CN104836422A - 用于模块多级转换器的驱动装置和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于模块多级转换器的驱动装置和方法。本发明涉及一种用于模块多级转换器的驱动方法。该驱动方法包括：输入模块多级转换器的上阀的电流参考值（）；测量阀的电流值（）；计算上阀的电流参考值与测量的电流值之间的误差值（）；测量模块多级转换器的DC链路电压值（）；测量模块多级转换器的AC电网电压值（）；并且使用电流参考值（）、测量的电流值（）、误差值（）、DC链路电压值（）和AC电网电压值（）来计算电压参考值（）。

Description

用于模块多级转换器的驱动装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请按照35 U.S.C. §119(a)要求其全部内容被通过引用合并于此、提交于2014年2月11日的韩国专利申请No. 10-2014-0015446的权益。
背景。
技术领域
本发明涉及一种用于模块多级转换器的驱动装置和方法。更特别地，它涉及一种用于通过负责每个相的阀支路的上阀或者下阀控制子模块的驱动装置和方法。
背景技术
在需要使用约100千米或者更多的水下线缆从离岸风场向本土输送能量时，已知的是高电压直流（HVDC）传输就能量输送成本而言比高电压交流（HVAC）传输更经济得多。
已知HVDC传输为一种特别是用于其中各国可以使用不同频率和电压的国际功率交易（能量贸易）的适当方法。还如所证实的那样，高电压直流（HVDC）传输即使在能量瓶颈现象由于在作为人口密集区域的市区中的大量能量消耗而出现时就能量输送成本而言仍然比高电压交流（HVAC）传输更经济得多，正在对HVDC传输给予新关注。
特别是，在可以开发并且向欧洲大陆输送在非洲大陆中充足分布的太阳能和风能时，可以在欧洲显著增加新的和可再生能量份额。因此，这一技术在欧洲最发达。新的和可再生能量市场也在需要将大容量水电站向与之相距约1,000公里的大城市输送的中国迅速成长并且可以从沙漠产生能量。
在根据转换器的类型对HVDC传输系统分类时，可以将HVDC传输系统分类成具有电流型转换器的HVDC传输系统和具有电压型转换器的HVDC传输系统。本公开涉及电压型转换器并且更特别地涉及一种在电压型转换器之中的模块多级转换器。
在模块多级转换器中，使用具有低电压规范的绝缘栅双极晶体管（IGBT）来制造单元子模块，并且串联堆叠子模块以形成关于数百KV的高电压有耐电压能力的堆叠结构。还允许模块多级转换器根据串联堆叠的子模块数目具有多种电压电平。
此外，模块多级转换器可以执行不能在具有电流型转换器的HVDC传输系统中实现的有功功率和无功功率的独立控制并且无需一起供应与有功功率的50%对应的无功功率以便传输有功功率。也可以在没有关于反转换器的信息的情况下稳定地控制位于高DC电压的两端的转换器中的每个转换器，并且可以在没有重新确定在两端的电压量值的处理的情况下通过仅改变电流方向来简单地控制有功功率的输送方向。
然而由于其结构的原因，用于HVDC传输的模块多级转换器具有电流型转换器没有的限制。
换言之，由于在子模块中的容量电压不统一并且上阀电压和下阀电压的合成电压未与DC链路电压相同，所以有在多级转换器中流动的循环电流分量存在这样的限制。也可能在高电压DC电网中引起谐波或者在交流（AC）电网的有功功率中包含谐波。
为了克服这些限制，已经提出各种方法。然而在事故、比如一个相接地出现时，AC电网电压变成失衡电压状态。在这一条件中，未抑制循环电流或者在DC电网中引起谐波。另外，在AC电网的有功功率中包含谐波而表明控制特性仍然不强。
另外，用于具有模块多级转换器的HVDC传输系统的典型控制方法要求用于执行大量操作的上控制器并且难以在阀控制器（VC）中实现。因而，用于HVDC传输系统的典型控制方法不适合改进操作速度。具体而言，由于从有功和无功功率控制器推导的电流参考值以及从循环电流抑制控制器推导的电流参考值使用相电流或者使用变换到d-q坐标平面中的相电流的表达式，所以典型控制方法适合按照相单元实现控制器、但是难以在每个阀控制中实现，使得难以改进操作速度。
现有技术
[非专利]
（非专利文献2）Qingrui Tu发表的一种循环电流抑制方法[IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 26, 2011]公开一种在补偿3相电压的参考时使用输出值来抑制负序列分量的循环电流的方法，该输出值允许按照负序列顺序（R>T>S）在                                                旋转、未流入AC系统的相中、仅在每个相的上阀控制器与下方控制器之间流动并且在旋转坐标系统中表达的d轴循环电流分量和q轴循环电流分量变成“0”，其中循环电流具有AC电网频率的两倍的频率。然而这一方法在功率系统电压在3相平衡条件中时在控制器特性上良好，但是在系统电压在失衡条件之下时在控制特性上不好。
（非专利文献3）图20是图示Qingrui Tu提出的方法的视图，该方法示出典型循环电流抑制方法之一。
（非专利文献4）可以在系统电压在3相平衡中时和在系统电压在是失衡条件之下时这两者使用Qingrui Tu发表的一种循环电流抑制方法[IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 27, 2012]。他证实在用于高电压直流（HVDC）传输的模块多级转换器在系统电压的3相失衡条件之下操作时在每个阀中附加地生成零序列分量的功率。在这一方法中，每个相的上阀电压和下阀电压被相加、并且然后除以三以获取平均分量并且定义平均分量作为循环电流的零序列分量。通过在支路应用具有谐振频率的谐振控制器来获取用于允许循环电流的零序列分量变成“0”的中间补偿值。将中间补偿值与用于抑制负序列分量的输出值相加以补偿相电压参考值（PWM输入值）。在图4中示出这一方法。
（非专利文献5）然而，虽然这一方法在提出一种用于抑制负序列分量的循环电流和零序列分量的循环电流二者的方法方面示出良好特性，但是瞬时状态特性在系统中电压出现失衡的情况下起点处是不好的。还有仅在正序列分量、负序列分量和零序列分量都已知时才可以实现的复杂性。特别是，有在高电压DC线上流动的电流波形中除了DC分量之外还包括很多谐波分量这样的限制。
（非专利文献6）图19是图示Antonios Anotonopoulos和Maryam Saeedifard提出的典型循环电流抑制方法的另一示例的视图。框标记的区域示出由Antonious Anotonopoulos提出的方法，并且其它区域示出由Maryam Saeedifard提出的方法。
（非专利文献7）当在算法的结构方面分析典型方法时未可以看到在Antonios Anotonopoulos之后开发的算法配置[Power Electronics and Application, EPE '09, 2009]关注于在分布式控制系统中的实现。从有功功率和无功功率控制器生成电流参考值，并且然后通过电流控制器生成允许电流参考值被收敛的相电压参考值。随后，在生成和补偿抑制循环电流的AC分量的电压分量时，可以计算关于每个阀的电压参考值。因而，这一方法具有不适于通过使用独立阀控制器来执行控制算法的结构。
（非专利文献8）用于HVDC传输系统的模块多级转换器使用在每个相中流动的电流来配置电流控制器、执行抑制循环电流的处理、并且然后确定每个阀电压参考值。在确定阀电压参考值时，确定将为每个阀接通/关断的子模块数目，并且平滑子模块电压。这一方法被Antonios Anotonopoulos显著地发展（2009）。还同样关于失衡系统电压条件，在图19中示出的一种能够有效地和快速地控制有功功率（或者DC_链路恒定电压控制）和无功功率的电流控制方法被Maryam Saeedifard所大力发展。
（非专利文献9）图21是图示一种用于实现以上描述的多种典型方法的控制设备的视图。
（非专利文献10）在图21中，每个阀包括独占阀控制器2，并且站控制器1被设置于六个阀控制器2之上。图21是图示关于典型方法的滚动分配的分析的视图。如图21中所示，有用于站控制器1普遍地执行的许多任务，并且阀控制器2独立地执行的职能限制于任务的一部分。因而，这一结构对于分布式控制系统而言是不适当的。
在该背景部分中公开的以上信息仅为了增强本发明的背景的理解，并且因此它可以包含未形成已经在该国为本领域普通技术人员所知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供一种可以使用在六个阀中流动的电流来实现电流控制和循环电流抑制控制的用于模块多级转换器的驱动装置和方法。
本发明还提供一种可以通过每个阀控制器的并行操作执行分布式控制的用于模块多级转换器的驱动装置和方法。
在一个方面中，本发明提供一种用于模块多级转换器的驱动方法，该驱动方法使用模块多级转换器将交流（AC）转换成直流（DC）或者将DC转换成AC，模块多级转换器具有被堆叠以在AC系统中递送功率的多个子模块，模块多级转换器包括被独立地驱动的多个阀，以及上阀，上阀是包括阀的阀支路之一，该方法包括：输入模块多级转换器的上阀的电流参考值（）；测量阀的电流值（）；计算上阀的电流参考值与测量的电流值之间的误差值（）；测量模块多级转换器的DC链路电压值（）；测量模块多级转换器的AC电网电压值（）；并且使用电流参考值（）、测量的电流值（）、误差值（）、DC链路电压值（）和AC电网电压值（）来计算电压参考值（）。
在一个示例实施例中，该驱动方法还可以包括在测量模块多级转换器的AC电网电压（）与使用电流参考值、测量的电流值、误差值、DC链路电压值和系统电压值来计算电压参考值（）之间计算模块多级转换器的循环电流抑制电感器的参数变化值（）。
在另一示例实施例中，计算模块多级转换器的循环电流抑制电感器的参数变化值（）可以包括：使用以下方程来获得循环电流抑制电感器的参数变化值的微分值：
；并且对循环电流抑制电感器的参数变化值的微分值积分。这里，可以是预定调谐常数。
在又一示例实施例中，使用电流参考值（）、测量的电流值（）、误差值（）、DC链路电压值（）、AC电网电压值（）和循环电流抑制电感器的参数变化值（）来计算电压参考值（）可以包括使用以下方程来计算电压参考值（）：
。
在再一示例实施例中，使用电流参考值（）、测量的电流值（）、误差值（）、DC链路电压值（）、AC电网电压值（）和循环电流抑制电感器的参数变化值（）来计算电压参考值（）可以包括使用以下方程来计算电压参考值（）：
。
还在又一示例实施例中，使用电流参考值（）、测量的电流值（）、误差值（）、DC链路电压值（）和AC电网电压值（）来计算电压参考值（）可以包括使用以下方程来计算电压参考值（）：
。
在进一步的示例实施例中，使用电流参考值（）、测量的电流值（）、误差值（）、DC链路电压值（）、AC电网电压值（）和sgn函数来计算电压参考值（）可以包括使用以下方程来计算电压参考值（）：
。
这里，符号函数可以表示按照以下方程运算的符号函数：
，并且
可以表示比例增益。
在另一进一步的示例实施例中，使用电流参考值（）、测量的电流值（）、误差值（）、DC链路电压值（）、AC电网电压值（）和sgn函数来计算电压参考值（）可以包括使用以下方程来计算电压参考值（）：
。
这里，符号函数可以表示按照以下方程运算的符号函数：
可以表示比例增益。还可以表示上阀的循环电流抑制电感器。
在又一进一步的示例实施例中，可以使用以下方程来计算、和：
，以及
，
这里，、和可以表示预定增益值，并且表示AC电网频率。
在再一进一步的示例实施例中，输入模块多级转换器的上阀的电流参考值（）可以包括使用以下方程来计算电流参考值（）：
（j=a、b、c），并且可以表示在DC系统中流动的DC电流参考值，并且可以表示关于相电流的参考值。
在又一再一进一步的示例实施例中，可以使用以下方程将关于相电流的参考值计算成静止参考框架的表达式：
。
这里，和可以表示被表达成旋转静止参考框架的关于相电流的参考值。
在另外进一步的示例实施例中，和可以使用以下方程将在d-q框架的关于相电流的参考值的表达式转换成旋转静止参考框架：
。
这里，可以是正序列分量电流参考值的d轴和q轴（，）的缩写；可以是负序列分量电流参考值的d轴和q轴（，）的缩写；可以表示正序列分量电流参考值的d轴；可以表示正序列分量电流参考值的q轴；可以表示负序列分量电流参考值的d轴；可以表示负序列分量电流参考值的q轴；可以使用以下方程来计算、、和：
，
，
，以及
；并且
这里，可以表示在AC系统中的有功功率，可以表示在AC系统中的有功功率的参考值， 可以表示在AC系统中的无功功率，可以表示在AC系统中的无功功率的参考值，可以表示在AC系统中流动的正序列电压的d轴电压，可以表示在AC系统中流动的正序列电压的q轴电压，可以表示在AC系统中流动的负序列电压的d轴电压，并且可以表示在AC系统中流动的负序列电压的q轴电压。
在又一另外进一步的示例实施例中，可以使用以下方程来计算DC系统的参考值（）：
。
这里，可以表示在AC系统中流动的正序列分量电压的q轴电压，并且可以表示在AC系统中流动的正序列分量电流参考值的q轴电流。
在又一另外进一步的示例实施例中，在使用电流参考值（）、测量的电流值（）、误差值（）、DC链路电压值（）和AC电网电压值（）来计算电压参考值（）之后，该驱动方法可以包括：计算在上阀的子模块之中的待触发的子模块数目；选择与子模块数目对应的子模块；并且向选择的子模块应用脉宽调制信号。
在另一方面中，本发明提供一种用于模块多级转换器的驱动方法，该驱动方法使用模块多级转换器将交流（AC）转换成直流（DC）或者将DC转换成AC，模块多级转换器具有被堆叠以在AC系统中递送功率的多个子模块，模块多级转换器包括被独立地驱动的多个阀和下阀，下阀是包括阀的阀支路之一，该方法包括：输入模块多级转换器的下阀的电流参考值（）；测量阀的电流值（）；计算下阀的电流参考值与测量的电流值之间的误差值（）；测量模块多级转换器的DC链路电压值（）；测量模块多级转换器的系统电压值（）；并且使用电流参考值（）、测量的电流值（）、误差值（）、DC链路电压值（）和AC电网电压值（）来计算电压参考值（）。
在一个示例实施例中，该驱动方法还可以包括在测量模块多级转换器的AC电网电压值（）与使用电流参考值、测量的电流值、误差值、DC链路电压值和系统电压值来计算电压参考值（）之间计算模块多级转换器的循环电流抑制电感器的参数变化值（）。
在另一示例实施例中，计算模块多级转换器的循环电流抑制电感器的参数变化值（）可以包括：使用以下方程来获得循环电流抑制电感器的参数变化值的微分值：
；并且对循环电流抑制电感器的参数变化值的微分值积分。这里，可以是预定调谐常数。
在又一示例实施例中，使用电流参考值（）、测量的电流值（）、误差值（）、DC链路电压值（）、AC电网电压值（）和电感器的参数变化值（）来计算电压参考值（）可以包括使用以下方程来计算电压参考值（）：
。
在再一示例实施例中，使用电流参考值（）、测量的电流值（）、误差值（）、DC链路电压值（）、AC电网电压值（）和电感器的参数变化值（）来计算电压参考值（）可以包括使用以下方程来计算电压参考值（）：
。
在又一再一示例实施例中，使用电流参考值（）、测量的电流值（）、误差值（）、DC链路电压值（）和AC电网电压值（）来计算电压参考值（）可以包括使用以下方程来计算电压参考值（）：
。
在进一步的示例实施例中，使用电流参考值（）、测量的电流值（）、误差值（）、DC链路电压值（）、AC电网电压值（）和sgn函数来计算电压参考值（）可以包括使用以下方程来计算电压参考值（）：
。
这里，符号函数可以表示按照以下方程运算的符号函数：
，并且
可以表示比例增益。
在另一进一步的示例实施例中，使用电流参考值（）、测量的电流值（）、误差值（）、DC链路电压值（）、AC电网电压值（）和sgn函数来计算电压参考值（）可以包括使用以下方程来计算电压参考值（）：
。
这里，符号函数表示按照以下方程运算的符号函数：
。
 
可以表示比例增益，并且也可以表示上阀的循环电流抑制电感器。
在又一另一进一步的示例实施例中，可以使用以下方程来计算、和：
，以及
这里，、和可以表示预定增益值，并且可以表示AC电网频率。
在再一另一进一步的示例实施例中，输入模块多级转换器的上阀的电流参考值（）可以包括使用以下方程来计算电流参考值（）：
。
这里，可以表示在DC系统中流动的DC电流参考值，并且可以表示关于相电流的参考值。
在再一又一另一进一步的示例实施例中，可以使用以下方程将关于相电流的参考值计算成静止参考框架的表达式：
，并且和可以表示被表达成旋转静止参考框架的关于相电流的参考值。
在又一进一步的示例实施例中，和可以使用以下方程将在d-q框架的关于相电流的参考值的表达式转换成旋转静止参考框架：
。
可以是正序列分量电流参考值的d轴和q轴（，）的缩写；可以是负序列分量电流参考值的d轴和q轴（，）的缩写；可以表示正序列分量电流参考值的d轴；可以表示正序列分量电流参考值的q轴；可以表示负序列分量电流参考值的d轴；可以表示负序列分量电流参考值的q轴；可以使用以下方程来计算、、和：
，
，
，以及
这里，可以表示在AC系统中的有功功率，可以表示在AC系统中的有功功率的参考值， 可以表示在AC系统中的无功功率，可以表示在AC系统中的无功功率的参考值，可以表示在AC系统中流动的正序列电压的d轴电压，可以表示在AC系统中流动的正序列电压的q轴电压，可以表示在AC系统中流动的负序列电压的d轴电压，并且可以表示在AC系统中流动的负序列电压的q轴电压。
在再一又一进一步的示例实施例中，可以使用以下方程来计算DC系统的参考值（）：
，并且
这里，可以表示在AC系统中流动的正序列分量电压的q轴电压，并且可以表示在AC系统中流动的正序列分量电流参考值的q轴电流。
在再一又一进一步的示例实施例中，在使用电流参考值（）、测量的电流值（）、误差值（）、DC链路电压值（）和AC电网电压值（）来计算电压参考值（）之后，该驱动方法可以包括：计算在上阀的子模块之中的待触发的子模块数目；选择与子模块数目对应的子模块；并且向选择的子模块应用脉宽调制信号。
在再一又一进一步的示例实施例中，可以在模块多级转换器的阀单元处驱动用于模块多级转换器的该驱动方法。
在又一方面中，本发明提供一种用于模块多级转换器的驱动装置，该驱动装置包括：输入单元，接收模块多级转换器的一个阀支路的上阀的电流参考值；电流测量单元，用于测量模块多级转换器的上阀的电流值；直流（DC）链路电压测量单元，用于测量模块多级转换器的DC链路的电压值；系统电压测量单元，用于测量模块多级转换器的系统电压值；误差计算单元，用于计算输入单元接收的电流参考值与电流测量单元测量的电流值之间的误差值；比例控制器，按比例放大误差计算单元计算的误差值；第一谐振型电流控制器，接收误差计算单元计算的误差值以使等于AC电网频率的误差电流收敛成零；第二谐振型电流控制器，接收误差计算单元计算的误差值以使大约为AC电网频率的两倍的谐波误差电流收敛成零；以及电压参考值计算单元，用于使用DC链路电压测量单元、系统电压测量单元、比例控制器、第一谐振型电流控制器和第二谐振型电流控制器计算的值来计算模块多级转换器的一个阀支路的上阀的电压参考值。
在一个示例实施例中，该驱动装置还可以包括：子模块选择单元，用于使用电压参考值计算单元计算的电压参考值来选择待触发的子模块数目和待触发的子模块；以及脉宽调制信号生成单元，向子模块选择单元选择的子模块应用脉宽调制信号。
在另一示例实施例中，比例控制器可以将误差计算单元计算的误差值放大成增益值。
在又一示例实施例中，第一谐振型电流控制器可以将误差计算单元计算的误差值和以下方程相乘以使误差电流收敛成零：
。
这里，表示第一谐振型电流控制器的预定增益值并且可以表示AC电网频率。
在再一示例实施例中，第二谐振型电流控制器可以将误差计算单元计算的误差值和以下方程相乘以使大约为AC电网频率的两倍的谐波误差电流收敛成零：
。
这里，可以表示第二谐振型电流控制器的预定增益值并且可以表示AC电网频率。
在再一又一示例实施例中，电压参考值计算单元可以通过从DC链路电压测量单元测量的电压值的一半减去系统电压测量单元测量的AC电网电压值来获得电压差值并且可以通过从电压差值减去比例控制器、第一谐振型电流控制器和第二谐振型电流控制器输出的计算的值的求和来计算电压参考值。
在进一步的示例实施例中，该驱动装置还可以包括减少从模块多级转换器生成的误差的补偿器。这里，补偿器可以通过向sgn函数中输入误差计算单元的误差值来获得sgn输出值、并且然后通过将sgn输出值和sgn函数的比例增益相乘来计算补偿值，并且sgn函数可以是符号函数。
在另一进一步的示例实施例中，电压参考值计算单元还可以接收补偿器的输出值以通过从DC链路电压测量单元测量的电压值的一半减去系统电压测量单元测量的AC电网电压值来获得电压差值，并且通过从电压差值减去比例控制器、第一谐振型电流控制器、第二谐振型电流控制器和补偿器输出的计算的值的求和来计算电压参考值。
在又一进一步的示例实施例中，该驱动装置还可以包括：估计器，通过将误差计算单元计算的误差值和预定调谐常数相乘和积分来获得变化估计值以去除由于模块多级转换器的循环电流抑制电感器和电阻器部件的变化所致的动态特性。
在再一进一步的示例实施例中，电压参考值计算单元还可以接收估计器的估计值以通过从DC链路电压测量单元测量的电压值的一半减去系统电压测量单元测量的AC电网电压值来获得电压差值，并且通过从电压差值减去比例控制器、第一谐振型电流控制器、第二谐振型电流控制器、补偿器和估计器输出的计算的值的求和来计算电压参考值。
在进一步的方面中，本发明提供一种用于模块多级转换器的驱动装置，该驱动装置包括：输入单元，接收模块多级转换器的一个阀支路的下阀的电流参考值；电流测量单元，用于测量模块多级转换器的下阀的电流值；直流（DC）链路电压测量单元，用于测量模块多级转换器的DC链路的电压值；系统电压测量单元，用于测量模块多级转换器的系统电压值；误差计算单元，用于计算输入单元接收的电流参考值与电流测量单元测量的电流值之间的误差值；比例控制器，按比例放大误差计算单元计算的误差值；第一谐振型电流控制器，接收误差计算单元计算的误差值以使等于AC电网频率的误差电流收敛成零；第二谐振型电流控制器，接收误差计算单元计算的误差值以使大约为AC电网频率的两倍的谐波误差电流收敛成零；以及电压参考值计算单元，用于使用DC链路电压测量单元、系统电压测量单元、比例控制器、第一谐振型电流控制器和第二谐振型电流控制器计算的值来计算模块多级转换器的一个阀支路的下阀的电压参考值。
在一个示例实施例中，该驱动装置还可以包括：子模块选择单元，用于使用电压参考值计算单元计算的电压参考值来选择待触发的子模块数目和待触发的子模块；以及脉宽调制信号生成单元，向子模块选择单元选择的子模块应用脉宽调制信号。
在另一示例实施例中，比例控制器可以将误差计算单元计算的误差值放大成增益值。
在又一示例实施例中，第一谐振型电流控制器可以将误差计算单元计算的误差值和以下方程相乘以使误差电流收敛成零：
。
这里，可以表示第一谐振型电流控制器的预定增益值并且表示AC电网频率。
根据权利要求40的驱动装置，其中第二谐振型电流控制器可以将误差计算单元计算的误差值和以下方程相乘以使约为AC电网频率的两倍的谐波误差电流收敛成零：
，
这里，可以表示第二谐振型电流控制器的预定增益值并且可以表示AC电网频率。
在再一示例实施例中，电压参考值计算单元可以通过将系统电压测量单元测量的AC电网电压值与DC链路电压测量单元测量的电压值的一半相加来获得电压求和，并且通过从电压求和减去比例控制器、第一谐振型电流控制器和第二谐振型电流控制器输出的计算的值的求和来计算电压参考值。
在再一又一示例实施例中，该驱动装置还可以包括减少从模块多级转换器生成的误差的补偿器。这里，补偿器可以通过向sgn函数中输入误差计算单元的误差值来获得sgn输出值、并且然后通过将sgn输出值和sgn函数的比例增益相乘来计算补偿值，并且sgn函数可以是符号函数。
在进一步的示例实施例中，电压参考值计算单元还可以接收补偿器的输出值以通过将系统电压测量单元测量的AC电网电压值与DC链路电压测量单元测量的电压值的一半相加来获得电压求和，并且通过从电压求和减去比例控制器、第一谐振型电流控制器、第二谐振型电流控制器和补偿器输出的计算的值的求和来计算电压参考值。
在另一进一步的示例实施例中，该驱动装置还可以包括：估计器，通过将误差计算单元计算的误差值和预定常数相乘和积分来获得变化估计值以去除由于模块多级转换器的循环电流抑制电感器和电阻器部件的变化所致的动态特性。
在又一进一步的示例实施例中，电压参考值计算单元还可以接收估计器的估计值以通过将系统电压测量单元测量的AC电网电压值与DC链路电压测量单元测量的电压值的一半相加来获得电压求和，并且通过从电压求和减去比例控制器、第一谐振型电流控制器、第二谐振型电流控制器、补偿器和估计器输出的计算的值的求和来计算电压参考值。
在再一进一步的示例实施例中，可以在模块多级转换器的阀单元处驱动用于模块多级转换器的驱动装置。
下文讨论本发明的其它方面和示例实施例。
附图说明
现在将参照随附的附图中所图示的本发明的某些示例实施例描述本发明的以上和其它特征，附图在下文中是仅通过图示方式给出的，并且因此未限制本发明，并且在附图中：
图1是图示根据本发明的一个示例实施例的模块多级转换器的驱动方法所应用于的高电压直流（HVDC）传输系统的配置的视图；
图2是图示根据本发明的一个示例实施例的模块多级转换器的驱动方法所应用于的多级转换器之一的视图，其中在两端处多级转换器被跨高电压DC线在双侧对称地设置；
图3是图示根据本发明的示例实施例的可以应用于用于模块多级转换器的驱动装置和方法的子模块的类型的视图；
图4是图示根据本发明的示例实施例的用于模块多级转换器的驱动方法所应用于的多级转换器中的与负责一个相的阀支路有关的等效电路的视图；
图5是图示根据本发明的示例实施例的用于模块多级转换器的驱动装置和方法的内部配置的视图，其中控制三个上阀；
图6是图示根据本发明的示例实施例的用于模块多级转换器的驱动装置和方法的内部配置的视图，其中控制三个下阀；
图7是图示用于图5的模块多级转换器的驱动装置的简化示例的视图；
图8是图示用于图6的模块多级转换器的驱动装置的简化示例的视图；
图9是图示向用于图7的模块多级转换器的驱动装置添加的估计器的视图；
图10是图示向用于图8的模块多级转换器的驱动装置添加的估计器的视图；
图11是图示根据本发明的示例实施例的在用于模块多级转换器的驱动装置与在其之上的上控制器之间的关系的视图；
图12是图示根据本发明的示例实施例的向用于模块多级转换器的驱动装置应用的脉宽调制信号的视图；
图13是图示在典型多级转换器中未抑制循环电流时在每个系统和DC链路中测量的值的曲线图；
图14是图示在失衡状态出现于典型多级转换器中时使用Qingrui Tu的方法（2012）的控制结果的曲线图；
图15是图示根据本发明的示例实施例的使用模块多级转换器的驱动方法的模块多级转换器的配置的视图；
图16是图示根据本发明的示例实施例的要在用于模块多级转换器的驱动装置和方法中使用的参数的值的视图；
图17是图示根据本发明的示例实施例的由用于模块多级转换器的驱动装置和方法进行的控制的结果的曲线图；
图18是图示用于图17的模块多级转换器的驱动装置和方法的阀电流和阀电流的参考值的视图；
图19是图示由Antonious Anotonopoulos和Maryam Saeedifard提出的典型循环电流抑制方法的另一示例的视图，其中由框标记的区域示出Antonious Anotonopoulos提出的方法，并且其它区域示出由Maryam Saeedifard提出的方法；
图20是图示Qingrui Tu提出的典型循环电流抑制方法之一的视图；并且
图21是图示用于实现以上描述的多种典型方法的控制设备的视图。
在附图中阐述的参考标号包括引用如以下进一步讨论的下面的单元：
1：上控制器
2：阀控制器
10：子模块
20：用于模块多级转换器的驱动装置
21：比例控制器
22：第一谐振型电流控制器
23：第二谐振型电流控制器
24：补偿器
25：估计器
30：上控制器
100：上阀
200：下阀。
应当理解随附的附图未必按比例，呈现说明本发明的基本原理的各种示例特征的有些简化的表示。如在此公开的本发明的特定设计特征、例如包括特定尺寸、定向、位置和形状将部分地由特定的所意图的应用和使用环境来确定。
在各图中，参考标号贯穿附图的若干图提及本发明的相同或者等效部分。
具体实施方式
现在下文中将详细参照本发明的各种实施例，在随附附图中图示实施例的示例并且以下描述实施例的示例。尽管将结合示例实施例描述本发明，但是将理解本描述不意图使本发明限制于那些示例实施例。恰好相反，本发明意图不仅覆盖示例实施例而且覆盖可以在如所附权利要求限定的本发明的精神实质和范围内包括的各种替换、修改、等效物和其它实施例。
下文讨论本发明的上面的和其它特征。
下文中将参照随附附图详细描述本发明的示例实施例，从而本领域技术人员可以容易地实现本发明。
图1是图示根据本发明的一个示例实施例的模块多级转换器的驱动方法所应用于的高电压直流（HVDC）传输系统的配置的视图。
具有模块多级转换器的HVDC系统可以在其两端跨高电压直流（DC）线包括多级转换器MMC_1和MMC_2。多级转换器可以具有连接到3相交流（AC）系统的结构。
每个相也可以包括上阀100和下阀200并且可以包括用于控制上阀100的上阀控制器和用于控制下阀200的下阀控制器。
图2是图示根据本发明的一个示例实施例的模块多级转换器的驱动方法所应用于的多级转换器之一的视图，其中在两端处多级转换器被跨高电压DC线在双侧对称地设置。
图3是图示根据本发明的示例实施例的可以应用于用于模块多级转换器的驱动装置和方法的子模块的类型的视图。
图3A示出半桥型子模块，并且图3B示出全桥型子模块。图3C还示出钳位双型子模块。
根据本发明的示例实施例的用于模块多级转换器的驱动装置的子模块可以包括上面提到的子模块，但是本发明不限制于此。因而，本领域技术人员可以容易地理解各种类型的子模块可以用作子模块。
首先，为了描述根据本发明的示例实施例的用于模块多级转换器的驱动装置和方法的操作处理，将演绎在模块多级转换器的一侧的阀支路的电压方程。
图4是图示根据本发明的示例实施例的用于模块多级转换器的驱动方法所应用于的多级转换器中的与负责一个相的阀支路有关的等效电路的视图。这里，阀支路提及模块多级转换器的负责一个相的所有上阀和下阀。
在多级转换器的上阀处的电容器电压是（j=a、b、c）、多级转换器的下阀处的电容器电压是（j=a、b、c）、循环电流抑制电感器是并且电感器和线缆的电阻是时，可以如同图4表示图1和2的模块多级转换器的一个相的等效电路。
从其中上阀电流（：j=a、b、c）和下阀电流（）流动的两个闭合回路，可以将上阀的电压方程（：j=a、b、c）和下阀的电压方程（）表达为以下方程（1）和（2）。　
...（1）
...（2）。
这里，方程（1）的第一项可以表示上阀的电容器电压的求和（），并且方程（2）的第一项可以表示下阀的电容器电压的求和（）。在方程（1）和（2）中，可以表示模块多级转换器的上阀和下阀的电阻值（未示出）。　
...（3）
...（4）。
如果关于上阀电流（）和下阀电流（）将方程（1）和（2）变换成状态方程，则可以获得方程（5）和（6）。　
...（5）
...（6）。
在状态方程（5）和（6）中包括的循环电流抑制电感器和电阻器可以具有可以视为由于制造误差和温度而在某一范围内变化的标称值。可以将与参数变化项有关的所有项表达成集总不确定项。
然后，在把在上阀电流（）状态方程中包括的参数变化项限定为并且把在下阀电流（）状态方程中包括的参数变化项限定为时，可以概括出方程（5）和（6）如下。　
...（7）
...（8）。
可以把在上阀电流的参考值（）与上阀电流（）之间的误差限定为，并且可以把在下阀电流的参考值（）与下阀电流（）之间的误差限定为。　
...（9）
...（10）。
如果方程（9）和（10）被微分并且然后利用方程（7）和（8）进行代入，则可以关于有关于五次方程的微分方程获得方程（11）和（12）。　
...（11）
...（12）。
在根据本发明的示例实施例的用于模块多级转换器的驱动装置和方法中，可以使用上阀电压方程和下阀电压方程以及向后步进控制方法从状态方程推导作为控制输入的上阀的电压参考值和下阀的电压参考值。
可以如以下方程（13）中那样表达被选择以基于向后步进控制方法来设计控制器的Lyapunov函数。　
...（13）。
在根据本发明的该示例实施例的用于模块多级转换器的驱动装置和方法中，在可以确定控制输入使得Lyapunov函数的微分小于“0”时，可以控制上阀电流（）与上阀电流的参考值（）相同，并且同时可以控制下阀电流（）与下阀电流的参考值（）相同。
因此，如果对表达为方程（13）的Lyapunov函数执行微分、并且然后利用方程（11）和（12）进行代入，则可以获得方程（14）。　
...（14）。
为了允许作为Lyapunov函数的微分的方程（14）总是具有负值，可以如以下方程（15）和（16）中那样选择上阀电压（）和下阀电压（）。　
...（15）
...（16）。
然而由于在方程（15）和（16）中包括作为未知值的参数变化项，所以方程（15）和（16）不能直接用来确定控制定律。因而，由于参数变化造成误差出现，所以根据本发明的该示例实施例的用于模块多级转换器的驱动装置和方法可以包括补偿参数变化以便阻止误差出现的补偿器。可以把这一补偿器表达为利用sgn函数引入的方程（17）和（18）。　
...（17）
...（18）。
可以使用关于参数变化项的补偿器将方程（15）和（16）整理成方程（19）和（20）。　
...（19）
...（20）。
与AC相电流的一半对应的电流和与在DC链路电压中流动的DC电流的三分之一对应的电流以及在阀之间流动的AC分量的循环电流可以共存于上阀和下阀中。与AC相电流的一半对应的电流可以是具有AC电网频率（）作为基频的分量，并且循环电流的AC分量可以是具有AC电网频率的两倍的频率2的分量。
因而，根据本发明的该示例实施例的用于模块多级转换器的驱动装置和方法可以包括比例控制器21和可以控制在上阀电流和下阀电流中包括的AC电网频率分量（基频）的有功功率和无功功率（或者DC链路电压控制和无功功率）的第一谐振型电流控制器22。
另外，由于在上阀电流和下阀电流中包括的为AC电网频率的两倍的频率分量是不能贡献能量传输的分量，所以需要去除该频率分量。因而根据本发明的该示例实施例的用于模块多级转换器的驱动装置和方法还可以包括第二谐振型电流控制器23以去除频率分量。
因此，可以把上阀电压参考值（）和下阀电压参考值（）表达为方程（21）和（22）。　
...（21）
...（22）。
这里，P ()可以包括比例控制器21。另外R1 ()可以指示具有在AC电网频率下的谐振特性的第一谐振型电流控制器22，并且R2 ()可以指示具有在AC电网频率的两倍的频率下的谐振特性以便即使在失衡电压条件之下仍然去除在上阀或者下阀中流动的循环电流的第二谐振型电流控制器23。末项可以指示可以抑制在上阀或者下阀上的循环电流抑制电感器和电阻器的变化的补偿器24。
在方程（21）和（22）中，可以分别把比例控制器21、第一谐振型电流控制器22和第二谐振型电流控制器23表达为方程（23）至（25）。　
...（23）
...（24）
...（25）。
在方程（23）至（25）中，可以表示上阀或者下阀。
可以在将控制器设计成简化形式时把方程（21）和（22）表达为方程（26）和（27）。　
...（26）
...（27）。
这里，sgn函数表示按以下来运算的符号函数：
以及
和表示比例增益。
还可以将上面的方程简化成方程（28）和（29）。　
...（28）
...（29）。
下文中将如下面那样描述确定上阀电流的参考值（）和下阀电流的参考值（）的方法。
相电流的一半电流和循环电流（）可以如同方程（30）和（31）中那样在阀中混合地流动。　
...（30）
...（31）。
由于可以将循环电流划分成DC分量和AC分量（），所以可以把方程（30）和（31）表达为以下方程（32）和（33）。　
...（32）
...（33）。
在方程（32）和（33）中，由于循环电流的DC分量是牵涉能量传输的分量，所以不可以去除DC分量。因而仅可以去除循环电流的AC分量。
因此可以除了循环电流的具有谐波特性的AC分量之外使用相电流参考值和DC链路电压来把阀电流的参考值表达为方程（34）。　
（j = a、b、c） ...（34）。
这里，可以通过方程（35）至（40）确定相电流参考值。　
...（35）
...（36）
...（37）
...（38）
...（39）
...（40）。
也就是说，关于有关于相电流的参考值，可以在d-q框架中确定电流参考值，并且然后将电流参考值变换到静止参考框架中以确定3相电流参考值。
可以通过AC系统的能量（有功功率）和DC系统的能量（有功功率）守恒的能量守恒定律来确定可以表达为方程（41）的在DC系统中流动的DC电流参考值。　
...（41）。
至此已经描述了一种利用sgn()函数代替在方程（15）和（16）中包括的参数变化项（，）、并且然后设计控制定律的方法。从现在开始，将提出一种通过关于参数变化项（，）应用向后步进控制方法来设计补偿器的方法，并且然后将提出一种使用参数变化项的估计值（，）来设计控制定律的方法。
可以把Lyapunov函数表达为方程（42），从方程（13）修改该Lyapunov函数以便包括参数变化项的估计值的误差。　
...（42）。
如果方程（42）被微分、并且然后利用方程（11）和（12）进行代入，则可以获得其中参数变化项的估计值被添加的方程（43）。　
...（43）。
根据方程（43）的第一项和第二项，可以把上阀电压（）和下阀电压（）表达为方程（44）和（45），并且可以以包括参数变化项的估计值（，）的形式来选择这些阀电压。　
...（44）
...（45）。
为了允许方程（43）总是具有负值，如果利用方程（44）和（45）来代入方程（43），则可以将方程（43）简化成方程（46）。　
...（46）。
为了允许方程（46）总是具有负值，可以设计方程（46）的第三项和第四项为“0”。方程（47）和方程（48）之间的关系可以从上面提到的控制器设计方法获得。
因而，如果方程（47）和（48）被积分，则可以获得参数变化项的估计值（，）。　
...（47）
...（48）。
由于可以看到参数变化项的估计值（，），所以可以获得确定上阀电压参考值（）和下阀电压参考值（）的控制定律。
与如表达为方程（21）和（22）的控制定律相似地，可以利用比例控制器21和第一谐振型电流控制器22设计与具有基频（AC电网频率）的有功功率和无功功率（或者DC链路电压控制和无功功率）的控制有关的电流控制器。另外，由于与基频（AC电网频率）的两倍对应的所有信号是谐波分量，所以可以利用比例控制器21和第二谐振型电流控制器23设计可以去除谐波分量的电流控制器。因此，可以分别把上阀电压参考值（）和下阀电压参考值（）表达为方程（49）和（50）。　
...（49）
...（50）。
如果简化方程（49）和（50）以设计控制器，则可以获得方程（51）和（52）。　
...（51）
...（52）。
图5是图示根据本发明的示例实施例的用于模块多级转换器的驱动装置和方法的内部配置的视图，其中控制三个上阀。
如图5中所示，用于控制上阀的模块多级转换器的驱动装置20可以包括比例控制器21、第一谐振型电流控制器22、第二谐振型电流控制器23和补偿器24。
用于模块多级转换器的驱动装置20可以接收电流参考值和在上阀中流动的电流的值并且可以获得在它们之间的差以将该差应用于比例控制器21、第一谐振型电流控制器22、第二谐振型电流控制器23和补偿器24。
可以将输出的计算值相加，并且可以通过从在DC链路电压值与系统电压值之间的电压差值减去求和来生成电压参考值。
基于这一电压参考值，可以从上阀选择待接通的子模块的数目和子模块，并且可以向子模块应用脉宽调制信号以驱动子模块。
因此，用于模块多级转换器的驱动装置可以从多级转换器的负责一个相的阀支路的上阀直接测量电流值并且可以接收电流参考值以生成电压参考值。因而可以在未借助上控制器的情况下从对应上阀选择并且驱动待驱动的子模块。
图6是图示根据本发明的示例实施例的用于模块多级转换器的驱动装置和方法的内部配置的视图，其中控制三个下阀。
与用于控制上阀的模块多级转换器的驱动装置相似地，用于控制下阀的模块多级转换器的驱动装置20也可以包括比例控制器21、第一谐振型电流控制器22、第二谐振型电流控制器23和补偿器24。
用于负责下阀的模块多级转换器的驱动装置20可以接收电流参考值和在上阀中流动的电流的值并且可以获得在它们之间的差以将该差应用于比例控制器21、第一谐振型电流控制器22、第二谐振型电流控制器23和补偿器24。
可以将输出的计算值相加，并且可以通过从DC链路电压值与系统电压值的求和减去相加得到的求和来生成电压参考值。
基于这一电压参考值，可以从上阀选择待接通的子模块的数目和子模块，并且可以向子模块应用脉宽调制信号以驱动子模块。
图7是图示用于图5的模块多级转换器的驱动装置的简化示例的视图。
用于图7中所示的模块多级转换器的驱动装置可以被配置为从用于图5中所示的模块多级转换器的驱动装置的部件排除补偿器24。
图7的模块多级转换器可以通过省略补偿器24来减少操作数量。
因而，使用用于模块多级转换器的驱动装置和方法的用户也可以设计以便附加地包括补偿器24以生成更准确阀电压参考值。在另一方面，偏好速度多于准确度的用户可以选择用于省略补偿器24的模块多级转换器的简化的驱动装置。
图8是图示用于图6的模块多级转换器的驱动装置的简化示例的视图。
图8中所示的用于模块多级转换器的驱动装置也可以被配置为从用于图6中所示的模块多级转换器的驱动装置的部件排除补偿器24。
用于模块多级转换器20的驱动装置20可以获得在下阀的电流参考值与在下阀中流动的电流的测量值之间的差并且可以获得通过经过比例控制器21、第一谐振型电流控制器22和第二谐振型电流控制器23传递误差值而计算的值的求和。
随后，用于模块多级转换器20的驱动装置20可以通过从DC链路电压的一半和系统电压的求和减去通过经过比例控制器21、第一谐振型电流控制器22和第二谐振型电流控制器23而计算的值的求和来生成应用于下阀的电压参考值。
图9是图示向用于图7的模块多级转换器的驱动装置添加的估计器的视图。
用于模块多级转换器的驱动装置20还可以包括估计器25。估计器25可以计算由于用于模块多级转换器的驱动装置20的循环电流抑制电感器和电阻器部件的量值变化所致的参数变化值。
估计器25可以使用预定调谐参数来放大在电流参考值与测量的电流值之间的误差值。
图10是图示向用于图8的模块多级转换器的驱动装置添加的估计器的视图。
与图9相似地，用于模块多级转换器的驱动装置20还可以包括估计器25。估计器25可以计算由于用于模块多级转换器的驱动装置20的循环电流抑制电感器和电阻器部件的量值变化所致的参数变化值。
另外用于模块多级转换器的驱动装置20可以从比例控制器21、第一谐振型电流控制器22和第二谐振型电流控制器23所输出的值的求和减去估计器25的计算的值。
可以通过从DC链路电压值的一半和系统电压值的求和减去前述计算的值来生成用于模块多级转换器的驱动装置20的下阀的电压参考值。
图11是图示根据本发明的示例实施例的在用于模块多级转换器的驱动装置与在其之上的上控制器之间的关系的视图。
不同于典型控制器，用于模块多级转换器的驱动装置的上控制器30可以用于仅计算将应用于上阀的参考电流值和将应用于下阀的参考电流值。用于模块多级转换器的驱动装置20可以执行详细的计算。
具体而言，可以使用比例控制器21、第一谐振型电流控制器22和第二谐振型电流控制器23来获得用于抑制循环电流的值，并且可以使用sgn函数来获得由于参数变化所致的误差。因此可以使用前述获得的值来生成将在用于模块多级转换器的驱动装置和方法中使用的电压参考值。另外可以确定子模块的数目并且可以向选择的每个子模块应用脉宽调制信号。也就是说，由于按照阀单元执行大多数计算，所以可以省略在控制器30与阀控制器之间的频繁的数据交换。因而可以实现分布式控制。
图12是图示根据本发明的示例实施例的向用于模块多级转换器的驱动装置应用的脉宽调制信号的视图。
在图12中，可以确认向对应的阀单元的每个子模块应用与通过前述处理计算的电压参考值对应的脉宽调制信号。
术语“阀单元”提及负责AC系统的一个相的阀支路的上阀或者下阀。
因而，向每个阀单元应用的脉宽调制信号可以在脉宽上互不相同。另外可以根据每个阀单元的情形应用阀控制器根据电压参考值生成的脉宽信号。
下文中将参照以下曲线图描述根据本发明的该示例实施例的用于模块多级转换器的驱动装置和方法的效果。
图13是图示在典型多级转换器中未抑制循环电流时在每个系统和DC链路中测量的值的曲线图。
图13示出（a）系统电压值、（b）模块多级转换器的AC系统电流的值和（c）在d-q框架中流过阀的循环电流并且示出（d）在静止参考框架中流过阀的循环电流。另外图13示出（e）DC链路电流的值和（f）有功功率的值。
如图13中所示，在系统具有失衡电压时，谐波分量可能在转换器内部流动的循环电流中迅速地增加，使得难以保证在稳定电流限制内的操作。另外，由于谐波分量在DC系统的电流中严重地出现，所以传输质量可能劣化。
另外可以看到由于AC系统的有功功率值的谐波分量迅速增加而使质量劣化。
图14是图示在失衡状态出现于典型多级转换器中时使用Qingrui Tu的方法（2012）的控制结果的曲线图。
图14示出（a）系统电压值、（b）模块多级转换器的AC系统电流的值和（c）在静止参考框架中流过阀的循环电流并且示出（d）在d-q框架中流过阀的循环电流。另外图14示出（e）AC系统的有功功率值、（f）DC链路的电流值和（g）向子模块应用的电压的值。
与图13比较，在使用图14的方法时，可以看到略微地改进谐波特性，但是如图14C和14D中所示未完全地去除循环电流。另外瞬时状态特性可能不好，并且即使在静止状态仍然可能大量包括谐波。由于在DC链路的电流中也严重地形成脉动，所以可以看到执行控制但同时仍然包括大量谐波分量。
在另一方面，根据本发明的该示例实施例的用于模块多级转换器的驱动装置和方法无论失衡电压条件如何仍然可以完全地控制在循环电流、AC系统或者DC链路中包括的谐波分量。
图15是图示根据本发明的示例实施例的使用模块多级转换器的驱动方法的模块多级转换器的配置的视图，并且图16是图示根据本发明的示例实施例的要在用于模块多级转换器的驱动装置和方法中使用的参数的值的视图。
图17是图示根据本发明的示例实施例的由用于模块多级转换器的驱动装置和方法进行的控制的结果的曲线图。
图17示出（a）系统电压、（b）模块多级转换器的AC系统电流和（c）在静止参考框架中在阀支路中流动的循环电流并且示出（d）在d-q框架中在阀支路中流动的循环电流。另外图17示出（e）AC系统的有功功率、（f）DC链路的电流和（g）向子模块应用的电压。
如图13和图14中所示，在3相系统电压之中的一个相接地时，典型方法示出上下振荡特性、并且因此关于循环电流控制在瞬时状态特性和静止状态特性上不好。
然而如图17C和图17D中所示，可以看到根据本发明的该示例实施例的用于模块多级转换器的驱动装置和方法示出循环电流的优良响应和收敛。
另外，尽管典型方法在DC链路电流的瞬时状态特性上不好并且即使在静止状态中仍然包括谐波分量，但是可以看到根据本发明的该示例实施例的用于模块多级转换器的驱动方法如图17F中所示示出在瞬时状态特性和静止状态特性这两者上的显著改进。
就有功功率控制而言，尽管典型方法示出有功功率具有谐波分量，但是可以看到根据本发明的该示例实施例的用于模块多级转换器的驱动装置和方法示出如图17E中所示完全地去除谐波分量。
因而无论系统功率的3相平衡或者3相失衡状态如何，本发明可以完全地去除有功功率和循环电流的谐波分量。
图18是图示用于图17的模块多级转换器的驱动装置和方法的阀电流和阀电流的参考值的视图。
即使在失衡电压条件之下，仍然可以看到根据本发明的该示例实施例的用于模块多级转换器的驱动装置和方法允许应用于阀的电流值被准确地收敛成阀电流参考值。
如以上描述的那样，一种用于模块多级的驱动装置和方法具有如下效果。
第一，可以分离地控制六个阀，这些阀构成包括模块多级转换器的HVDC传输系统。
在用于模块多级转换器的典型驱动方法中，由于利用3相参数实现电流控制器和循环电流抑制控制器，所以六个阀控制器的职能限制于子模块的数目和对子模块的操作排序以及触发子模块。
然而在根据本发明的该示例实施例的用于模块多级转换器的驱动方法中，电流控制器、循环电流抑制控制器、计算子模块的数目、排序和触发子模块都可以在阀控制器中被执行。也就是说，可以独立地操作六个阀控制器，并且可以执行并行处理。
第二，由于在静止参考框架中实现，所以无需将参数转换成d-q框架，并且无需使用槽形滤波器以去除在d-q框架的信号中包括的噪声。
另外，在用于模块多级转换器的典型驱动方法中，由于使用测量循环电流、并且然后允许循环电流为“0”的方法，所以需要计算循环电流分量。然而在用于模块多级转换器的驱动方法中，由于可以通过应用简单地抑制与AC电网频率的一半对应的误差谐波信号的方法来抑制循环电流，所以无需知道循环电流参数。因而，在用于模块多级转换器的驱动方法应用于HVDC传输方法时，可以显著地改进处理速度。
第三，可以完全地抑制循环电流的AC分量。因而可以完全地去除在DC链路电流中包括的谐波分量并且可以完全地去除在AC系统中流动的有功功率分量的谐波分量。
第四，虽然在阀控制器中包括的电感器和电阻器在有限量值或者制造误差内变化或者扰动出现，但是可以立即执行抑制。因而，本发明就参数变化和信号扰动而言是有利的。
已经参照本发明的示例实施例详细描述了本发明。然而本领域技术人员将领会可以在不脱离本发明的原理和精神的情况下在这些实施例中作出改变，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (50)

1.一种用于模块多级转换器的驱动方法，使用所述模块多级转换器将交流（AC）转换成直流（DC）或者将DC转换成AC，所述模块多级转换器具有被堆叠以在AC系统中递送功率的多个子模块，所述模块多级转换器包括被独立地驱动的多个阀，以及上阀，所述上阀是包括阀的阀支路之一，所述方法包括：
输入所述模块多级转换器的所述上阀的电流参考值（                                                ）；
测量所述阀的电流值（）；
计算所述上阀的所述电流参考值与所测量的电流值之间的误差值（）；
测量所述模块多级转换器的DC链路电压值（）；
测量所述模块多级转换器的AC电网电压值（）；并且
使用所述电流参考值（）、所测量的电流值（）、所述误差值（）、所述DC链路电压值（）和所述AC电网电压值（）来计算所述上阀的电压参考值（）。
2.根据权利要求1所述的驱动方法，还包括在测量所述模块多级转换器的所述AC电网电压值（）与使用所述电流参考值、所测量的电流值、所述误差值、所述DC链路电压值和系统电压值来计算所述上阀的所述电压参考值（）之间计算所述模块多级转换器的循环电流抑制电感器的参数变化值（）。
3.根据权利要求2所述的驱动方法，其中计算所述模块多级转换器的所述循环电流抑制电感器的所述参数变化值（）包括：
使用以下方程来获得所述循环电流抑制电感器的所述参数变化值的微分值：
；并且
对所述循环电流抑制电感器的所述参数变化值的所述微分值积分，
其中是预定调谐常数。
4.根据权利要求2所述的驱动方法，其中使用所述电流参考值（）、所测量的电流值（）、所述误差值（）、所述DC链路电压值（）、所述AC电网电压值（）和所述循环电流抑制电感器的所述参数变化值（）来计算所述上阀的所述电压参考值（）包括使用以下方程来计算所述上阀的所述电压参考值（）：
。
5.根据权利要求2所述的驱动方法，其中使用所述电流参考值（）、所测量的电流值（）、所述误差值（）、所述DC链路电压值（）、所述AC电网电压值（）和所述循环电流抑制电感器的所述参数变化值（）来计算所述上阀的所述电压参考值（）包括使用以下方程来计算所述上阀的所述电压参考值（）：
。
6.根据权利要求1所述的驱动方法，其中使用所述电流参考值（）、所测量的电流值（）、所述误差值（）、所述DC链路电压值（）和所述AC电网电压值（）来计算所述上阀的所述电压参考值（）包括使用以下方程来计算所述上阀的所述电压参考值（）：
。
7.根据权利要求1所述的驱动方法，其中使用所述电流参考值（）、所测量的电流值（）、所述误差值（）、所述DC链路电压值（）、所述AC电网电压值（）和sgn函数来计算所述上阀的所述电压参考值（）包括使用以下方程来计算所述上阀的所述电压参考值（）：
，
其中所述符号函数表示按照以下方程运算的符号函数：
，并且
表示比例增益。
8.根据权利要求1所述的驱动方法，其中使用所述电流参考值（）、所测量的电流值（）、所述误差值（）、所述DC链路电压值（）、所述AC电网电压值（）和sgn函数来计算所述电压参考值（）包括使用以下方程来计算所述上阀的所述电压参考值（）：
，
其中：
所述符号函数表示按照以下方程运算的符号函数：
表示比例增益；并且
表示所述上阀的循环电流抑制电感器。
9.根据权利要求4至8中的任一权利要求所述的驱动方法，其中使用以下方程来计算、和：
，以及
，
其中、和表示预定增益值，并且表示AC电网频率。
10.根据权利要求1所述的驱动方法，其中输入所述模块多级转换器的所述上阀的所述电流参考值（）包括使用以下方程来计算所述电流参考值（）：
（j=a、b、c），并且
表示在DC系统中流动的DC电流参考值，并且
表示关于相电流的参考值。
11.根据权利要求10所述的驱动方法，其中使用以下方程将关于所述相电流的所述参考值计算成静止参考框架的表达式：
，并且和表示被表达成旋转静止参考框架的关于所述相电流的所述参考值。
12.根据权利要求11所述的驱动方法，其中：
和使用以下方程将在d-q框架的关于所述相电流的所述参考值的表达式转换成所述旋转静止参考框架：
；
是正序列分量电流参考值的d轴和q轴（，）的缩写；
是负序列分量电流参考值的d轴和q轴（，）的缩写；
表示所述正序列分量电流参考值的所述d轴；
表示所述正序列分量电流参考值的所述q轴；
表示所述负序列分量电流参考值的所述d轴；
表示所述负序列分量电流参考值的所述q轴；
使用以下方程来计算、、和：
，
，
，以及
；并且
表示在所述AC系统中的有功功率，表示在所述AC系统中的有功功率的参考值， 表示在所述AC系统中的无功功率，表示在所述AC系统中的无功功率的参考值，表示在所述AC系统中流动的正序列电压的d轴电压，表示在所述AC系统中流动的正序列电压的q轴电压，表示在所述AC系统中流动的负序列电压的d轴电压，并且表示在所述AC系统中流动的负序列电压的q轴电压。
13.根据权利要求10所述的驱动方法，其中使用以下方程来计算所述DC系统的所述参考值（）：
，并且
表示在所述AC系统中流动的正序列分量电压的q轴电压，并且表示在所述AC系统中流动的正序列分量电流参考值的q轴电流。
14.根据权利要求1所述的驱动方法，在使用所述电流参考值（）、所测量的电流值（）、所述误差值（）、所述DC链路电压值（）和所述AC电网电压值（）来计算所述电压参考值（）之后包括：
计算在所述上阀的子模块之中的待触发的子模的块数目；
选择与所述的子模块的数目对应的子模块；并且
向所选择的子模块应用脉宽调制信号。
15.一种用于模块多级转换器的驱动方法，所述驱动方法使用所述模块多级转换器将交流（AC）转换成直流（DC）或者将DC转换成AC，所述模块多级转换器具有被堆叠以在AC系统中递送功率的多个子模块，所述模块多级转换器包括被独立地驱动的多个阀，以及下阀，所述下阀是包括阀的阀支路之一，所述方法包括：
输入所述模块多级转换器的所述下阀的电流参考值（）；
测量所述阀的电流值（）；
计算所述下阀的所述电流参考值与所测量的电流值之间的误差值（）；
测量所述模块多级转换器的DC链路电压值（）；
测量所述模块多级转换器的AC电网电压值（）；并且
使用所述电流参考值（）、所测量的电流值（）、所述误差值（）、所述DC链路电压值（）和所述AC电网电压值（）来计算电压参考值（）。
16.根据权利要求15所述的驱动方法，还包括在测量所述模块多级转换器的所述AC电网电压值（）与使用所述电流参考值、所测量的电流值、所述误差值、所述DC链路电压值和系统电压值来计算所述电压参考值（）之间计算所述模块多级转换器的循环电流抑制电感器的参数变化值（）。
17.根据权利要求15所述的驱动方法，其中计算所述模块多级转换器的所述循环电流抑制电感器的所述参数变化值（）包括：
使用以下方程来获得所述循环电流抑制电感器的所述参数变化值的微分值：
；并且
对所述循环电流抑制电感器的所述参数变化值的所述微分值积分，
其中是预定调谐常数。
18.根据权利要求16所述的驱动方法，其中使用所述电流参考值（）、所测量的电流值（）、所述误差值（）、所述DC链路电压值（）、所述AC电网电压值（）和所述电感器的所述参数变化值（）来计算所述下阀的所述电压参考值（）包括使用以下方程来计算所述下阀的所述电压参考值（）：
。
19.根据权利要求16所述的驱动方法，其中使用所述电流参考值（）、所测量的电流值（）、所述误差值（）、所述DC链路电压值（）、所述AC电网电压值（）和所述电感器的所述参数变化值（）来计算所述下阀的所述电压参考值（）包括使用以下方程来计算所述下阀的所述电压参考值（）：
。
20.根据权利要求15所述的驱动方法，其中使用所述电流参考值（）、所测量的电流值（）、所述误差值（）、所述DC链路电压值（）和所述AC电网电压值（）来计算所述下阀的所述电压参考值（）包括使用以下方程来计算所述下阀的所述电压参考值（）：
。
21.根据权利要求15所述的驱动方法，其中使用所述电流参考值（）、所测量的电流值（）、所述误差值（）、所述DC链路电压值（）、所述AC电网电压值（）和sgn函数来计算所述下阀的所述电压参考值（）包括使用以下方程来计算所述下阀的所述电压参考值（）：
，
其中所述符号函数表示按照以下方程运算的符号函数：
，并且
表示比例增益。
22.根据权利要求15所述的驱动方法，其中使用所述电流参考值（）、所测量的电流值（）、所述误差值（）、所述DC链路电压值（）、所述AC电网电压值（）和sgn函数来计算所述下阀的所述电压参考值（）包括使用以下方程来计算所述下阀的所述电压参考值（）：
，
其中：
所述符号函数表示按照以下方程运算的符号函数：
表示比例增益；并且
表示所述上阀的循环电流抑制电感器。
23.根据权利要求19至22中的任一权利要求所述的驱动方法，其中使用以下方程来计算、和：
，以及
，
其中、和表示预定增益值，并且表示AC电网频率。
24.根据权利要求15所述的驱动方法，其中输入所述模块多级转换器的所述上阀的所述电流参考值（）包括使用以下方程来计算所述电流参考值（）：
，并且
表示在DC系统中流动的DC电流参考值，并且
表示关于相电流的参考值。
25.根据权利要求24所述的驱动方法，其中使用以下方程将关于所述相电流的所述参考值计算成静止参考框架的表达式：
，并且和表示被表达成旋转静止参考框架的关于所述相电流的所述参考值。
26.根据权利要求25所述的驱动方法，其中：
和使用以下方程将在d-q框架的关于所述相电流的所述参考值的表达式转换成所述旋转静止参考框架：
；
是正序列分量电流参考值的d轴和q轴（，）的缩写；
是负序列分量电流参考值的d轴和q轴（，）的缩写；
表示所述正序列分量电流参考值的所述d轴；
表示所述正序列分量电流参考值的所述q轴；
表示所述负序列分量电流参考值的所述d轴；
表示所述负序列分量电流参考值的所述q轴；
使用以下方程来计算、、和：
，
，
，以及
；并且
表示在所述AC系统中的有功功率，表示在所述AC系统中的有功功率的参考值， 表示在所述AC系统中的无功功率，表示在所述AC系统中的无功功率的参考值，表示在所述AC系统中流动的正序列电压的d轴电压，表示在所述AC系统中流动的正序列电压的q轴电压，表示在所述AC系统中流动的负序列电压的d轴电压，并且表示在所述AC系统中流动的负序列电压的q轴电压。
27.根据权利要求26所述的驱动方法，其中使用以下方程来计算所述DC系统的所述参考值（）：
，并且
表示在所述AC系统中流动的正序列分量电压的q轴电压，并且表示在所述AC系统中流动的正序列分量电流参考值的q轴电流。
28.根据权利要求15所述的驱动方法，在使用所述电流参考值（）、所测量的电流值（）、所述误差值（）、所述DC链路电压值（）和所述AC电网电压值（）来计算所述电压参考值（）之后包括：
计算在所述上阀的子模块之中的待触发的子模块的数目；
选择与所述的子模块的数目对应的子模块；并且
向所选择的子模块应用脉宽调制信号。
29.根据权利要求1或者15所述的驱动方法，其中在所述模块多级转换器的阀单元处驱动用于所述模块多级转换器的所述驱动方法。
30.一种用于模块多级转换器的驱动装置，包括：
输入单元，接收所述模块多级转换器的一个阀支路的上阀的电流参考值；
电流测量单元，用于测量所述模块多级转换器的所述上阀的电流值；
直流（DC）链路电压测量单元，用于测量所述模块多级转换器的DC链路的电压值；
系统电压测量单元，用于测量所述模块多级转换器的系统电压值；
误差计算单元，用于计算所述输入单元接收的所述电流参考值与所述电流测量单元测量的所述电流值之间的误差值；
比例控制器，按比例放大所述误差计算单元计算的所述误差值；
第一谐振型电流控制器，接收所述误差计算单元计算的所述误差值以使等于AC电网频率的误差电流收敛成零；
第二谐振型电流控制器，接收所述误差计算单元计算的所述误差值以使大约为所述AC电网频率的两倍的谐波误差电流收敛成零；以及
电压参考值计算单元，用于使用所述DC链路电压测量单元、所述系统电压测量单元、所述比例控制器、所述第一谐振型电流控制器和所述第二谐振型电流控制器计算的所述值来计算所述模块多级转换器的所述一个阀支路的所述上阀的电压参考值。
31.根据权利要求30所述的驱动装置，还包括：
子模块选择单元，用于使用所述电压参考值计算单元计算的所述电压参考值来选择待触发的子模块的数目和待触发的子模块；以及
脉宽调制信号生成单元，向所述子模块选择单元选择的所述子模块应用脉宽调制信号。
32.根据权利要求30所述的驱动装置，其中所述比例控制器将所述误差计算单元计算的所述误差值放大成增益值。
33.根据权利要求30所述的驱动装置，其中所述第一谐振型电流控制器将所述误差计算单元计算的所述误差值和以下方程相乘以使所述误差电流收敛成零：
，并且
表示所述第一谐振型电流控制器的预定增益值并且表示所述AC电网频率。
34.根据权利要求30所述的驱动装置，其中所述第二谐振型电流控制器将所述误差计算单元计算的所述误差值和以下方程相乘以使大约为所述AC电网频率的两倍的所述谐波误差电流收敛成零：
，并且
表示所述第二谐振型电流控制器的预定增益值并且表示所述AC电网频率。
35.根据权利要求30所述的驱动装置，其中所述电压参考值计算单元通过从所述DC链路电压测量单元测量的所述电压值的一半减去所述系统电压测量单元测量的所述AC电网电压值来获得电压差值，并且通过从所述电压差值减去所述比例控制器、所述第一谐振型电流控制器和所述第二谐振型电流控制器输出的所计算的值的求和来计算所述电压参考值。
36.根据权利要求30所述的驱动装置，还包括减少从所述模块多级转换器生成的误差的补偿器，
其中所述补偿器通过向sgn函数中输入所述误差计算单元的所述误差值来获得sgn输出值，并且然后通过将所述sgn输出值和所述sgn函数的比例增益相乘来计算补偿值，并且所述sgn函数是符号函数。
37.根据权利要求36所述的驱动装置，其中所述电压参考值计算单元还接收所述补偿器的输出值以通过从所述DC链路电压测量单元测量的所述电压值的一半减去所述系统电压测量单元测量的所述AC电网电压值来获得电压差值，并且通过从所述电压差值减去所述比例控制器、所述第一谐振型电流控制器、所述第二谐振型电流控制器和所述补偿器输出的所计算的值的求和来计算所述电压参考值。
38.根据权利要求30所述的驱动装置，还包括：估计器，通过将所述误差计算单元计算的所述误差值和预定调谐常数相乘和积分来获得变化估计值以去除由于所述模块多级转换器的循环电流抑制电感器和电阻器部件的变化所致的动态特性。
39.根据权利要求38所述的驱动装置，其中所述电压参考值计算单元还接收所述估计器的估计值以通过从所述DC链路电压测量单元测量的所述电压值的一半减去所述系统电压测量单元测量的所述AC电网电压值来获得电压差值，并且通过从所述电压差值减去所述比例控制器、所述第一谐振型电流控制器、所述第二谐振型电流控制器、所述补偿器和所述估计器输出的所计算的值的求和来计算所述电压参考值。
40.一种用于模块多级转换器的驱动装置，包括：
输入单元，接收所述模块多级转换器的一个阀支路的下阀的电流参考值；
电流测量单元，用于测量所述模块多级转换器的所述下阀的电流值；
直流（DC）链路电压测量单元，用于测量所述模块多级转换器的DC链路的电压值；
系统电压测量单元，用于测量所述模块多级转换器的系统电压值；
误差计算单元，用于计算所述输入单元接收的所述电流参考值与所述电流测量单元测量的所述电流值之间的误差值；
比例控制器，按比例放大所述误差计算单元计算的所述误差值；
第一谐振型电流控制器，接收所述误差计算单元计算的所述误差值以使等于AC电网频率的误差电流收敛成零；
第二谐振型电流控制器，接收所述误差计算单元计算的所述误差值以使大约为所述AC电网频率的两倍的谐波误差电流收敛成零；以及
电压参考值计算单元，用于使用所述DC链路电压测量单元、所述系统电压测量单元、所述比例控制器、所述第一谐振型电流控制器和所述第二谐振型电流控制器计算的所述值来计算所述模块多级转换器的所述一个阀支路的所述下阀的电压参考值。
41.根据权利要求40所述的驱动装置，还包括：
子模块选择单元，用于使用所述电压参考值计算单元计算的所述电压参考值来选择待触发的子模块的数目和待触发的子模块；以及
脉宽调制信号生成单元，向所述子模块选择单元选择的所述子模块应用脉宽调制信号。
42.根据权利要求40所述的驱动装置，其中所述比例控制器将所述误差计算单元计算的所述误差值放大成增益值。
43.根据权利要求40所述的驱动装置，其中所述第一谐振型电流控制器将所述误差计算单元计算的所述误差值和以下方程相乘以使所述误差电流收敛成零：
，并且
表示所述第一谐振型电流控制器的预定增益值并且表示所述AC电网频率。
44.根据权利要求40所述的驱动装置，其中所述第二谐振型电流控制器将所述误差计算单元计算的所述误差值和以下方程相乘以使大约为所述AC电网频率的两倍的所述谐波误差电流收敛成零：
，并且
表示所述第二谐振型电流控制器的预定增益值并且表示所述AC电网频率。
45.根据权利要求40所述的驱动装置，其中所述电压参考值计算单元通过将所述系统电压测量单元测量的所述AC电网电压值与所述DC链路电压测量单元测量的所述电压值的一半相加来获得电压求和，并且通过从所述电压求和减去所述比例控制器、所述第一谐振型电流控制器和所述第二谐振型电流控制器输出的所计算的值的求和来计算所述电压参考值。
46.根据权利要求40所述的驱动装置，还包括减少从所述模块多级转换器生成的误差的补偿器，
其中所述补偿器通过向sgn函数中输入所述误差计算单元的所述误差值来获得sgn输出值，并且然后通过将所述sgn输出值和所述sgn函数的比例增益相乘来计算补偿值，并且所述sgn函数是符号函数。
47.根据权利要求46所述的驱动装置，其中所述电压参考值计算单元还接收所述补偿器的输出值以通过将所述系统电压测量单元测量的所述AC电网电压值与所述DC链路电压测量单元测量的所述电压值的一半相加来获得电压求和，并且通过从所述电压求和减去所述比例控制器、所述第一谐振型电流控制器、所述第二谐振型电流控制器和所述补偿器输出的所计算的值的求和来计算所述电压参考值。
48.根据权利要求40所述的驱动装置，还包括：估计器，通过将所述误差计算单元计算的所述误差值和预定常数相乘和积分来获得变化估计值以去除由于所述模块多级转换器的循环电流抑制电感器和电阻器部件的变化所致的动态特性。
49.根据权利要求40所述的驱动装置，其中所述电压参考值计算单元还接收所述估计器的估计值以通过将所述系统电压测量单元测量的所述AC电网电压值与所述DC链路电压测量单元测量的所述电压值的一半相加来获得电压求和，并且通过从所述电压求和减去所述比例控制器、所述第一谐振型电流控制器、所述第二谐振型电流控制器、所述补偿器和所述估计器输出的所计算的值的求和来计算所述电压参考值。
50.根据权利要求30或者40所述的驱动装置，其中在所述模块多级转换器的阀单元处驱动用于所述模块多级转换器的所述驱动装置。
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