本發(fā)明涉及柔性輸變電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種最近電平逼近的均壓調(diào)制方法，以及一種最近電平逼近的均壓調(diào)制裝置。

背景技術(shù)：

與傳統(tǒng)電壓源換流器相比，模塊化多電平換流器(Modular Multilever Converter，MMC)具有擴(kuò)展性好、諧波小、開關(guān)頻率低、對(duì)器件一致觸發(fā)要求少等優(yōu)點(diǎn)，在高壓應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)勢明顯，尤其適用于直流輸電應(yīng)用場合?；贛MC的柔性直流輸電技術(shù)廣泛應(yīng)用于新能源送出、城市擴(kuò)容、區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)，以及孤島供電等領(lǐng)域，相比于傳統(tǒng)直流輸電技術(shù)，柔性直流輸電技術(shù)的優(yōu)勢逐漸凸顯。國內(nèi)已開展了多項(xiàng)柔性直流輸電示范工程，越來越多的輸電工程采用基于MMC的柔性直流輸電技術(shù)，推動(dòng)著柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展。

MMC中包含大量的功率器件，而對(duì)于大量功率器件的控制是本領(lǐng)域的技術(shù)難點(diǎn)之一。MMC的調(diào)制主要包含兩個(gè)功能：一、通過子模塊的投入與切除，依據(jù)參考電壓生成影響電壓的波形；二、利用子模塊的充/放電特性完成模塊電壓的均衡控制。下面對(duì)這兩個(gè)功能進(jìn)行具體描述。

在基于MMC的柔性直流輸電系統(tǒng)中，閥級(jí)控制是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的技術(shù)，對(duì)于換流閥中橋臂模塊數(shù)較多的系統(tǒng)多采用最近電平逼近(NLM)方法進(jìn)行調(diào)制。具體為，通過調(diào)節(jié)各橋臂中子模塊的投切，使輸出的由不同數(shù)量子模塊的電壓之和組成的階梯波形逼近預(yù)設(shè)的參考電壓波形，從而通過波形上的逼近，判斷出每個(gè)橋臂需要投入或切除的子模塊數(shù)。

對(duì)MMC而言，直流側(cè)儲(chǔ)能是由多個(gè)子模塊電容電壓串聯(lián)維持的，當(dāng)能量變化時(shí)，電容電壓必然會(huì)存在一定程度的波動(dòng)；另外，同一個(gè)橋臂中的子模塊電容的損耗、容值的大小不同等因素也會(huì)使各個(gè)子模塊的電容電壓不平衡，影響MMC的正常運(yùn)行。因此必須對(duì)各個(gè)子模塊電容電壓進(jìn)行均衡控制，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

然而，在傳統(tǒng)的均壓控制策略中，需不斷地根據(jù)排序后的電容電壓以及橋臂電流方向來確定各子模塊的投切狀況，即使子模塊電容電壓變化不大，也可能會(huì)頻繁投切轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致各橋臂中IGBT的開關(guān)次數(shù)多，開關(guān)損耗大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述缺陷，提供一種在滿足均壓要求的前提下，減少功率器件的開關(guān)次數(shù)、降低開關(guān)損耗的基于最近電平逼近的均壓調(diào)制方法和均壓調(diào)制裝置。

解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供一種最近電平逼近的均壓調(diào)制方法，其包括如下步驟：

實(shí)時(shí)采集各個(gè)控制周期內(nèi)各橋臂中所有子模塊的電容電壓值和投切狀態(tài)信息，以及各橋臂電流i_arm的方向信息；

獲取本次控制周期內(nèi)各橋臂中子模塊的當(dāng)前電容電壓平均值U_ave、各橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與最小值，以及各橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與最小值；

計(jì)算各橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與已切除的子模塊中電容電壓最小值之差，以及計(jì)算各橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與已投入的子模塊中電容電壓最小值之差；

預(yù)設(shè)子模塊不均衡度h，若橋臂電流i_arm的方向?yàn)檎?，則控制該橋臂中子模塊的投切以使得該橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與已切除的子模塊中電容電壓最小值之差小于h*U_ave；若橋臂電流i_arm的方向?yàn)樨?fù)，則控制該橋臂中子模塊的投切以使得該橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與已投入的子模塊中電容電壓最小值之差小于h*U_ave。

本發(fā)明還提供一種最近電平逼近的均壓調(diào)制裝置，其包括：

采集單元，用于實(shí)時(shí)采集各個(gè)控制周期內(nèi)各橋臂中所有子模塊的電容電壓值和投切狀態(tài)信息，以及各橋臂電流i_arm的方向信息；

獲取單元，用于獲取本次控制周期內(nèi)各橋臂中子模塊的當(dāng)前電容電壓平均值U_ave、各橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與最小值，以及各橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與最小值；

計(jì)算單元，用于計(jì)算各橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與已切除的子模塊中電容電壓最小值之差，以及計(jì)算各橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與已投入的子模塊中電容電壓最小值之差；

控制單元，其內(nèi)預(yù)設(shè)有子模塊不均衡度h，用于在橋臂電流i_arm的方向?yàn)檎龝r(shí)，控制該橋臂中子模塊的投切以使得該橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與已切除的子模塊中電容電壓最小值之差小于h*U_ave；以及在橋臂電流i_arm的方向?yàn)樨?fù)時(shí)，控制該橋臂中子模塊的投切以使得該橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與已投入的子模塊中電容電壓最小值之差小于h*U_ave。

有益效果：

本發(fā)明所述最近電平逼近的均壓調(diào)制方法和均壓調(diào)制裝置應(yīng)用于柔性直流輸電系統(tǒng)的MMC中時(shí)，依據(jù)子模塊的不均衡度h和橋臂子模塊當(dāng)前電容電壓平均值U_ave，在橋臂電流i_arm的方向?yàn)檎龝r(shí)，控制該橋臂中子模塊的投切，即改變?cè)摌虮壑凶幽K的投入狀態(tài)與切除狀態(tài)，保證該橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與已切除的子模塊中電容電壓最小值之差小于h*U_ave；在橋臂電流i_arm的方向?yàn)樨?fù)時(shí)，控制該橋臂中子模塊的投切，即改變?cè)摌虮壑凶幽K的投入狀態(tài)與切除狀態(tài)，保證該橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與已投入的子模塊中電容電壓最小值之差小于h*U_ave，從而在滿足柔性直流輸電閥控系統(tǒng)子模塊均壓的基礎(chǔ)上，降低了子模塊的開關(guān)頻率，減少了子模塊中功率器件(如IGBT)的開關(guān)損耗，直接提高了輸電效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所應(yīng)用的柔性直流輸電系統(tǒng)中MMC的拓?fù)鋱D；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種最近電平逼近的均壓調(diào)制方法的流程圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1提供的又一種最近電平逼近的均壓調(diào)制方法的流程圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2提供的最近電平逼近的均壓調(diào)制裝置的示意圖；

圖5為圖4中控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明提供的經(jīng)PSCAD仿真得出的A相上橋臂中各子模塊電容電壓的波形圖。

圖中：SM－子模塊；100－采集單元；200－獲取單元；300－計(jì)算單元；400－控制單元；401－第一組成模塊；402－第一查找模塊；403－第一投切模塊；404－第二組成模塊；405－第二查找模塊；406－第二投切模塊；500－第一排序單元；600－第二排序單元。

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明所述均壓調(diào)制方法和均壓調(diào)制裝置可應(yīng)用于柔性直流輸電系統(tǒng)，其中MMC(模塊化多電平換流器)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)詳見圖1。如圖1所示，MMC包括三個(gè)相單元，分別為A相單元、B相單元和C相單元，每個(gè)相單元均包括上橋臂和下橋臂，共計(jì)6個(gè)橋臂。每個(gè)橋臂的結(jié)構(gòu)相同，均包括依次串聯(lián)的電抗器和N個(gè)子模塊SM。由于子模塊中含有功率器件，因此也可稱為功率模塊。

每個(gè)相單元的子模塊的數(shù)量是由系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初通過直流母線電壓、電子器件耐壓等級(jí)以及子模塊的類型等因素共同決定的。本實(shí)施例中，每個(gè)相單元的子模塊的數(shù)量2N＝U_dc/U_SM，其中U_dc是正負(fù)直流母線之間的電壓，U_SM是每個(gè)子模塊的電容電壓，N是每個(gè)橋臂中子模塊的數(shù)量，且N>1。

具體地，如圖1所示，對(duì)于A相單元的上橋臂，交流輸出端A依次連接電抗器、N個(gè)子模塊SM后接入直流母線電壓的正極Vdc+，其中，子模塊SM₁的輸出端A1與直流母線電壓的正極Vdc+連接、輸出端B1與相鄰的子模塊SM₂的輸出端A2連接，子模塊SM_N的輸出端An與相鄰的子模塊SM_(N-1)的輸出端B(n-1)連接、子模塊SM_N的輸出端Bn與電抗器的一端連接，電抗器的另一端與A相交流輸出端A連接，A相單元的上橋臂的其他子模塊(除子模塊SM₁和子模塊SM_N以外的子模塊)的輸出端Ai均與其相鄰的前一個(gè)子模塊的輸出端B(i-1)連接，A相單元的上橋臂的其他子模塊的輸出端Bi均與其相鄰的后一個(gè)子模塊的輸出端A(i+1)連接，2≤i≤(N-1)。這里，與某一子模塊相鄰的前一個(gè)子模塊指的是與該子模塊相鄰且在電路連接關(guān)系上比該子模塊更接近直流母線電壓的正極Vdc+的子模塊，例如子模塊SM₂是與子模塊SM₃相鄰的前一個(gè)子模塊；與某一子模塊相鄰的后一個(gè)子模塊指的是與該子模塊相鄰且在電路連接關(guān)系上比該子模塊更接近A相交流輸出端A的子模塊，例如子模塊SM₃是與子模塊SM₂相鄰的后一個(gè)子模塊。如圖1所示，A相單元上橋臂電流i_arm的方向向下時(shí)定義為正方向，當(dāng)橋臂電流方向?yàn)檎?i_arm>0)時(shí)，給上橋臂已投入的子模塊的電容充電，當(dāng)然，該橋臂中已切除的子模塊的電容不予充電；反之，上橋臂電流i_arm的方向向上時(shí)定義為負(fù)方向，當(dāng)橋臂電流方向?yàn)樨?fù)(i_arm<0)時(shí)，給上橋臂已投入的子模塊的電容放電，當(dāng)然，該橋臂中已切除的子模塊的電容不予放電。

至于A相單元的下橋臂，其結(jié)構(gòu)與A相單元的上橋臂的結(jié)構(gòu)的區(qū)別僅在于，交流輸出端A依次連接電抗器、N個(gè)子模塊SM后接入直流母線電壓的負(fù)極Vdc-。如圖1所示，A相單元下橋臂電流i_arm的方向向下時(shí)定義為正方向，此時(shí)給下橋臂已投入的子模塊的電容充電，反之，下橋臂電流i_arm的方向向上時(shí)定義為負(fù)方向，此時(shí)給下橋臂已投入的子模塊的電容放電。

而B相單元和C相單元的上、下橋臂的結(jié)構(gòu)可分別參考A相單元的上、下橋臂的結(jié)構(gòu)，此處不再贅述?？梢钥闯?，各相單元的上橋臂的結(jié)構(gòu)與下橋臂的結(jié)構(gòu)對(duì)稱。

本實(shí)施例中，每個(gè)子模塊的結(jié)構(gòu)均相同，均為半橋子模塊，其包括晶體管VT1及與其反向并聯(lián)的二極管VD1、晶體管VT2及與其反向并聯(lián)的二極管VD2、以及電容C。

下面以子模塊SM₁的結(jié)構(gòu)為例詳細(xì)描述半橋子模塊的具體結(jié)構(gòu)。

晶體管VT1的集電極與二極管VD1的負(fù)極連接、發(fā)射極與二極管VD1的正極連接，晶體管VT2的集電極與二極管VD2的負(fù)極連接、發(fā)射極與二極管VD2的正極連接，晶體管VT1的發(fā)射極還與晶體管VT2的集電極連接，且輸出端A1與晶體管VT1的發(fā)射極和晶體管VT2的集電極的連接點(diǎn)相連；電容C的正極與晶體管VT1的集電極相連，電容C的負(fù)極與晶體管VT2的發(fā)射極相連。

本發(fā)明實(shí)施例中，每個(gè)子模塊中的功率器件可以采用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)或IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristors，集成門極換流晶閘管)。

下面通過具體的實(shí)施例1和2來詳述本發(fā)明的技術(shù)方案。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例提供一種最近電平逼近的均壓調(diào)制方法。如圖2所示，所述均壓調(diào)制方法包括如下步驟S101至S104。

S101.實(shí)時(shí)采集各個(gè)控制周期內(nèi)各橋臂中所有子模塊的電容電壓值和投切狀態(tài)信息，以及各橋臂電流i_arm的方向信息。

本實(shí)施例中，橋臂電流i_arm的方向向下時(shí)為正方向(i_arm>0)，即橋臂電流i_arm從直流母線電壓的正極Vdc+流向直流母線電壓的負(fù)極Vdc-時(shí)為正方向，此時(shí)給該橋臂中已投入的子模塊的電容充電；反之，橋臂電流i_arm的方向向上時(shí)為負(fù)方向(i_arm<0)，此時(shí)給該橋臂中已投入的子模塊的電容放電，從而導(dǎo)致子模塊的電容電壓不均衡的情況出現(xiàn)，因此本步驟中采集橋臂電流i_arm的方向信息，并在后面的步驟中依據(jù)該橋臂電流i_arm的方向正負(fù)，作為之后進(jìn)行排序均壓的標(biāo)準(zhǔn)(下文中將具體描述)。

S102.獲取本次控制周期內(nèi)各橋臂中子模塊的當(dāng)前電容電壓平均值U_ave、各橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與最小值，以及各橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與最小值。

具體地，在本次控制周期內(nèi)，根據(jù)步驟S101中獲取的各橋臂中所有子模塊的電容電壓值，就可以得到各橋臂中子模塊的當(dāng)前電容電壓平均值U_ave；根據(jù)步驟S101中獲取的各橋臂中所有子模塊的電容電壓值和投切狀態(tài)信息就可以得到各橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與最小值，以及各橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與最小值。

S103.計(jì)算各橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與已切除的子模塊中電容電壓最小值之差，以及計(jì)算各橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與已投入的子模塊中電容電壓最小值之差。

S104.預(yù)設(shè)子模塊不均衡度h，若橋臂電流i_arm的方向?yàn)檎?i_arm>0)，則控制該橋臂中子模塊的投切以使得該橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與已切除的子模塊中電容電壓最小值之差小于h*U_ave；若橋臂電流i_arm的方向?yàn)樨?fù)(i_arm<0)，則控制該橋臂中子模塊的投切以使得該橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與已投入的子模塊中電容電壓最小值之差小于h*U_ave，從而實(shí)現(xiàn)均壓調(diào)制。其中，子模塊不均衡度h應(yīng)在柔性直流輸電系統(tǒng)許可的范圍內(nèi)，具體可由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定。

本步驟中，當(dāng)橋臂投入子模塊的數(shù)量出現(xiàn)變化的時(shí)候，可依據(jù)橋臂電流i_arm的方向，投入或者切除電容電壓最低或者電容電壓最高的子模塊即可，下面將具體描述。

進(jìn)一步地，在步驟S101之后、步驟S104之前還包括如下步驟：

對(duì)本次控制周期內(nèi)各橋臂中已投入的子模塊分別按電容電壓從大到小進(jìn)行排序，以獲取各橋臂對(duì)應(yīng)的投入狀態(tài)子模塊排序列表，其中包括m個(gè)子模塊；以及，對(duì)本次控制周期內(nèi)各橋臂中已切除的子模塊分別按電容電壓從大到小進(jìn)行排序，以獲取各橋臂對(duì)應(yīng)的切除狀態(tài)子模塊排序列表，其中包括n個(gè)子模塊，且m+n＝N，m、n和N均為整數(shù)，N為每個(gè)橋臂包括的子模塊數(shù)；

獲取本次控制周期內(nèi)各橋臂中子模塊的導(dǎo)通數(shù)Non(k)和上個(gè)控制周期內(nèi)各橋臂中子模塊的導(dǎo)通數(shù)Non(k-1)，其中k為大于1的整數(shù)。

則步驟S104具體包括如下步驟S104-1至S104-7。

S104-1.預(yù)設(shè)子模塊不均衡度h。

S104-2.當(dāng)橋臂電流i_arm的方向?yàn)檎?i_arm>0)時(shí)，將該橋臂對(duì)應(yīng)的投入狀態(tài)子模塊排序列表中的m個(gè)子模塊和切除狀態(tài)子模塊排序列表中的n個(gè)子模塊按先后順序組成第一排序列表，即先對(duì)該橋臂投入的子模塊(即處于投入狀態(tài)的子模塊)進(jìn)行處理，按照電壓由大到小的順序進(jìn)行排序，再對(duì)該橋臂切除的子模塊(即處于切除狀態(tài)的子模塊)進(jìn)行處理，同樣按照電壓由大到小的順序進(jìn)行排序，以完成對(duì)該橋臂N個(gè)子模塊的排序，其中所述m個(gè)子模塊的電容電壓從大到小為U₁至U_m，所述n個(gè)子模塊的電容電壓從大到小為U_m+1至U_N，從而依據(jù)橋臂電流方向的不同對(duì)該橋臂中的子模塊進(jìn)行排序。

S104-3.針對(duì)所述第一排序列表，計(jì)算U_i-U_N-i+1，i從1開始遞增，且i為整數(shù)，并依次與h*U_ave進(jìn)行比較，直至找到滿足U_i-U_N-i+1<h*U_ave的i值，以得到需要進(jìn)行橋臂電壓均衡的子模塊數(shù)。

S104-4.根據(jù)找到的i值、Non(k)和Non(k-1)控制該橋臂中子模塊的投切，以使得該橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與已切除的子模塊中電容電壓最小值之差小于h*U_ave。

本步驟中，在得到了需要進(jìn)行橋臂電壓均衡的子模塊數(shù)i之后，結(jié)合Non(k)和Non(k-1)控制該橋臂中相應(yīng)子模塊的投切就可以實(shí)現(xiàn)子模塊的電壓均衡。例如，當(dāng)橋臂電流最大時(shí)，如果有需要改變投切狀態(tài)的子模塊，可以將處于切除狀態(tài)且電容電壓最低的子模塊投入，以滿足系統(tǒng)需要，因此為了確定最終需要改變投切狀態(tài)的子模塊，需要對(duì)Non(k)與Non(k-1)之差的不同情況進(jìn)行判斷，下文中將詳細(xì)描述。

S104-5.當(dāng)橋臂電流i_arm的方向?yàn)樨?fù)(i_arm<0)時(shí)，將該橋臂對(duì)應(yīng)的切除狀態(tài)子模塊排序列表中的n個(gè)子模塊和投入狀態(tài)子模塊排序列表中的m個(gè)子模塊按先后順序組成第二排序列表，即先對(duì)該橋臂切除的子模塊(即處于切除狀態(tài)的子模塊)進(jìn)行處理，按照電壓由大到小的順序進(jìn)行排序，再對(duì)該橋臂投入的子模塊(即處于投入狀態(tài)的子模塊)進(jìn)行處理，同樣按照電壓由大到小的順序進(jìn)行排序，以完成對(duì)該橋臂N個(gè)子模塊的排序，其中所述n個(gè)子模塊的電容電壓從大到小為U₁至U_n，所述m個(gè)子模塊的電容電壓從大到小為U_n+1至U_N，從而依據(jù)橋臂電流方向的不同對(duì)該橋臂中的子模塊進(jìn)行排序。

S104-6.針對(duì)所述第二排序列表，計(jì)算U_j-U_N-j+1，j從1開始遞增，且j為整數(shù)，并依次與h*U_ave進(jìn)行比較，直至找到滿足U_j-U_N-j+1<h*U_ave的j值，以得到需要進(jìn)行電壓均衡的子模塊數(shù)。

S104-7.根據(jù)找到的j值、Non(k)和Non(k-1)控制該橋臂中子模塊的投切，以使得該橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與已投入的子模塊中電容電壓最小值之差小于h*U_ave。

本步驟中，在得到了需要進(jìn)行橋臂電壓均衡的子模塊數(shù)j之后，結(jié)合Non(k)和Non(k-1)控制該橋臂中相應(yīng)子模塊的投切就可以實(shí)現(xiàn)子模塊的電壓均衡。而為了確定最終需要改變投切狀態(tài)的子模塊，需要對(duì)Non(k)與Non(k-1)之差的不同情況進(jìn)行判斷，下文中將詳細(xì)描述。

更進(jìn)一步地，在步驟S101之后、步驟S104之前還包括如下步驟：

計(jì)算各橋臂本次控制周期與上次控制周期投入子模塊的數(shù)量之差N_diff＝Non(k)-Non(k-1)，從而明確本次控制周期與上次控制周期為了滿足預(yù)設(shè)輸出電壓所帶來的投入子模塊數(shù)量之差；以及獲取本次控制周期內(nèi)各橋臂中子模塊的切除數(shù)Noff(k)。

則所述步驟S104-4包括如下步驟A和B。

A.當(dāng)橋臂電流i_arm的方向?yàn)檎龝r(shí)，根據(jù)找到的i值、N_diff、Non(k)和Noff(k)獲取該橋臂對(duì)應(yīng)的第一附加調(diào)整模塊數(shù)N_BAN1。其中，N_diff也可稱為本次控制周期與上次控制周期的子模塊導(dǎo)通變化數(shù)，具體可分為三種情況：N_diff>0，N_diff＝0，和N_diff<0。

具體地，若N_diff＝0，不需要因?yàn)殡妷赫{(diào)制而改變子模塊的投切狀態(tài)，則N_BAN1＝Min(i,Non(k),Noff(k))；若N_diff>0，即輸出電壓發(fā)生變化，則N_BAN1＝Min(i,Non(k),Noff(k)-N_diff)；若N_diff<0，即輸出電壓發(fā)生變化，則N_BAN1＝Min(N_BAN1,Non(k)+N_diff,Noff(k))。

B.根據(jù)N_BAN1和N_diff控制該橋臂中子模塊的投切。

具體地，在N_BAN1＝Min(i,Non(k),Noff(k))時(shí)，之所以選取這三個(gè)值中的最小值作為N_BAN1，是因?yàn)闀?huì)出現(xiàn)將某些投入或切除的子模塊的狀態(tài)改變的情況，那么在橋臂電流i_arm的方向?yàn)檎龝r(shí)，需要在切除狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最小的N_BAN1個(gè)子模塊投入，以及在投入狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最大的N_BAN1個(gè)子模塊切除；

在N_BAN1＝Min(i,Non(k),Noff(k)-N_diff)時(shí)，在橋臂電流i_arm的方向?yàn)檎龝r(shí)，由于已投入的子模塊出現(xiàn)充電的情況，理論上需要投入電容電壓最低的子模塊，但是造成子模塊電容電壓不均衡的主要原因是投入的子模塊的電容電壓過高，故而實(shí)現(xiàn)均壓的核心是將電壓過高的N_BAN1個(gè)子模塊切除，同時(shí)為了滿足輸出預(yù)設(shè)電壓的需要，應(yīng)將額外的N_diff個(gè)子模塊投入，即投入(N_BAN1+N_diff)個(gè)子模塊，因此需要在切除狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最小的(N_BAN1+N_diff)個(gè)子模塊投入，以及在投入狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最大的N_BAN1個(gè)子模塊切除；

在N_BAN1＝Min(i,Non(k)+N_diff,Noff(k))時(shí)，在橋臂電流i_arm的方向?yàn)檎龝r(shí)，需要在切除狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最小的N_BAN1個(gè)子模塊投入，以及在投入狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最大的(N_BAN1-N_diff)個(gè)子模塊切除。

所述步驟S104-7包括如下步驟C和D。

C.當(dāng)橋臂電流i_arm的方向?yàn)樨?fù)時(shí)，根據(jù)找到的j值、N_diff、Non(k)和Noff(k)獲取該橋臂對(duì)應(yīng)的第二附加調(diào)整模塊數(shù)N_BAN2。其中，N_diff也可稱為本次控制周期與上次控制周期的子模塊導(dǎo)通變化數(shù)，具體可分為三種情況：N_diff>0，N_diff＝0，和N_diff<0。

具體地，若N_diff＝0，不需要因?yàn)殡妷赫{(diào)制而改變子模塊的投切狀態(tài)，則N_BAN2＝Min(j,Non(k),Noff(k))；若N_diff>0，即輸出電壓發(fā)生變化，則N_BAN2＝Min(j,Non(k),Noff(k)-N_diff)；若N_diff<0，即輸出電壓發(fā)生變化，則N_BAN2＝Min(j,Non(k)+N_diff,Noff(k))。

D.根據(jù)N_BAN2和N_diff控制該橋臂中子模塊的投切。

具體地，在N_BAN2＝Min(j,Non(k),Noff(k))時(shí)，之所以選取這三個(gè)值中的最小值作為N_BAN2，是因?yàn)闀?huì)出現(xiàn)將某些投入或切除的子模塊的狀態(tài)改變的情況，那么在橋臂電流i_arm的方向?yàn)樨?fù)時(shí)，需要在切除狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最大的N_BAN2個(gè)子模塊投入，以及在投入狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最小的N_BAN2個(gè)子模塊切除；

在N_BAN2＝Min(j,Non(k),Noff(k)-N_diff)時(shí)，在橋臂電流i_arm的方向?yàn)樨?fù)時(shí)，需要在切除狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最大的(N_BAN2+N_diff)個(gè)子模塊投入，以及在投入狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最小的N_BAN2個(gè)子模塊切除；

在N_BAN2＝Min(j,Non(k)+N_diff,Noff(k))時(shí)，在橋臂電流i_arm的方向?yàn)樨?fù)時(shí)，需要在切除狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最大的N_BAN2個(gè)子模塊投入，以及在投入狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最小的(N_BAN2-N_diff)個(gè)子模塊切除。

此外，在實(shí)際應(yīng)用中，如果橋臂中子模塊的電容電壓最大值U_max和電容電壓最小值U_min之差不大于h*U_ave(即U_max-U_min≤h*U_ave)時(shí)，不存在均壓問題，不需要對(duì)子模塊進(jìn)行均壓調(diào)制，只有橋臂中子模塊的電容電壓最大值U_max和電容電壓最小值U_min之差大于h*U_ave(即U_max-U_min>h*U_ave)時(shí)，才需要對(duì)子模塊進(jìn)行均壓調(diào)制。

因此，較優(yōu)地，所述調(diào)制方法在步驟S101以后、步驟S104以前還包括如下步驟：

獲取本次控制周期內(nèi)各橋臂中子模塊的電容電壓最大值U_max和電容電壓最小值U_min；計(jì)算各橋臂中子模塊的電容電壓最大值U_max和電容電壓最小值U_min之差。

所述步驟S104還包括如下步驟：若橋臂中子模塊的電容電壓最大值U_max和電容電壓最小值U_min之差大于h*U_ave，則執(zhí)行控制該橋臂中子模塊的投切的步驟；否則，對(duì)該橋臂不作均壓處理。

本實(shí)施例還提供一種更為詳盡的基于最近電平逼近的均壓調(diào)制方法。如圖3所示，所述均壓調(diào)制方法包括如下步驟S201至S226。

S201.實(shí)時(shí)采集各個(gè)控制周期內(nèi)各橋臂中所有子模塊的電容電壓值和投切狀態(tài)信息，以及各橋臂電流i_arm的方向信息。

S202.獲取本次控制周期內(nèi)各橋臂中子模塊的當(dāng)前電容電壓平均值U_ave、各橋臂中子模塊的電容電壓最大值U_max和電容電壓最小值U_min。

S203.計(jì)算各橋臂中子模塊的電容電壓最大值U_max和電容電壓最小值U_min之差，若U_max-U_min>h*U_ave，則執(zhí)行步驟S204，否則，結(jié)束均壓調(diào)制。其中，h為預(yù)設(shè)的子模塊不均衡度。

S204.獲取本次控制周期內(nèi)各橋臂中子模塊的導(dǎo)通數(shù)Non(k)和切除數(shù)Noff(k)，以及上個(gè)控制周期內(nèi)各橋臂中子模塊的導(dǎo)通數(shù)Non(k-1)。其中k為大于1的整數(shù)。

S205.計(jì)算各橋臂本次控制周期與上次控制周期投入子模塊的數(shù)量之差N_diff＝Non(k)-Non(k-1)。

S206.對(duì)本次控制周期內(nèi)各橋臂中已投入的子模塊分別按電容電壓從大到小進(jìn)行排序，以獲取各橋臂對(duì)應(yīng)的投入狀態(tài)子模塊排序列表，其中包括m個(gè)子模塊。

S207.對(duì)本次控制周期內(nèi)各橋臂中已切除的子模塊分別按電容電壓從大到小進(jìn)行排序，以獲取各橋臂對(duì)應(yīng)的切除狀態(tài)子模塊排序列表，其中包括n個(gè)子模塊。

在步驟S206和S207中，m+n＝N，m、n和N均為整數(shù)，N為每個(gè)橋臂包括的子模塊數(shù)。

S208.判斷橋臂電流i_arm的方向，若橋臂電流i_arm的方向?yàn)檎?即i_arm>0)，則執(zhí)行步驟S209；若橋臂電流i_arm的方向?yàn)樨?fù)(即i_arm<0)，則執(zhí)行步驟S218。

S209.將該橋臂對(duì)應(yīng)的投入狀態(tài)子模塊排序列表中的m個(gè)子模塊和切除狀態(tài)子模塊排序列表中的n個(gè)子模塊按先后順序組成第一排序列表，其中所述m個(gè)子模塊的電容電壓從大到小為U₁至U_m，所述n個(gè)子模塊的電容電壓從大到小為U_m+1至U_N。

S210.針對(duì)所述第一排序列表，計(jì)算U_i-U_N-i+1，i從1開始遞增，且i為整數(shù)，并依次與h*U_ave進(jìn)行比較，直至找到滿足U_i-U_N-i+1<h*U_ave的i值。

S211.判斷N_diff值，若N_diff＝0，則執(zhí)行步驟S212；若N_diff>0，則執(zhí)行步驟S214；若N_diff<0，則執(zhí)行步驟S216。

S212.令N_BAN1＝Min(i,Non(k),Noff(k))。

S213.在切除狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最小的N_BAN1個(gè)子模塊投入，以及在投入狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最大的N_BAN1個(gè)子模塊切除。

S214.令N_BAN1＝Min(i,Non(k),Noff(k)-N_diff)。

S215.在切除狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最小的(N_BAN1+N_diff)個(gè)子模塊投入，以及在投入狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最大的N_BAN1個(gè)子模塊切除。

S216.令N_BAN1＝Min(N_BAN1,Non(k)+N_diff,Noff(k))。

S217.在切除狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最小的N_BAN1個(gè)子模塊投入，以及在投入狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最大的(N_BAN1-N_diff)個(gè)子模塊切除。

S218.將該橋臂對(duì)應(yīng)的切除狀態(tài)子模塊排序列表中的n個(gè)子模塊和投入狀態(tài)子模塊排序列表中的m個(gè)子模塊按先后順序組成第二排序列表，其中所述n個(gè)子模塊的電容電壓從大到小為U₁至U_n，所述m個(gè)子模塊的電容電壓從大到小為U_n+1至U_N。

S219.針對(duì)所述第二排序列表，計(jì)算U_j-U_N-j+1，j從1開始遞增，且j為整數(shù)，并依次與h*U_ave進(jìn)行比較，直至找到滿足U_j-U_N-j+1<h*U_ave的j值。

S220.判斷N_diff值，若N_diff＝0，則執(zhí)行步驟S221；若N_diff>0，則執(zhí)行步驟S223；若N_diff<0，則執(zhí)行步驟S225。

S221.令N_BAN2＝Min(j,Non(k),Noff(k))。

S222.在切除狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最大的N_BAN2個(gè)子模塊投入，以及在投入狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最小的N_BAN2個(gè)子模塊切除。

S223.令N_BAN2＝Min(j,Non(k),Noff(k)-N_diff)。

S224.在切除狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最大的(N_BAN2+N_diff)個(gè)子模塊投入，以及在投入狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最小的N_BAN2個(gè)子模塊切除。

S225.令N_BAN2＝Min(j,Non(k)+N_diff,Noff(k))。

S226.在切除狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最大的N_BAN2個(gè)子模塊投入，以及在投入狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最小的(N_BAN2-N_diff)個(gè)子模塊切除。

需要說明的是，上述兩種均壓調(diào)制方法中，所涉及步驟的順序只是為了說明本發(fā)明而提出的兩種具體實(shí)例，本發(fā)明對(duì)上述步驟的順序不做限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)際應(yīng)用中可按需對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。

本實(shí)施例的兩種調(diào)制方法在執(zhí)行過程中，調(diào)制端的任務(wù)主要由橋臂控制器執(zhí)行，其作用包括兩個(gè)：

一是依據(jù)系統(tǒng)電壓輸出的需要，在各個(gè)控制周期投入或切除相應(yīng)的子模塊(通過向子模塊的功率器件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn))，以使系統(tǒng)輸出由不同數(shù)量子模塊的電容電壓之和組成的階梯波形逼近預(yù)設(shè)的參考電壓波形；為了實(shí)現(xiàn)該作用，還需要由橋臂控制器預(yù)先生成各個(gè)橋臂應(yīng)投入的子模塊數(shù)，具體地，橋臂控制器預(yù)先接受上層級(jí)命令，根據(jù)各個(gè)控制周期實(shí)時(shí)采集的各橋臂中所有子模塊的投切狀態(tài)信息得到本次控制周期內(nèi)各橋臂中子模塊的導(dǎo)通數(shù)Non(k)和上個(gè)控制周期內(nèi)各橋臂中子模塊的導(dǎo)通數(shù)Non(k-1)；

二是實(shí)現(xiàn)各橋臂內(nèi)部子模塊的均壓算法，具體算法參見上述實(shí)施例。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例提供一種最近電平逼近的均壓調(diào)制裝置。如圖4所示，所述均壓調(diào)制裝置包括采集單元100、獲取單元200、計(jì)算單元300和控制單元400。

其中，采集單元100用于實(shí)時(shí)采集各個(gè)控制周期內(nèi)各橋臂中所有子模塊的電容電壓值和投切狀態(tài)信息，以及各橋臂電流i_arm的方向信息；

獲取單元200用于獲取本次控制周期內(nèi)各橋臂中子模塊的當(dāng)前電容電壓平均值U_ave、各橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與最小值，以及各橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與最小值；

計(jì)算單元300用于計(jì)算各橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與已切除的子模塊中電容電壓最小值之差，以及計(jì)算各橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與已投入的子模塊中電容電壓最小值之差；

控制單元400內(nèi)預(yù)設(shè)有子模塊不均衡度h，用于在橋臂電流i_arm的方向?yàn)檎龝r(shí)，控制該橋臂中子模塊的投切以使得該橋臂已投入的子模塊中電容電壓最大值與已切除的子模塊中電容電壓最小值之差小于h*U_ave；以及在橋臂電流i_arm的方向?yàn)樨?fù)時(shí)，控制該橋臂中子模塊的投切以使得該橋臂已切除的子模塊中電容電壓最大值與已投入的子模塊中電容電壓最小值之差小于h*U_ave。

如圖4所示，所述均壓調(diào)制裝置還包括第一排序單元500和第二排序單元600。

其中，第一排序單元500用于對(duì)本次控制周期內(nèi)各橋臂中已投入的子模塊分別按電容電壓從大到小進(jìn)行排序，以獲取各橋臂對(duì)應(yīng)的投入狀態(tài)子模塊排序列表，其中包括m個(gè)子模塊；

第二排序單元600用于對(duì)本次控制周期內(nèi)各橋臂中已切除的子模塊分別按電容電壓從大到小進(jìn)行排序，以獲取各橋臂對(duì)應(yīng)的切除狀態(tài)子模塊排序列表，其中包括n個(gè)子模塊，且m+n＝N，m、n和N均為整數(shù)，N為每個(gè)橋臂包括的子模塊數(shù)。

則獲取單元200還用于獲取本次控制周期內(nèi)各橋臂中子模塊的導(dǎo)通數(shù)Non(k)和上個(gè)控制周期內(nèi)各橋臂中子模塊的導(dǎo)通數(shù)Non(k-1)，其中k為大于1的整數(shù)。

如圖5所示，控制單元400包括：

第一組成模塊401，用于在橋臂電流i_arm的方向?yàn)檎龝r(shí)，將該橋臂對(duì)應(yīng)的投入狀態(tài)子模塊排序列表中的m個(gè)子模塊和切除狀態(tài)子模塊排序列表中的n個(gè)子模塊按先后順序組成第一排序列表，其中所述m個(gè)子模塊的電容電壓從大到小為U₁至U_m，所述n個(gè)子模塊的電容電壓從大到小為U_m+1至U_N；

第一查找模塊402，用于針對(duì)所述第一排序列表，計(jì)算U_i-U_N-i+1，i從1開始遞增，且i為整數(shù)，并依次與h*U_ave進(jìn)行比較，直至找到滿足U_i-U_N-i+1<h*U_ave的i值；

第一投切模塊403，用于根據(jù)找到的i值、Non(k)和Non(k-1)控制該橋臂中子模塊的投切；

第二組成模塊404，用于在橋臂電流i_arm的方向?yàn)樨?fù)時(shí)，將該橋臂對(duì)應(yīng)的切除狀態(tài)子模塊排序列表中的n個(gè)子模塊和投入狀態(tài)子模塊排序列表中的m個(gè)子模塊按先后順序組成第二排序列表，其中所述n個(gè)子模塊的電容電壓從大到小為U₁至U_n，所述m個(gè)子模塊的電容電壓從大到小為U_n+1至U_N；

第二查找模塊405，用于針對(duì)所述第二排序列表，計(jì)算U_j-U_N-j+1，j從1開始遞增，且j為整數(shù)，并依次與h*U_ave進(jìn)行比較，直至找到滿足U_j-U_N-j+1<h*U_ave的j值；

第二投切模塊406，用于根據(jù)找到的j值、Non(k)和Non(k-1)控制該橋臂中子模塊的投切。

進(jìn)一步地，計(jì)算單元300還用于計(jì)算各橋臂本次控制周期與上次控制周期投入子模塊的數(shù)量之差N_diff＝Non(k)-Non(k-1)。

獲取單元200還用于獲取本次控制周期內(nèi)各橋臂中子模塊的切除數(shù)Noff(k)。

控制單元的第一投切模塊403還用于在橋臂電流i_arm的方向?yàn)檎龝r(shí)根據(jù)找到的i值、N_diff、Non(k)和Noff(k)獲取該橋臂對(duì)應(yīng)的第一附加調(diào)整模塊數(shù)N_BAN1；以及，根據(jù)N_BAN1和N_diff控制該橋臂中子模塊的投切。

而第一投切模塊403具體用于，

在N_diff＝0時(shí)，使N_BAN1＝Min(i,Non(k),Noff(k))，并在切除狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最小的N_BAN1個(gè)子模塊投入，以及在投入狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最大的N_BAN1個(gè)子模塊切除；

在N_diff>0時(shí)，使N_BAN1＝Min(i,Non(k),Noff(k)-N_diff)，并在切除狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最小的(N_BAN1+N_diff)個(gè)子模塊投入，以及在投入狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最大的N_BAN1個(gè)子模塊切除；

在N_diff<0時(shí)，使N_BAN1＝Min(N_BAN1,Non(k)+N_diff,Noff(k))，并在切除狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最小的N_BAN1個(gè)子模塊投入，以及在投入狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最大的(N_BAN1-N_diff)個(gè)子模塊切除。

控制單元的第二投切模塊406還用于在橋臂電流i_arm的方向?yàn)樨?fù)時(shí)根據(jù)找到的j值、N_diff、Non(k)和Noff(k)獲取該橋臂對(duì)應(yīng)的第二附加調(diào)整模塊數(shù)N_BAN2；以及，根據(jù)N_BAN2和N_diff控制該橋臂中子模塊的投切。

而第二投切模塊406具體用于，

在N_diff＝0時(shí)，使N_BAN2＝Min(j,Non(k),Noff(k))，并在N_BAN2＝Min(j,Non(k),Noff(k))時(shí)，在切除狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最大的N_BAN2個(gè)子模塊投入，以及在投入狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最小的N_BAN2個(gè)子模塊切除；

在N_diff>0時(shí)，使N_BAN2＝Min(j,Non(k),Noff(k)-N_diff)，并在N_BAN2＝Min(j,Non(k),Noff(k)-N_diff)時(shí)，在切除狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最大的(N_BAN2+N_diff)個(gè)子模塊投入，以及在投入狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最小的N_BAN2個(gè)子模塊切除；

在N_diff<0時(shí)，使N_BAN2＝Min(j,Non(k)+N_diff,Noff(k))，并在N_BAN2＝Min(j,Non(k)+N_diff,Noff(k))時(shí)，在切除狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最大的N_BAN2個(gè)子模塊投入，以及在投入狀態(tài)子模塊排序列表中選擇電壓最小的(N_BAN2-N_diff)個(gè)子模塊切除。

此外，獲取單元200還用于獲取本次控制周期內(nèi)各橋臂中子模塊的電容電壓最大值和電容電壓最小值。

計(jì)算單元300還用于，計(jì)算各橋臂中子模塊的電容電壓最大值和電容電壓最小值之差。

控制單元400還用于在橋臂中子模塊的電容電壓最大值和電容電壓最小值之差大于h*U_ave時(shí)，控制該橋臂中子模塊的投切；否則，對(duì)該橋臂不作均壓處理。

為了驗(yàn)證本發(fā)明所述均壓調(diào)制方法實(shí)施于柔性直流輸電領(lǐng)域的優(yōu)越性能，發(fā)明人利用PSCAD搭建了MMC仿真模型，并將本發(fā)明所述均壓調(diào)制方法應(yīng)用于該仿真模型，來觀察各橋臂中各子模塊的投切頻率(開關(guān)頻率)和電容電壓不平衡度的情況。具體見表1。

表1

表1中，P表示有功功率，Q表示無功功率，S表示視在功率。從表1可以看出，本發(fā)明的調(diào)制算法能夠讓系統(tǒng)平均開關(guān)頻率維持在200Hz以內(nèi)，同時(shí)子模塊的電容電壓不均衡度維持在8％以內(nèi)。

同時(shí)，經(jīng)PSCAD仿真得出的在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)滿載狀態(tài)下A相上橋臂中各子模塊電容電壓的波形如圖6所示，從圖6中可以看出，該橋臂子模塊的均壓效果良好，即使在長時(shí)間范圍內(nèi)，子模塊的電容電壓也不會(huì)出現(xiàn)發(fā)散的現(xiàn)象，同時(shí)該橋臂各個(gè)子模塊均在均壓范圍內(nèi)。

綜上所述，本發(fā)明在滿足柔性直流輸電閥控系統(tǒng)均壓的基礎(chǔ)上，降低了子模塊的開關(guān)頻率，減少了子模塊中功率器件(如IGBT)的開關(guān)損耗，直接提高了輸電效率。本發(fā)明在最近電平逼近策略基礎(chǔ)上，通過對(duì)子模塊的電容電壓進(jìn)行排序，嚴(yán)格依據(jù)橋臂子模塊的不均衡度，判斷需要改變投切狀態(tài)的子模塊數(shù)，最大程度上減少了因子模塊均壓而帶來的額外開關(guān)動(dòng)作。而且，在不增加現(xiàn)有控制系統(tǒng)物理構(gòu)架的前提下，既滿足了均壓要求，又減低了模塊切換的頻率，從而有效的降低了子模塊中功率器件的開關(guān)損耗，降低了換流閥水冷系統(tǒng)的壓力，提升了系統(tǒng)運(yùn)行效率，增強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，對(duì)柔性直流輸電的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用具有推動(dòng)作用。

可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。