控第m个控制周期。其中，子模块的R、C都是相同的，为常量。
由此，桥臂中第i个子模块在第m个控制周期到第m+1个控制周期的总电压变化量Δui(m)为：
Δui(m)＝Δui_arm(m)-Δui_RC(m) (3)
假设子模块的电容和放电电阻参数一致，在第m个控制周期时模块均压效果良好，且一个控制周期内桥臂电流变化较小，则同一桥臂中第i个子模块和第j个子模块在第m个控制周期到第m+1个控制周期中两模块电压变化量差值Δuij(m)为：
式中：T为阀控控制周期，iarm(m)为第m个控制周期的桥臂电流采样值。
式(4)中有一个假设条件为在第m个控制周期时模块均压效果良好，即uci(m)基本一致，才使得两个模块放电电阻引起的电容电压变化量相抵消。实际上工程中放电电阻选取值一般较大，使得RC电路的时间常数较大。如XX工程一侧换流阀子模块放电电阻为37kΩ，电容值为12mF，时间常数τ＝RC＝444，使得在一个控制周期100us时间内放电电阻的影响极小，约为模块额定电压的10-14。在一个调制周期内相比桥臂电流引起的电压变化量，放电电阻引起的变化量可以忽略。
假设第m个控制周期开始时第i个子模块电压大于第j个子模块电压，由式(4)可以看出，在第m个控制周期开关函数相同的两个子模块的模块电压变化量差值为零，即同一桥臂处于相同投入/切除状态的子模块电压差值不变；在第m个控制周期中当第i个子模块投入和第j个子模块切除时，若桥臂电流为正则两个子模块电压变化量差值在本控制周期为正，两子模块间电压差将增大，若桥臂电流为负则两个子模块电压变化量差值在本控制周期为负，即两子模块间电压差将缩小；同理，在第m个控制周期中当第i个子模块切除和第j个子模块投入时，若桥臂电流为负则两子模块间电压差将增大，若桥臂电流为正则两子模块间电压差将缩小。综上，桥臂电流为正/负时分别控制投入/切除模块和切除/投入模块电压差，就可确保均压效果收敛。
此外，该控制周期内子模块间电压差值变化大小与桥臂电流正相关。
由上，为了有效控制均压效果收敛在一定阈值范围内，可将子模块分为投入子模块和切除子模块，并结合桥臂电流进行预判，在两个子模块电压差有超出均压阈值继续变大趋势时，进行必要投切交换，改变子模块充放电状态来使均压效果收敛。
二、本发明实施例中子模块开关变位分析
本发明实施例中子模块投切变位可以分为两类，如图1所示：
第一类是当桥臂电流小于设定值，进行“必要”的开关变位，采用NLM调制方法；
此时为单方向变化，即当投入数增加时，需要将部分切除子模块变为投入子模块，当投入数减小时，需要将部分投入子模块变为切除子模块；
第二类是当桥臂电流大于设定值，动态调整均压阈值，根据本控制周期的均压阈值进行子模块投切变位；
此时为双向交换，根据桥臂电流方向、投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值，确定投切交换数K，投切交换数K表示同时将投入子模块切除和将切除子模块投入的数量，即有K个投入子模块变为切除子模块，同时有K个切除子模块变为投入子模块，这部分投切变位是通过调整子模块的投切状态来改变子模块充放电状态，从而满足均压效果要求。
第二类投切变位是否“必要”进行是需要考量的，根据具体实际需求而定，也是优化开关频率的关键所在。
图2为本发明实施例中MMC电压均衡控制方法的一具体实施例，如图2所示，示出了子模块投切变位示意，图2中，SNT(1)、SNT(m)为投入子模块电压排序序列的第1个和第m个子模块，SNQ(1)、SNQ(n-m)为切除子模块电压排序序列的第1个和第n-m个子模块。
结合图2可知，应预先处理第一类必须进行的投切变位进行均压调整，在此基础上若均压效果还不能得到满足，再通过量化均压效果和投切变位的关系来计算第二类投切变位。
三、本发明实施例中MMC电压均衡控制方法
通过分析子模块开关变位及均压效果收敛趋势，本发明实施例中将均压问题转化为求取满足均压阈值的最小投切交换数问题，从而用最少的投切变位满足预设均压效果，最大程度优化开关频率。由于子模块间电压差值变化大小与桥臂电流正相关，因此当桥臂电流小于设定值，通过第一类投切变位就可满足均压效果时，此时投切交换数置零；否则根据桥臂电流值来修正预设的均压阈值，从而使得在桥臂电流值变大时均压阈值变小，抵消采样延时和链路延时等在电流变大时对均压效果的增大部分，减小均压效果在电流较大时的波动。
首先，获取桥臂电流、投入子模块的电压和切除子模块的电压、子模块的参数等数据。
然后，采用NLM调制方法确定投入子模块数修正值，投入子模块数修正值为当前调制周期要投入的子模块数与上一调制周期已投入的子模块数的差值。
当桥臂电流小于设定值，根据投入子模块数修正值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，调整投入子模块和切除子模块，触发脉冲，即采用NLM调制。设定值预先根据子模块电容、调制周期时长和预设的均压阈值得到，其中，不同子模块电压差的最大值收敛于均压阈值。
具体的，设定值按照如下方法得到。
当桥臂电流小于设定值时，不需要投切交换，仅靠NLM调制变化就可以满足均压效果。也就是说一个参考电压调制周期内模块电压变化最大值不大于均压阈值，此时有：
式中，C为子模块电容值，ΔUp为预设的均压阈值，Tr为参考电压调制周期，iarm(t)为t时刻的桥臂电流。
实际桥臂电流为直流分量和交流分量叠加，由公式难以计算，此处我们将式(5)转化如下：
式中，max|iarm(Tr)|为桥臂电流绝对值在一个参考电压调制周期内的最大值，该最大值可由实际桥臂电流的直流分量和交流分量得来。
由此可得：
即设定值按如下公式设定：
X＝(ΔUp×C)/Tr (8)
式中，X为设定值，ΔUp为预设的均压阈值，C为子模块电容值，Tr为参考电压调制周期。设定值与预设的均压阈值和子模块电容成正比，与调制周期成反比。
当桥臂电流大于设定值，利用桥臂电流修正预设的均压阈值，得到本控制周期的均压阈值；根据桥臂电流方向、投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，确定投切交换数，根据投切交换数调整投入子模块和切除子模块，触发脉冲。
在一个实施例中，按如下公式，利用桥臂电流修正预设的均压阈值，得到本控制周期的均压阈值：
ΔUc ＝ ΔUp—kp×iarm (9)
kp ＝2Tr/C (10)
式中，ΔUc为本控制周期的均压阈值，iarm为桥臂电流，ΔUp为预设的均压阈值，C为子模块电容值，Tr为参考电压调制周期。
桥臂电流方向不同时，处于不同投切状态的子模块间电压差变化趋势不同，因此投切交换数的计算根据桥臂电流充放电方向可分为两种情况。
a)当桥臂电流方向为充电：
若投入子模块数修正值Δn≥0则优先将Δn个较小电压切除子模块预投入(假设投入，主要用于计算)，然后依次判断已投入子模块电压从大到小序列值与剩余切除子模块电压从小到大序列值之差是否大于均压阈值，具体的，可以将已投入子模块电压从大到小排序形成一个序列，将剩余切除子模块电压从小到大排序形成一个序列，然后，判断两个序列中相同序号对应的已投入子模块电压和剩余切除子模块电压的电压差是否大于本控制周期内的均压阈值，若大于均压阈值则需将这两个子模块进行投切变位并将投切交换数加一，如此遍历两个序列直至找到小于均压阈值情况出现，此时所得投切交换数为满足均压阈值的最小投切交换数；
若投入子模块数修正值Δn<0则优先将|Δn|个较大电压的投入子模块预切除(假设切除，主要用于计算)，然后依次判断剩余投入子模块电压从大到小序列值与已切除子模块电压从小到大序列值之差是否大于均压阈值，同样的，构建两个序列，用两个序列中相同序号的子模块电压用于计算，若大于本控制周期内的均压阈值则将这两个相应子模块进行投切交换，并将投切交换数加一，如此遍历两个序列直至找到小于均压阈值情况出现，此时所得投切交换数为满足均压阈值的最小投切交换数。
上述内容可以公式表示，即，按如下公式，根据投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，确定投切交换数K：
式中，UTmax(K+ΔK+1)为投入子模块的电压从大到小排序中第(K+ΔK+1)个投入子模块电压，UQmax(K+ΔK'+1)为切除子模块的电压从小到大排序中第(K+ΔK’+1)个切除子模块电压，ΔUc为本控制周期的均压阈值，Δn为投入子模块数修正值，K为满足上式的最小整数。
b)当桥臂电流方向为放电：
若投入子模块数修正值Δn≥0则优先将Δn个较大电压切除子模块预投入(假设投入，主要用于计算)，然后依次判断剩余切除子模块电压从大到小序列值与已投入子模块电压从小到大序列值电压之差是否大于本控制周期的均压阈值，若大于本控制周期的均压阈值则需将这两个子模块进行投切交换并将投切交换数加一，如此遍历两个序列直至找到小于本控制周期的均压阈值情况出现，此时所得投切交换数为满足均压阈值的最小投切交换数；
若Δn<0则优先将|Δn|个较小电压投入子模块预切除(假设切除，主要用于计算)，然后依次判断已切除子模块电压从大到小序列值与剩余投入子模块电压从小到大序列值之差是否大于本控制周期的均压阈值，若大于本控制周期的均压阈值则将这两个相应子模块进行投切交换并将投切交换数加一，如此遍历两个序列直至找到小于本控制周期的均压阈值情况出现，此时所得投切交换数为满足均压阈值的最小投切交换数。
可按如下公式，根据投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，确定投切交换数K：
式中，UQmax(K+ΔK'+1)为切除子模块的电压从大到小排序中第(K+ΔK’+1)个切除子模块电压，UTmax(K+ΔK+1)为投入子模块的电压从小到大排序中第(K+ΔK+1)个投入子模块电压，ΔUc为本控制周期的均压阈值，Δn为投入子模块数修正值，K为满足上式的最小整数。
图3为本发明实施例中MMC电压均衡控制方法的一具体实施例，结合图3，示出了修正均压阈值的均压策略控制框图，图3中，条件关系式即以上两个公式(11)(12)，通过公式(11)(12)计算得到最小投切交换数K后，进入刷新触发脉冲环节，具体为在桥臂电流为充/放电方向时，将K+ΔK个投入子模块中电压较大/小的进行切除，同时将K+ΔK’个切除子模块中电压较小/大的进行投入。
在桥臂电流较大时，本发明实施例通过上述公式(11)(12)计算得到满足均压效果的最小投切交换数，达到稳定控制均压效果和优化IGBT开关频率的双目标优化结果，保证MMC运行的经济性和稳定性。
本发明实施例具有如下有益效果：
当桥臂电流较小可通过NLM调制变化来满足均压效果时，不进行投切交换，避免窄脉冲等不必要投切变位；当桥臂电流较大时根据桥臂电流修正均压阈值计算投切交换数，通过均压阈值灵活设定均压效果，并求取满足均压效果的最小投切交换数来优化开关频率，达到以最少的投切变位来实现均压效果的目的。
本发明实施例中还提供了一种MMC电压均衡控制装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与MMC电压均衡控制方法相似，因此该装置的实施可以参见MMC电压均衡控制方法的实施，重复之处不再赘述。
图4为本发明实施例中MMC电压均衡控制装置的示意图，如图4所示，该装置包括：
数据获取模块401，用于获取桥臂电流、投入子模块的电压和切除子模块的电压；
NLM调制模块402，用于采用NLM调制方法确定投入子模块数修正值；所述投入子模块数修正值为当前调制周期要投入的子模块数与上一调制周期已投入的子模块数的差值；
动态均压阈值调制模块403，用于当桥臂电流小于设定值，根据投入子模块数修正值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，调整投入子模块和切除子模块，触发脉冲；所述设定值预先根据子模块电容、调制周期时长和预设的均压阈值得到，其中，不同子模块电压差的最大值收敛于均压阈值；当桥臂电流大于设定值，利用桥臂电流修正预设的均压阈值，得到本控制周期的均压阈值；根据桥臂电流方向、投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，确定投切交换数；所述投切交换数表示同时将投入子模块切除和将切除子模块投入的数量；根据投切交换数调整投入子模块和切除子模块，触发脉冲。
在一个实施例中，所述设定值按如下公式设定：
X＝(ΔUp×C)/Tr
式中，X为设定值，ΔUp为预设的均压阈值，C为子模块电容值，Tr为参考电压调制周期。
在一个实施例中，动态均压阈值调制模块403具体用于：
按如下公式，利用桥臂电流修正预设的均压阈值，得到本控制周期的均压阈值：
ΔUc＝ΔUp—kp×iarm
kp＝2Tr/C
式中，ΔUc为本控制周期的均压阈值，iarm为桥臂电流，ΔUp为预设的均压阈值，C为子模块电容值，Tr为参考电压调制周期。
在一个实施例中，动态均压阈值调制模块403具体用于：
当桥臂电流方向为充电：
按如下公式，根据投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，确定投切交换数K：
UTmax(K+ΔK+1)-UQmax(K+ΔK'+1)＜ΔUc
ΔK＝|min{Δn,0}|
ΔK’＝max{Δn，0}
式中，UTmax(K+ΔK+1)为投入子模块的电压从大到小排序中第(K+ΔK+1)个投入子模块电压，UQmax(K+ΔK'+1)为切除子模块的电压从小到大排序中第(K+ΔK’+1)个切除子模块电压，ΔUc为本控制周期的均压阈值，Δn为投入子模块数修正值，K为满足上式的最小整数。
在一个实施例中，动态均压阈值调制模块403具体用于：
当桥臂电流方向为放电：
按如下公式，根据投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，确定投切交换数K：
UQmax(K+ΔK'+1)-UTmax(K+ΔK+1)＜ΔUc
ΔK’＝max{Δn，0}
ΔK＝|min{Δn，0}|
式中，UQmax(K+ΔK'+1)为切除子模块的电压从大到小排序中第(K+ΔK’+1)个切除子模块电压，UTmax(K+ΔK+1)为投入子模块的电压从小到大排序中第(K+ΔK+1)个投入子模块电压，ΔUc为本控制周期的均压阈值，Δn为投入子模块数修正值，K为满足上式的最小整数。
图5为本发明实施例中计算机设备的示意图，如图5所示，本发明实施例还提供一种计算机设备500，包括处理器501、存储器502及存储在存储器502上并可在处理器501上运行的计算机程序503，所述处理器501执行所述计算机程序503时实现上述MMC电压均衡控制方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述MMC电压均衡控制方法。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述MMC电压均衡控制方法。
本发明实施例中，当桥臂电流小于设定值，通过NLM调制变化来满足均压效果，不进行投切变换，避免窄脉冲等不必要投切变位；当桥臂电流大于设定值，利用桥臂电流修正预设的均压阈值，得到本控制周期的均压阈值，根据桥臂电流方向、投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值，确定投切交换数，实现了灵活的均压阈值调整，利用投切交换数调整投入子模块和切除子模块满足了均压效果，同时优化了开关频率。即，本发明实施例依据桥臂电流的大小采用不同的投切调整方案，既满足了MMC均压效果，同时，避免了窄脉冲等不必要的投切变位，优化了开关频率。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种MMC电压均衡控制方法，其特征在于，包括：
获取桥臂电流、投入子模块的电压和切除子模块的电压；
采用最近电平逼近NLM调制方法确定投入子模块数修正值；所述投入子模块数修正值为当前调制周期要投入的子模块数与上一调制周期已投入的子模块数的差值；
当桥臂电流小于设定值，根据投入子模块数修正值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，调整投入子模块和切除子模块，触发脉冲；所述设定值预先根据子模块电容、调制周期时长和预设的均压阈值得到，其中，不同子模块电压差的最大值收敛于均压阈值；
当桥臂电流大于设定值，利用桥臂电流修正预设的均压阈值，得到本控制周期的均压阈值；根据桥臂电流方向、投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，确定投切交换数；所述投切交换数表示同时将投入子模块切除和将切除子模块投入的数量；根据投切交换数和投入子模块数修正值调整投入子模块和切除子模块，触发脉冲。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定值按如下公式设定：
X＝(ΔUp×C)/Tr
式中，X为设定值，ΔUp为预设的均压阈值，C为子模块电容值，Tr为参考电压调制周期。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用桥臂电流修正预设的均压阈值，得到本控制周期的均压阈值，包括：
按如下公式，利用桥臂电流修正预设的均压阈值，得到本控制周期的均压阈值：
ΔUc＝ΔUp—kp×iarm
kp＝2Tr/C
式中，ΔUc为本控制周期的均压阈值，iarm为桥臂电流，ΔUp为预设的均压阈值，C为子模块电容值，Tr为参考电压调制周期。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据桥臂电流方向、投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，确定投切交换数，包括：
当桥臂电流方向为充电：
按如下公式，根据投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，确定投切交换数K：
UTmax(K+ΔK+1)-UQmax(K+ΔK'+1)＜ΔUc
ΔK＝|min{Δn,0}|
ΔK’＝max{Δn，0}
式中，UTmax(K+ΔK+1)为投入子模块的电压从大到小排序中第(K+ΔK+1)个投入子模块电压，UQmax(K+ΔK'+1)为切除子模块的电压从小到大排序中第(K+ΔK’+1)个切除子模块电压，ΔUc为本控制周期的均压阈值，Δn为投入子模块数修正值，K为满足上式的最小整数。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据桥臂电流方向、投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，确定投切交换数，包括：
当桥臂电流方向为放电：
按如下公式，根据投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，确定投切交换数K：
UQmax(K+ΔK'+1)-UTmax(K+ΔK+1)＜ΔUc
ΔK’＝max{Δn，0}
ΔK＝|min{Δn，0}|
式中，UQmax(K+ΔK'+1)为切除子模块的电压从大到小排序中第(K+ΔK’+1)个切除子模块电压，UTmax(K+ΔK+1)为投入子模块的电压从小到大排序中第(K+ΔK+1)个投入子模块电压，ΔUc为本控制周期的均压阈值，Δn为投入子模块数修正值，K为满足上式的最小整数。
6.一种MMC电压均衡控制装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取桥臂电流、投入子模块的电压和切除子模块的电压；
NLM调制模块，用于采用NLM调制方法确定投入子模块数修正值；所述投入子模块数修正值为当前调制周期要投入的子模块数与上一调制周期已投入的子模块数的差值；
动态均压阈值调制模块，用于当桥臂电流小于设定值，根据投入子模块数修正值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，调整投入子模块和切除子模块，触发脉冲；所述设定值预先根据子模块电容、调制周期时长和预设的均压阈值得到，其中，不同子模块电压差的最大值收敛于均压阈值；当桥臂电流大于设定值，利用桥臂电流修正预设的均压阈值，得到本控制周期的均压阈值；根据桥臂电流方向、投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，确定投切交换数；所述投切交换数表示同时将投入子模块切除和将切除子模块投入的数量；根据投切交换数调整投入子模块和切除子模块，触发脉冲。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述设定值按如下公式设定：
X＝(ΔUp×C)/Tr
式中，X为设定值，ΔUp为预设的均压阈值，C为子模块电容值，Tr为参考电压调制周期。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，动态均压阈值调制模块具体用于：
按如下公式，利用桥臂电流修正预设的均压阈值，得到本控制周期的均压阈值：
ΔUc＝ΔUp—kp×iarm
kp＝2Tr/C
式中，ΔUc为本控制周期的均压阈值，iarm为桥臂电流，ΔUp为预设的均压阈值，C为子模块电容值，Tr为参考电压调制周期。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，动态均压阈值调制模块具体用于：
当桥臂电流方向为充电：
按如下公式，根据投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，确定投切交换数K：
UTmax(K+ΔK+1)-UQmax(K+ΔK'+1)＜ΔUc
ΔK＝|min{Δn,0}|
ΔK’＝max{Δn，0}
式中，UTmax(K+ΔK+1)为投入子模块的电压从大到小排序中第(K+ΔK+1)个投入子模块电压，UQmax(K+ΔK'+1)为切除子模块的电压从小到大排序中第(K+ΔK’+1)个切除子模块电压，ΔUc为本控制周期的均压阈值，Δn为投入子模块数修正值，K为满足上式的最小整数。
10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，动态均压阈值调制模块具体用于：
当桥臂电流方向为放电：
按如下公式，根据投入子模块数修正值、本控制周期的均压阈值、投入子模块的电压和切除子模块的电压，确定投切交换数K：
UQmax(K+ΔK'+1)-UTmax(K+ΔK+1)＜ΔUc
ΔK’＝max{Δn，0}
ΔK＝|min{Δn，0}|
式中，UQmax(K+ΔK'+1)为切除子模块的电压从大到小排序中第(K+ΔK’+1)个切除子模块电压，UTmax(K+ΔK+1)为投入子模块的电压从小到大排序中第(K+ΔK+1)个投入子模块电压，ΔUc为本控制周期的均压阈值，Δn为投入子模块数修正值，K为满足上式的最小整数。
11.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5任一所述方法。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5任一所述方法。
13.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5任一所述方法。
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