[发明专利]基于投切状态矩阵分组轮换的MMC电容电压均衡控制方法

说明书

本发明涉及一种基于投切状态矩阵分组轮换的MMC电容电压均衡控制方法，其包括以下步骤：步骤1，确定针对N+1的MMC电容电压自平衡投切状态矩阵S_N需要满足的条件；步骤2，给出投切状态矩阵构造规则；步骤3，根据投切状态矩阵的构造规则，提出开环均衡控制策略，包括以下步骤：步骤3.1，根据已知的MMC子模块个数利用投切状态矩阵构造规则得到投切状态矩阵S_N并保存；步骤3.2，根据上桥臂所需导通的模块数i采取投切状态矩阵分组轮换控制模式选择对应矩阵中的行向量作为投切状态，产生触发脉冲输入给各子模块的开关器件。本发明对MMC子模块的电容电压进行均衡控制，计算方法简单、均压效果好。

技术领域

本申请涉及电容电压均衡控制领域，具体地涉及一种基于投切状态矩阵分组轮换的MMC电容电压均衡控制方法。

背景技术

柔性直流电网是接纳大规模可再生能源的有效手段，是未来电网的重要发展方向之一。而模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter，MMC)具有电平数多、易于拓展等优点，在柔性直流输电工程中具有广泛应用。桥臂子模块数量多容易引发MMC电压均衡控制策略复杂度高、传感器数量较多的问题，一直是MMC公认的缺点和研究热点。

MMC的电容电压均衡控制可以采用新的拓扑结构来实现，但是这样通常会增加电路的复杂度，存在装置成本升高、可靠性降低的问题，因此大部分的研究集中在如何改进MMC的控制策略以实现电容电压均衡。

MMC子模块电容电压均衡控制方法主要有两类：第一类为基于电容电压测量反馈的排序法和反馈控制方法，这类方法能取得较好的均压效果，但需要对电压进行测量和反馈控制。随着子模块数量的增加，算法的复杂度会大幅增加，占用大量计算资源；第二类为不依赖于电压测量反馈的开环控制方法，这类方法主要通过脉冲轮换来实现电压均衡，但缺点是子模块数较多时，均压效果不理想，一般开关频率较高，开关损耗较大，若降低开关频率则会明显增加控制算法的复杂度。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提出一种基于投切状态矩阵分组轮换的MMC电容电压均衡控制方法，不需要采样电容电压，离线计算投切状态矩阵能大幅减少均压算法带来的计算负担，同时通过分组轮换的方式降低电容电压的波动率，具体采用以下方案：

步骤1：针对N+1的MMC电容电压自平衡需要投切状态矩阵满秩，所选择的投切状态矩阵S_N需要满足以下条件：

1)将矩阵S_N中各行按照所对应的上桥臂投入子模块的个数划分为N+1个分块矩阵，即N为单桥臂子模块个数，为当0＜i＜N时，的行数为2N-1，且的秩等于2N-1，称为i电平的投切状态矩阵，中的每一行行向量被称为投切状态向量；

2)相邻两个子矩阵和构成的矩阵的秩等于2N；

步骤2：基于步骤1所述投切状态矩阵需要满足投切状态矩阵满秩的条件，给出投切状态矩阵构造规则：当0iN时，

其中，是一个N×N的调制矩阵，每个元素均为0或1，分别代表子模块切出或投入，每一行元素之和等于i，其行向量代表桥臂上导通i个子模块时对应的投切状态；为前N-1行构成的矩阵；为的后N-1行构成的矩阵，也是一个N×N的调制矩阵，每个元素均为0或1，每一行元素之和等于N-i；

步骤3：根据投切状态矩阵的构造规则，提出开环均衡控制策略，所述开环均衡控制策略具体包括以下步骤：

步骤3.1：根据已知的MMC子模块个数N，利用步骤S2所述的投切状态矩阵构造规则得到投切状态矩阵S_N，并将得到的投切状态矩阵S_N存放用于子模块控制中；

步骤3.2：根据最近电平逼近调制的算法得到上桥臂所需导通的模块数i，根据i采取投切状态矩阵分组轮换控制模式选择对应矩阵中的行向量作为投切状态，产生触发脉冲输入给各子模块的开关器件。