[0009] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于移相空间矢量调制的MMC电容电压均衡控制方法，该电压均衡控制方法涉及的计算量小，易于实施。
[0010] 发明的技术解决方案如下：
[0011] 一种基于移相空间矢量调制的MMC电容电压均衡控制方法，所述的MMC为三相模块化多电平变换器，三相模块化多电平变换器具有三相6个桥臂，每一个桥臂由n个子模块(又称半桥子模块)级联(串联)构成；每一个桥臂连接有一个电感L；6个桥臂中，3个上桥臂分别通过3个电感L与带有3个电感L的三个下桥臂对接，6个电感两两一组串接，3个串接点作为三相模块化多电平变换器的3个输出端；
[0012] 基于移相空间矢量调制实现各子模块的电容电压均衡，原理如下：
[0013] 将三相桥臂同一位置上的三个半桥子模块看作一个悬浮的三相子模块，n个半桥子模块级联的三相MMC系统可以等效为n个三相子模块，在α'-β'坐标下利用两电平空间矢量调制算法对n个三相子模块进行空间矢量调制。
[0014] 三相子模块的参考电压是给定的三相正弦电压信号，其与期望输出的正弦电压对应，在α'-β'坐标下三相子模块参考电压矢量轨迹模型为：
[0015]
[0016] 式中αr'和βr'分别对应参考矢量Vr在α'-β'坐标系上的坐标值，m表示调制系数，m的大小反映直流电压利用率，当m＝1时，直流电压利用率最高。
[0017] 式(1)中的αr'和βr'表示为时间的函数：
[0018]
[0019] 式中ω为正弦参考电压角频率。
[0020] α'-β'坐标系中，三相子模块的基本矢量表达式为：
[0021]
[0022] 式(3)中，α'和β'分别表示α'-β'坐标系中基本矢量对应的坐标值，a,b,c分别表示各相子模块的输出电平，其取值为0或者1。
[0023] n个三相子模块的参考电压矢量轨迹模型都相同，首先对某一个三相子模块的参考电压矢量轨迹进行采样得参考矢量Vr，利用空间矢量调制算法计算在一个采样周期TS内三相子模块对应的开关状态，并完成脉冲信号分配。
[0024] 为了实现对其余n-1个三相子模块的控制，将所述上一个三相子模块空间矢量调制信号进行移相，以得到其他(n-1)个三相子模块的调制信号；并基于所述的调制信号形成脉冲信号分配给各子模块，以控制6个桥臂中各个子模块的通断。相邻三相子模块的相位相差△θ， fS是采样频率，fS＝1/TS，f是正弦参考电压频率，f＝ω/(2π)。
[0025] 在α'-β'坐标下利用两电平空间矢量调制算法计算第一个三相子模块的空间矢量；在一个参考电压周期，对参考电压矢量轨迹模型进行跟踪采样，计算开关状态矢量，遵循同样的信号分配原则；为了实现电容电压均衡控制，接下来的n-1个参考电压周期，重复参考电压矢量轨迹采样，但将调制信号进行循环分配。
[0026] 具体的：在一个正弦参考电压周期，完成对参考电压矢量轨迹的跟踪采样，并实现空间矢量调制，遵循同样的信号分配原则。
[0027] 下一个正弦参考电压周期，重复对参考电压信号进行采样并完成空间矢量调制，但改变调制信号的分配，将上一次分配给SM1的调制信号分配给SM2，将上一次分配给SM2的调制信号分配给SM3，依次调整，将上一次分配给SM(n-1)的调制信号分配给SMn，将上一次分配给SMn的调制信号分配给SM1。
[0028] 在下一个正弦参考周期，重复前面的工作，重新分配调制信号，直到n个正弦参考电压周期完成一次循环。
[0029] 包括以下步骤：
[0030] 步骤一：对参考电压矢量轨迹模型进行采样得参考电压矢量Vr。
[0031] 步骤二：根据参考电压矢量Vr(αr',βr')所在扇区三角形的位置确定合成参考矢量的等效基本矢量：
[0032] (1)若αr'≥0,βr'≥0，参考电压矢量Vr位于第I扇区，该扇区内合成参考电压矢量Vr的等效基本矢量为V0、V1和V2；
[0033] (2)若αr'<0,βr'>0,αr'+βr'≥0，参考电压矢量Vr位于第II扇区，该扇区内合成参考电压矢量Vr的等效基本矢量为V0、V2和V3；
[0034] (3)若αr'≤0,βr'≥0,αr'+βr'<0，参考电压矢量Vr位于第III扇区，该扇区内合成参考电压矢量Vr的等效基本矢量为V0、V3和V4；
[0035] (4)若αr'<0,βr'≤0，参考电压矢量Vr位于第IV扇区，该扇区内合成参考电压矢量Vr的等效基本矢量为V0、V4和V5；
[0036] (5)若αr'≥0,βr'<0,αr'+βr'<0，参考电压矢量Vr位于第V扇区，该扇区内合成参考电压矢量Vr的等效基本矢量为V0、V5和V6；
[0037] (6)若αr'>0,βr'≤0,αr'+βr'≥0，参考电压矢量Vr位于第VI扇区，该扇区内合成参考电压矢量Vr的等效基本矢量为V0、V6和V1。
[0038] 步骤三：依据伏秒平衡原理，计算参考矢量对应扇区三角形三个顶点矢量的作用时间：
[0039] (1)第I扇区内，根据V0t0+V1t1+V2t2＝VrTS计算合成参考矢量Vr的基本矢量V0、V1和V2的作用时间分别为t0＝(1-αr'-βr')TS，t1＝αr'TS，t2＝βr'TS；TS表示采样周期。
[0040] (2)第II扇区内，根据V0t0+V2t2+V3t3＝VrTS计算合成参考矢量Vr的基本矢量V0、V2和V3的作用时间分别为t0＝(1-βr')TS，t2＝(αr'+βr')TS，t3＝-αr'TS；
[0041] (3)第III扇区内，根据V0t0+V3t3+V4t4＝VrTS计算合成参考矢量Vr的基本矢量V0、V3和V4的作用时间分别为：t0＝(1+αr')TS，t3＝βr'TS，t4＝-(αr'+βr')TS；
[0042] (4)第IV扇区内，根据V0t0+V4t4+V5t5＝VrTS计算合成参考矢量Vr的基本矢量V0、V4和V5的作用时间分别为：t0＝(1+αr'+βr')TS，t4＝-αr'TS，t5＝-βr'TS；
[0043] (5)第V扇区内，根据V0t0+V5t5+V6t6＝VrTS计算合成参考矢量Vr的基本矢量V0、V5和V6的时间分别为：t0＝(1+βr')TS，t5＝-(αr'+βr')TS，t6＝αr'TS；
[0044] (6)第VI扇区内，根据V0t0+V1t1+V6t6＝VrTS计算合成参考矢量Vr的基本矢量V0、V1和V6的作用时间分别为：t0＝(1-αr')TS，t1＝(αr'+βr')TS，t6＝-βr'TS。
[0045] 步骤四：采用七段切换实现对三相子模块的空间矢量调制：
[0046] (1)第I扇区内，依据K0→K2→K1→K7→K1→K2→K0的切换规律完成对一个采样周期的等效；每个开关状态作用时间分别为t0/4、t2/2、t1/2、t0/2、t1/2、t2/2、t0/4；
[0047] (2)第II扇区内，根据K0→K2→K3→K7→K3→K2→K0的切换规律完成对一个采样周期的等效；每个开关状态作用时间分别为t0/4、t2/2、t3/2、t0/2、t3/2、t2/2、t0/4；
[0048] (3)第III扇区内，根据K0→K4→K3→K7→K3→K4→K0的切换规律完成对一个采样周期的等效；每个开关状态作用时间分别为t0/4、t4/2、t3/2、t0/2、t3/2、t4/2、t0/4；
[0049] (4)第IV扇区内，根据K0→K4→K5→K7→K5→K4→K0的切换规律完成对一个采样周期的等效；每个开关状态作用时间分别为t0/4、t4/2、t5/2、t0/2、t5/2、t4/2、t0/4；
[0050] (5)第V扇区内，根据K0→K6→K5→K7→K5→K6→K0的切换规律完成对一个采样周期的等效；每个开关状态作用时间分别为t0/4、t6/2、t5/2、t0/2、t5/2、t6/2、t0/4；
[0051] (6)第VI扇区内，根据K0→K6→K1→K7→K1→K6→K0的切换规律完成对一个采样周期的等效；每个开关状态作用时间分别为t0/4、t6/2、t1/2、t0/2、t1/2、t6/2、t0/4；
[0052] 6个非零基本矢量V1、V2、V3、V4、V5、V6对应的开关状态矢量分别为K1(1,1,0)、K2(0,1,0)、K3(0,1,1)、K4(0,0,1)、K5(1,0,1)、K6(1,0,0)，V0对应的开关状态矢量为K0(0,0,0)和K7(1,1,1)；Kj(a,b,c)(j＝0,1,...,7)中Kj表示开关状态名称，(a,b,c)表示开关状态对应的三相输出电平，三相输出电平是开关的导通状态，a,b,c为0表示该相子模块的下半桥开关管导通，a,b,c为1表示该相子模块的上半桥开关管导通。所有三相子模块上的信号都遵从a,b,c为0表示该相子模块的下半桥开关管导通，a,b,c为1表示该相子模块的上半桥开关管导通。首先给出的是SM1组成的三相子模块的调制信号，其他(n-1)个三相子模块上的信号都是通过移相采样计算得到的。
[0053] 上桥臂SMi和下桥臂SMi上的信号完全相同。
[0054] 步骤五：基于移相获取其余(n-1)个三相子模块的开关驱动信号(又称调制信号)；
[0055] 假设第一次采样的参考电压矢量是Vr1，根据前述步骤(步骤二、三、四)计算得到的开关状态信号用于驱动上、下桥臂中的SM1；将参考电压矢量Vr1移相△θ得参考电压矢量Vr2，根据前述步骤(步骤二、三、四)计算得到的开关状态信号用于驱动上、下桥臂中的SM2；将参考电压矢量Vr1移相2*△θ得参考电压矢量Vr3，根据前述步骤(步骤二、三、四)计算得到的开关状态信号用于驱动上、下桥臂中的SM3；……；将参考电压矢量Vr1移相(n-1)*△θ得参考电压矢量Vrn，根据前述步骤(步骤二、三、四)计算得到的开关状态信号用于驱动上、下桥臂中的SMn；
[0056] 步骤六：在一个正弦参考电压周期，对参考电压矢量轨迹跟踪采样，重复步骤一、二、三、四、五实现空间矢量调制。
[0057] 步骤七：基于正弦参考电压周期变换信号分配：
[0058] 当完成采样参考电压矢量轨迹一周(即对应一个参考电压周期)，重新循环步骤六，但改变信号分配，将参考电压矢量Vr1对应所得开关状态信号用于驱动上、下桥臂中的SM2，将参考电压矢量Vr2对应所得开关状态信号用于驱动上、下桥臂中的SM3，将参考电压矢量Vr3对应所得开关状态信号用于驱动上、下桥臂中的SM4，……，将参考电压矢量Vr(n-1)对应所得开关状态信号用于驱动上、下桥臂中的SMn，将参考电压矢量Vrn对应所得开关状态信号用于驱动上、下桥臂中的SM1；循环分配信号是为了实现均压。
[0059] 步骤八：下一个参考电压周期，重复步骤七，改变开关状态信号的分配，将参考电压矢量Vr1对应所得开关状态信号用于驱动上、下桥臂中的SM3，将参考电压矢量Vr2对应所得开关状态信号用于驱动上、下桥臂中的SM4，将参考电压矢量Vr3对应所得开关状态信号用于驱动上、下桥臂中的SM5，……，将参考电压矢量Vr(n-2)对应所得开关状态信号用于驱动上、下桥臂中的SMn，将参考电压矢量Vr(n-1)对应所得开关状态信号用于驱动上、下桥臂中的SM1；将参考电压矢量Vrn对应所得开关状态信号用于驱动上、下桥臂中的SM2；
[0060] 步骤九：按照步骤七和步骤八递推(遵循步骤七和步骤八的循环规则)，将参考电压矢量相应的开关状态信号循环用于驱动下一个子模块；如此循环n个参考电压周期即完成一次总的循环。
[0061] 另外，该控制方法对应的控制系统(即该方法基于该控制系统实施控制)如下：
[0062] 一种用于MMC的子模块电容电压均衡控制系统，其特征在于，包括MCU与采样模块；
[0063] MCU包括模型解析单元、基本矢量作用时间计算单元、移相及循环控制单元、脉冲生成单元；采样模块的采集数据进入MCU中的模型解析单元；
[0064] 模型解析单元、基本矢量作用时间计算单元、移相及循环控制单元、脉冲生成单元依次连接；
[0065] 所述的MMC为三相模块化多电平变换器，三相模块化多电平变换器具有三相6个桥臂，每一个桥臂由n个子模块(又称半桥子模块)级联(串联)构成；每一个桥臂连接有一个电感L；6个桥臂中，3个上桥臂分别通过3个电感L与带有3个电感L的三个下桥臂对接，6个电感两两一组串接，3个串接点作为三相模块化多电平变换器的3个输出端；
[0066] 移相及循环控制单元、脉冲生成单元产生2组脉冲分别控制MMC中的上桥臂和下桥臂。
[0067] 所述的子模块包括电容C和带续流二极管的2个IGBT S1和S2；
[0068] IGBT S1的e极与IGBT S2的c极连接；电容C跨接在IGBT S1的c极与IGBT S2的e极之间；
[0069] IGBT S1和S2的G极用于接收驱动脉冲；
[0070] 上桥臂半桥子模块中IGBT S1的c极和e极作为输出连接线与相邻半桥子模块相连，下桥臂半桥子模块中IGBT S2的c极和e极作为输出连接线与相邻半桥子模块相连，电感L串联在上下桥臂之间用于均衡电流。最上端的子模块的c极接直流母线(即UDC的正端)，最下端的子模块的e极接直流母线(即UDC的负端)。
[0071] 采样模块用于获得参考电压矢量Vr(αr',βr')，Vr表示参考矢量，(αr',βr')表示矢量坐标；
[0072] 所述的模型解析单元用于对Vr(αr',βr')进行处理；
[0073] 所述的处理包括判断当前采样信号对应的参考电压矢量Vr位于哪个扇区，以及Vr对应哪些等效基本矢量。
[0074] 基本矢量作用时间计算单元用于计算单个基本矢量的作用时间。
[0075] 移相及循环控制单元产生n组移相空间矢量用于控制n个三相子模块(相邻三相子模块采样参考电压矢量的相位差△θ)，同时检测是否已经完成一个正弦参考电压周期的采样，确定是否需要进行空间矢量信号循环分配操作，并实现相应的空间矢量信号循环分配操作。
[0076] 脉冲生成单元用于根据所述的控制脉冲信号形成驱动脉冲以控制每一个子模块。
[0077] 有益效果：
[0078] 针对常规MMC子模块电容电压均衡控制采用的排序算法必须测量电容电压和/或桥臂电流，且随着子模块数量的增加被测电压数量增加，导致系统复杂，硬件成本大幅提高，控制系统计算工作量大的问题，本发明基于α'-β'坐标，利用空间矢量调制算法，计算一个三相子模块的空间矢量，然后利用移相的方法计算其余三相子模块的空间矢量，并控制所有子模块空间矢量的循环以实现MMC子模块电容电压均衡控制，该方法不需要采样各个子模块的电压和/或桥臂电流，省略了大量的采样电路，降低了系统的硬件成本，大大减少了控制系统的计算工作量，简化了MMC子模块电容电压均衡控制。
[0079] 与现有MMC子模块电容电压均压控制方法相比，本发明不需要对子模块电容电压和桥臂电流进行采样，无需电压排序，非零的空间矢量不存在冗余开关状态矢量，开关频率低，实现简单，既能极大减轻控制系统的计算负担，同时还能获得很好的MMC子模块电容电压平衡效果，且适合任意串联单元数的MMC，扩展性能好。
