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CN118367813B - 一种模块化多电平变换器的电容均压控制方法 - Google Patents

一种模块化多电平变换器的电容均压控制方法 Download PDF

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CN118367813B
CN118367813B CN202410800415.0A CN202410800415A CN118367813B CN 118367813 B CN118367813 B CN 118367813B CN 202410800415 A CN202410800415 A CN 202410800415A CN 118367813 B CN118367813 B CN 118367813B
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Abstract

本发明公开了一种模块化多电平变换器的电容均压控制方法，包括以下步骤：S1、对载波进行工频周期的轮换；S2、采集直流侧电压、子模块电容电压以及上、下桥臂电流信息，将其发送至控制器进行预处理；S3、对上桥臂对应子模块的载波进行交换；S4、对下桥臂对应子模块的载波进行交换；S5、获取单个等效控制周期内的PWM控制信号，并在该控制周期内完成一次子模块电容均压控制过程。本发明采用上述的一种模块化多电平变换器的电容均压控制方法，解决了模块化多电平变换器子模块电容电压失衡的问题，以及在电容电压平衡过程中随着变换器电平数的增多，数字控制器资源被严重消耗的问题。

Description

一种模块化多电平变换器的电容均压控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子多电平变换器技术领域，尤其是涉及一种模块化多电平变换器的电容均压控制方法。
背景技术
现有技术中，脉宽调制（PWM）技术是模块化多电平变换器（MMC）调制的核心技术，直接关系到MMC输出电压的谐波特性、直流侧电容电压的平衡以及功率器件开关次数的均衡。基于载波的正弦脉宽调制（SPWM）控制方法简单、响应速度快，在多电平变换器中得到广泛应用。根据载波的空间位置不同，SPWM调制可分为载波相移脉宽调制与载波层叠脉宽调制。载波相移调制能够在较低的开关频率下获得良好的输出电压谐波特性，并自然实现功率器件开关次数的均衡分配，但由于三角载波相位的差异，各单元会吸收不等量的有功功率，从而影响直流侧电压的均衡；载波同相层叠调制（PD-PWM）具有优秀的线电压消谐特性，但存在功率器件的开关状态不均衡的固有缺陷，同样会导致直流侧电压的不均衡。
针对这一问题，相关学者提出了载波轮换方法。然而，该方法虽然能在一定程度上实现有功功率的平均分配，但当各单元存在参数差异或受外部条件影响而导致有功功率需求不均衡时，该方法则难以满足各单元有功功率的按需分配，进而影响装置的性能和运行。同时，随着功率和电压等级的不断提高，变换器所需子模块个数逐渐增加，传统的均压方法需要对所有模块进行实时全排序，这会占据控制器大量的计算资源，导致系统运行速度下降甚至影响控制器的电流动态追踪性能。因此，在保证子模块均压效果的同时尽可能降低子模块均衡策略的复杂度，成为了MMC实际应用中的一关键问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种模块化多电平变换器的电容均压控制方法，可以解决模块化多电平变换器子模块电容电压失衡的问题，以及在电容电压平衡过程中随着变换器电平数的增多，数字控制器资源被严重消耗的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种模块化多电平变换器的电容均压控制方法，包括以下步骤：
S1、基于载波轮换PD-PWM，对载波进行工频周期的轮换；
S2、采集直流侧电压、子模块电容电压以及上、下桥臂电流信息，将其发送至控制器进行预处理，以确定载波交换的条件；
S3、对上桥臂的载波进行交换，根据子模块电容电压的大小和上桥臂电流的正负情况，确定对应子模块载波的交换情况；
S4、对下桥臂的载波进行交换，根据子模块电容电压的大小和下桥臂电流的正负情况，确定对应子模块载波的交换情况；
S5、获取单个等效控制周期内的PWM控制信号，并在该控制周期内完成一次子模块电容均压控制过程。
优选的，在步骤S1中，将2N列载波进行纵向叠加后得到PD-PWM的载波波形，然后每隔一个工频周期对2N列载波进行一次纵向顺序的重排列，具体为，将原来最下层的载波放置于最上层，而其它载波的层数均下降一层，经过2N个工频周期完成一轮轮换过程，并将此过程视为一个等效控制周期；其中，2N为单个桥臂子模块个数。
优选的，在步骤S2中，采用电压传感器或电阻分压等方式对直流侧输入电压以及各个桥臂子模块电容电压进行采样，并采用电流传感器等方式对每一相上、下桥臂电流进行采样，在控制器中对采样数据进行预处理后，作为下一步载波交换的条件。
优选的，在步骤S3中，上桥臂的子模块数量为2N个，总共对应有N组，其中N为不小于2的整数；
子模块组的划分方式为上桥臂中的前后对称分布的子模块为一组进行载波交换，具体表现为将子模块SM1与子模块SM2N为第1组，将子模块SM2与子模块SM（2N-1）为第2组，并以此类推至将子模块SMN与子模块SM（N+1）为第N组；或者为上桥臂中的前后相邻的两个子模块为一组进行载波交换，具体表现为将子模块SM1与子模块SM2为第1组，并以此类推直至将子模块SM（2N-1）与子模块SM2N为第N组。
优选的，前后对称分布的子模块为一组时，当N为偶数时，第1组到第组，子模块之间是否进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且上桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且上桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；第组到第N组，子模块之间是否进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且上桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且上桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；
当N为奇数时，第1组到第组，子模块之间是否进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且上桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且上桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；第组到第N组，子模块之间是否进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且上桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且上桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；其中，中间位置处的第组采用上述两种是否进行载波交换的判定方式中的其中一种；
前后相邻分布的子模块为一组时，子模块之间是否进行载波交换的判定方式为：若前方子模块的电容电压大于后方子模块的电容电压且上桥臂电流小于零，或者前方子模块的电容电压小于后方子模块的电容电压且上桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换。
优选的，在步骤S4中，下桥臂的子模块数量与上桥臂中相同，且下桥臂采用与上桥臂中不同的子模块分组方式，具体为，若上桥臂中采用的前后对称分布的子模块为一组，则下桥臂中采用前后相邻分布的子模块为一组，若上桥臂中采用的前后相邻分布的子模块为一组，则下桥臂中采用前后对称分布的子模块为一组。
优选的，前后对称分布的子模块为一组时，当N为偶数时，第1组到第组，子模块之间是否进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且下桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且下桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；第组到第N组，子模块之间是否进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且下桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且下桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；
当N为奇数时，第1组到第组，子模块之间是否进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且下桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且下桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；第组到第N组，子模块之间是否进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且下桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且下桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；其中，中间位置处的第组采用上述两种是否进行载波交换的判定方式中的其中一种；
前后相邻分布的子模块为一组时，子模块之间是否进行载波交换的判定方式为：若前方子模块的电容电压小于后方子模块的电容电压且下桥臂电流小于零，或者前方子模块的电容电压大于后方子模块的电容电压且下桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换。
优选的，在步骤S5中，通过将经过优化的载波与调制信号进行比较，得到单个等效控制周期内的PWM控制信号，注意分配PWM控制信号至对应的功率开关器件，从而驱动MMC运行，并在该控制周期内完成一次子模块电容均压控制过程。
因此，本发明采用上述一种模块化多电平变换器的电容均压控制方法的有益效果为：本发明方法和现有载波轮换PD-PWM相比，仅在原有基础上额外引入了对载波的重新分配环节，即可有效解决子模块电容电压失衡的问题，在部分子模块电容电压能量缺额或溢出时，通过改变子模块开关状态的有效占空比，挽回能量过低的子模块电容而释放能量过高的子模块电容，实现整体电容的均压，同时整体控制策略依旧采用了基于载波的调制方法，无额外的硬件成本与复杂的实施过程，从而可有效减轻控制器负担。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明一种模块化多电平变换器的电容均压控制方法的步骤流程图；
图2是模块化多电平变换器的单相拓扑结构图；
图3是载波轮换PD-PWM的载波波形图；
图4是本发明方法的子模块电容均压方法示意图；
图5是本发明方法的载波交换示意图；
图6是传统方法运行2秒后采用本发明方法的电容电压波形图。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
实施例一
如图1所示，本发明提供了一种模块化多电平变换器的电容均压控制方法，该方法在传统的载波周期轮换的基础上，引入了新的载波交换技术，以实现有功功率的重新分配，从而确保在变换器正常运行过程中子模块电容电压的均衡。
一种模块化多电平变换器的单相拓扑结构如图2所示，每相由上、下两个桥臂组成，每个桥臂包含若干级联的子模块和一个桥臂电感，本发明所涉及的具体步骤如下：
S1、基于载波轮换PD-PWM，对载波进行工频周期的轮换。
将2N列载波进行纵向叠加后得到PD-PWM的载波波形，然后每隔一个工频周期对2N列载波进行一次纵向顺序的重排列，具体为，将原来最下层的载波放置于最上层，而其它载波的层数均下降一层，经过2N个工频周期完成一轮轮换过程，并将此过程视为一个等效控制周期；其中，2N为单个桥臂子模块个数。
S2、采集直流侧电压、子模块电容电压以及上、下桥臂电流信息，将其发送至控制器进行预处理，以确定载波交换的条件。
采用电压传感器或电阻分压等方式对直流侧输入电压以及各个桥臂子模块电容电压进行采样，并采用电流传感器等方式对每一相上、下桥臂电流进行采样，在控制器中对采样数据进行预处理后，作为下一步载波交换的条件。
S3、对上桥臂的载波进行交换，根据子模块电容电压的大小和上桥臂电流的正负情况，确定对应子模块载波的交换情况。
上桥臂的子模块数量为2N个，总共对应有N组，其中N为不小于2的整数；
子模块组的划分方式为上桥臂中的前后对称分布的子模块为一组进行载波交换，具体表现为将子模块SM1与子模块SM2N为第1组，将子模块SM2与子模块SM（2N-1）为第2组，并以此类推至将子模块SMN与子模块SM（N+1）为第N组；或者为上桥臂中的前后相邻的两个子模块为一组进行载波交换，具体表现为将子模块SM1与子模块SM2为第1组，并以此类推直至将子模块SM（2N-1）与子模块SM2N为第N组。
前后对称分布的子模块为一组时，当N为偶数时，第1组到第组，子模块之间是否进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且上桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且上桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；第组到第N组，子模块之间是否进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且上桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且上桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换。
当N为奇数时，第1组到第组，子模块之间是否进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且上桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且上桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；第组到第N组，子模块之间是否进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且上桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且上桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；其中，中间位置处的第组采用上述两种是否进行载波交换的判定方式中的其中一种均可，对结果无影响。
前后相邻分布的子模块为一组时，子模块之间是否进行载波交换的判定方式为：若前方子模块的电容电压大于后方子模块的电容电压且上桥臂电流小于零，或者前方子模块的电容电压小于后方子模块的电容电压且上桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换。
S4、对下桥臂的载波进行交换，根据子模块电容电压的大小和下桥臂电流的正负情况，确定对应子模块载波的交换情况。
下桥臂的子模块数量与上桥臂中相同，且下桥臂采用与上桥臂中不同的子模块分组方式，具体为，若上桥臂中采用的前后对称分布的子模块为一组，则下桥臂中采用前后相邻分布的子模块为一组，若上桥臂中采用的前后相邻分布的子模块为一组，则下桥臂中采用前后对称分布的子模块为一组。
前后对称分布的子模块为一组时，当N为偶数时，第1组到第组，子模块之间是否进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且下桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且下桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；第组到第N组，子模块之间是否进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且下桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且下桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换。
当N为奇数时，第1组到第组，子模块之间是否进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且下桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且下桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；第组到第N组，子模块之间是否进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且下桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且下桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；其中，中间位置处的第组采用上述两种是否进行载波交换的判定方式中的其中一种均可，对结果无影响。
前后相邻分布的子模块为一组时，子模块之间是否进行载波交换的判定方式为：若前方子模块的电容电压小于后方子模块的电容电压且下桥臂电流小于零，或者前方子模块的电容电压大于后方子模块的电容电压且下桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换。
S5、获取单个等效控制周期内的PWM控制信号，并在该控制周期内完成一次子模块电容均压控制过程。
通过将经过优化的载波与调制信号进行比较，得到单个等效控制周期内的PWM控制信号，注意分配PWM控制信号至对应的功率开关器件，从而驱动MMC运行，并在该控制周期内完成一次子模块电容均压控制过程。
本实施例中，上桥臂和下桥臂均含有偶数个子模块数，以单个桥臂子模块个数等于4为例。如图3所示，图中CSM1表示子模块SM1对应的载波，CSM2表示子模块SM2对应的载波，以此类推，步骤S1中的具体内容为：将四列载波进行纵向叠加后得到PD-PWM的载波波形，然后每隔一个工频周期对这四列载波进行一次纵向顺序的重排列，具体表现为将原来最下层的载波放置于最上层，而其它载波的层数均下降一层，如此在四个工频周期内可完成一轮轮换过程，实现功率开关器件开关动作的整体均衡，并将此过程视为一个等效控制周期。
如图4所示，步骤S2中的具体内容为：采用电压传感器或电阻分压等方式对直流侧输入电压Udc以及各个桥臂子模块电容电压UCi进行采样，并采用电流传感器等方式对每一相上、下桥臂电流进行采样，在控制器中对这些采样数据进行预处理后，作为下一步载波交换的条件。
如图5所示，步骤S3中的具体内容为：根据步骤S2中采样到的电压和电流瞬时值信息进行判别，本实施例中，上桥臂中子模块的分组方式采用前后对称分布的子模块为一组的方式。子模块SM1和SM4为一组，子模块SM2和SM3为一组，对于子模块SM1和SM4，若子模块SM4的电容电压大于子模块SM1的电容电压且上桥臂电流小于零，或者子模块SM4的电容电压小于子模块SM1的电容电压且上桥臂电流大于零，则交换子模块SM1和SM4的载波，否则不进行载波交换。对于子模块SM2和SM3，若子模块SM2的电容电压大于子模块SM3的电容电压且上桥臂电流小于零，或者子模块SM2的电容电压小于子模块SM3的电容电压且上桥臂电流大于零，则交换子模块SM2和SM3的载波，否则不进行载波交换。
步骤S4中的具体内容为：同样根据步骤S2中采样到的电压和电流瞬时值信息进行判别，由于步骤S3中上桥臂中子模块的分组方式采用前后对称分布的子模块为一组，为了同时实现上、下桥臂的子模块电容电压的均衡，步骤S4中，采用与步骤S3不同的子模块分组方式，下桥臂中子模块的分组方式采用前后相邻分布的子模块为一组的方式。子模块SM5和SM6为一组，子模块SM7和SM8为一组，对于子模块SM5和SM6，若子模块SM5的电容电压大于子模块SM6的电容电压且下桥臂电流大于零，或者子模块SM5的电容电压小于子模块SM6的电容电压且上桥臂电流小于零，则交换子模块SM5和SM6的载波，否则不进行载波交换。对于子模块SM7和SM8，若子模块SM7的电容电压大于子模块SM8的电容电压且上桥臂电流大于零，或者子模块SM7的电容电压小于子模块SM8的电容电压且上桥臂电流小于零，则交换子模块SM7和SM8的载波，否则不进行载波交换。
步骤S5中的具体内容为：通过将经过优化的载波与调制信号进行比较，得到单个等效控制周期内的PWM控制信号，注意分配PWM控制信号至对应的功率开关器件，从而驱动MMC运行，并在该控制周期内完成一次子模块电容均压控制过程，确保各子模块的电容电压保持在合适的范围内，从而保证了整个系统的稳定性和性能。
在仿真中搭建每个桥臂含4个子模块的模块化多电平变换器模型，部分参数如表所示：
表1 系统参数表
；
仿真结果如图6中的（a）和（b）所示，其中MMC的A相上桥臂的子模块SM1的电容旁边并联一值为200Ω的电阻，用来模拟实际的非平衡参数差异，在仿真的前2秒时刻，采用传统的基于载波轮换的PD-PWM策略，2秒之后则采用了本发明方法，通过前后对照可以看到，采用本发明方法后，原本因参数差异导致的各子模块失衡现象都得到了改善。
综上，仿真结果充分验证了本发明方法有助于模块化多电平变换器的子模块电容电压均衡。
因此，本发明采用上述一种模块化多电平变换器的电容均压控制方法，解决了模块化多电平变换器子模块电容电压失衡的问题，以及在电容电压平衡过程中随着变换器电平数的增多，数字控制器资源被严重消耗的问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种模块化多电平变换器的电容均压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基于载波轮换PD-PWM，对载波进行工频周期的轮换；
S2、采集直流侧电压、子模块电容电压以及上、下桥臂电流信息，将其发送至控制器进行预处理，以确定载波交换的条件；
S3、对上桥臂的载波进行交换，根据子模块电容电压的大小和上桥臂电流的正负情况，确定对应子模块载波的交换情况；
在步骤S3中，上桥臂的子模块数量为2N个，每2个子模块划分为一组，总共对应有N组，其中N为不小于2的整数；
子模块组的划分方式为上桥臂中的前后对称分布的子模块为一组进行载波交换，具体表现为将子模块SM1与子模块SM2N为第1组，将子模块SM2与子模块SM（2N-1）为第2组，并以此类推至将子模块SMN与子模块SM（N+1）为第N组；或者为上桥臂中的前后相邻的两个子模块为一组进行载波交换，具体表现为将子模块SM1与子模块SM2为第1组，并以此类推直至将子模块SM（2N-1）与子模块SM2N为第N组；
前后对称分布的子模块为一组时，当N为偶数时，第1组到第组，子模块之间进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且上桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且上桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；第组到第N组，子模块之间进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且上桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且上桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；
当N为奇数时，第1组到第组，子模块之间进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且上桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且上桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；第组到第N组，子模块之间进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且上桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且上桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；其中，中间位置处的第组采用上述两种进行载波交换的判定方式中的其中一种；
前后相邻分布的子模块为一组时，子模块之间进行载波交换的判定方式为：若前方子模块的电容电压大于后方子模块的电容电压且上桥臂电流小于零，或者前方子模块的电容电压小于后方子模块的电容电压且上桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；
S4、对下桥臂的载波进行交换，根据子模块电容电压的大小和下桥臂电流的正负情况，确定对应子模块载波的交换情况；
在步骤S4中，下桥臂的子模块数量与上桥臂中相同，且下桥臂采用与上桥臂中不同的子模块分组方式，具体为，若上桥臂中采用的前后对称分布的子模块为一组，则下桥臂中采用前后相邻分布的子模块为一组，若上桥臂中采用的前后相邻分布的子模块为一组，则下桥臂中采用前后对称分布的子模块为一组；
前后对称分布的子模块为一组时，当N为偶数时，第1组到第组，子模块之间进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且下桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且下桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；第组到第N组，子模块之间进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且下桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且下桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；
当N为奇数时，第1组到第组，子模块之间进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且下桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且下桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；第组到第N组，子模块之间进行载波交换的判定方式为：若后方子模块的电容电压大于前方子模块的电容电压且下桥臂电流小于零，或者后方子模块的电容电压小于前方子模块的电容电压且下桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；其中，中间位置处的第组采用上述两种进行载波交换的判定方式中的其中一种；
前后相邻分布的子模块为一组时，子模块之间进行载波交换的判定方式为：若前方子模块的电容电压小于后方子模块的电容电压且下桥臂电流小于零，或者前方子模块的电容电压大于后方子模块的电容电压且下桥臂电流大于零，则交换两子模块的载波，否则不进行载波交换；
S5、获取单个等效控制周期内的PWM控制信号，并在该控制周期内完成一次子模块电容均压控制过程。
2.根据权利要求1所述的一种模块化多电平变换器的电容均压控制方法，其特征在于：在步骤S1中，将2N列载波进行纵向叠加后得到PD-PWM的载波波形，然后每隔一个工频周期对2N列载波进行一次纵向顺序的重排列，具体为，将原来最下层的载波放置于最上层，而其它载波的层数均下降一层，经过2N个工频周期完成一轮轮换过程，并将此过程视为一个等效控制周期；其中，2N为单个桥臂子模块个数。
3.根据权利要求1所述的一种模块化多电平变换器的电容均压控制方法，其特征在于：在步骤S2中，采用电压传感器或电阻分压的方式对直流侧输入电压以及各个桥臂子模块电容电压进行采样，并采用电流传感器的方式对每一相上、下桥臂电流进行采样，在控制器中对采样数据进行预处理后，作为下一步载波交换的条件。
4.根据权利要求1所述的一种模块化多电平变换器的电容均压控制方法，其特征在于：在步骤S5中，通过将经过优化的载波与调制信号进行比较，得到单个等效控制周期内的PWM控制信号，注意分配PWM控制信号至对应的功率开关器件，从而驱动MMC运行，并在该控制周期内完成一次子模块电容均压控制过程。
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