CN105099219B - 模块化多级转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种模块化多级转换器(MMC)，包括：多个子模块,其包括开关元件；和中央控制单元，其为所述多个子模块中的每一个分配地址以便将所述多个子模块中的每一个区分开，根据所分配的地址确定多个子模块的开关操作状态，并发出与所确定的开关操作状态对应的开关信号。所述中央控制单元根据所分配的地址顺序，确定所述多个子模块的开关顺序。

Description

模块化多级转换器
技术领域
本公开涉及一种模块化多级转换器，尤其涉及一种能够有效控制多个子模块的模块化多级转换器。
背景技术
高压直流电(HVDC)传输是一种电力传输方法，其中，发电厂产生的交流电(AC)电力被转换成直流电(DC)电力并且由变电站传输出去。之后，被传输的DC电力在降压变电站再一次被转换成AC电力后进行供电。
HVDC系统广泛应用于海底电缆传输，高负载长距传输，AC系统互联等领域。此外HVDC系统使不同频率的系统互联和异步互联成为可能。
变电站将AC电力转换成DC电力。即，由于使用海底电缆等来传输交流电很危险，变电站将AC电力转换成DC电力以传输至降压变电站。
同时，还有很多不同类型的电压型转换器可以应用到HVDC系统中，目前，模块化多级电压型转换器所引起的关注度最高。
模块化多级转换器(MMC)是一种通过运用多个子模块将直流电转换为交流电的设备，并且进行操作以控制多个子模块中的每一个的充电，放电和旁路状态。
这样，在MMC中，在电力转换操作中控制多个子模块是最为重要的，并且对多个子模块的控制操作决定着输出的AC电力的形态和质量。
因此，一种能够有效控制MMC的多个子模块的模块化多级转换器(MMC)是需要的。
发明内容
实施例提供了一种能够有效控制其所包括的多个子模块的模块化多级转换器(MMC)。
实施例也提供了一种能够有效判定其所包括的多个子模块的开关顺序的MMC。
实施例也提供了一种能够保持其所包括的多个子模块的开关频率平衡的MMC。
实施例的目标不仅局限于以上所述。其他尚未提及的目标之后将在说明书中涉及到，这些目标对于本领域技术人员来说，是很容易理解的。
在一个实施例中，模块化多级转换器(MMC)包括：多个子模块,其包括开关元件；以及中央控制单元，其为所述多个子模块中的每一个分配地址以便将所述多个子模块中的每一个区分开，根据所分配的地址确定多个子模块的开关操作状态，并发出与所确定的开关操作状态对应的开关信号。其中，所述中央控制单元根据所分配的地址顺序，确定所述多个子模块的开关顺序。
根据多个子模块的布置顺序，中央控制单元从前面开始依次分配地址。
所述开关操作状态可以包括：充电操作状态，放电操作状态和旁路操作状态，并且，基于所述多个子模块的目标电压和充电电压，所述中央控制单元允许从具有最低地址的子模块开始依次执行放电操作。
执行放电操作的子模块的充电电压之和对应于目标电压，并且，所述中央控制单元确定来自具有最低地址的子模块的充电电压并确定每个子模块的开关操作状态，以产生对应于目标电压的输出电压。
当已确定了运行于放电操作状态的子模块，所述中央控制单元从运行于放电操作状态的子模块中将具有最末地址的子模块的信息存储起来。
所述中央控制单元确定具有最末地址并且在之前时间点已执行了放电操作的子模块，并且允许从具有所确定的子模块地址的下个地址的子模块开始依次执行放电操作。
附图和以下说明中给出了一个或多个实施例的细节。根据说明书、附图和权利要求书，其他特征将是显而易见的。
附图说明
图1为实施例的高压直流电(HVDC)传输系统的结构图。
图2为实施例的单极型高压直流电(HVDC)传输系统的结构图。
图3为实施例的双极型高压直流电(HVDC)传输系统的结构图。
图4为实施例的变压器和三相阀桥之间的连接示图。
图5为实施例的模块化多级转换器的框图。
图6为另一实施例的模块化多级转换器的框图。
图7为实施例的多个子模块的连接图。
图8为实施例的子模块的示例性示图。
图9为实施例的子模块的等效模型图。
图10-13为实施例的子模块的操作的示图。
图14-16为实施例的确定模块化多级转换器的开关顺序的操作的示图。
图17-18为实施例的确定模块化多级转换器的开关顺序的方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下实施例结合附图将阐明本发明的优点，特征及相关实施方法。然而，本发明还可以以其他方式实施。并且还应理解的是，本发明不限于下面所描述的实施例。相反，提供这些实施例是为了本公开的详尽和完整，为了更全面地向本领域技术人员展现本发明的范围。此外，本发明只由权利要求的范围所定义。相同的附图标记始终表示相同的部件。
在以下有关实施例的说明中，如果细致的描述会多余地导致本发明构思的主题不清楚，将不提供此处所涉及的已知功能或构造的详细描述。下文所采用的术语是考虑到本公开功能而限定的术语，且可能会因使用者、使用者意图或用户的不同而有所不同。因此应基于说明书的内容理解术语的含义。
应该理解的是，流程图和/或框图中的每一个框，已及流程图和/或框图中的各框的组合可以由计算机程序命令执行。这些计算机程序命令可提供给通用计算机、专用计算机的处理器，或其他可编程数据处理设备来生产机器，从而由计算机处理器或其他可编程序数据处理设备执行的上述命令，可以创建出能执行流程图和/或框图或多个框中显示的上述功能/动作的工具。这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读存储器中，存储器可以指引计算机或其他可编程序数据处理设备以特定方式起作用，从而存储在计算机可读存储器中的命令生产出一个产品，产品包括一个命令工具，其可以执行流程图和/或框图或多个框中显示的功能/动作。计算机程序命令也可以装载在计算机或其他可编程序数据处理设备上，使得一系列操作步骤可在计算机或其他可编程序数据处理设备上执行，产生一个计算机执行过程，从而由计算机或其他可编程序数据处理设备所执行的命令提供能执行流程图和/或框图或多个框中显示的功能/动作的步骤。
此外，各框图可以图示模块的部件、包括至少一个或多个执行特定的逻辑函数的可执行命令的程序段或代码。而且，应该注意的是：在一些改进中，各个框的功能可能以不同的顺序运行。例如，两个连续的框可能几乎同时运行，或者可能根据其功能倒序运行。
图1显示了根据实施例的一种高压直流电(HVDC)传输系统。
如图1所示，根据实施例的HVDC系统100包括：发电部件101，发送侧交流电(AC)部件110，发送侧电力变换部件103,直流电(DC)电力发送部件140,用户侧电力变换部件105,用户侧交流电部件170,用户部件180以及控制单元190。发送侧电力变换部件103包括发送侧变压部件120和发送侧AC-DC转换部件130。用户侧电力变换部件105包括用户侧DC-AC转换部件150以及用户侧变压部件160。
发电部件101产生三相AC电力。发电部件101可能包括多个发电站。
发送侧AC部件110将发电部件101产生的三相AC电力发送至DC变电站，变电站包括发送侧变压部件120和发送侧AC-DC转换部件130。
发送侧变压部件120将发送侧AC部件110隔离于发送侧AC-DC转换部件130及DC电力发送部件140。
发送侧AC-DC转换部件130将对应于发送侧变压部件120的输出的三相AC电力转换为DC电力。
DC电力发送部件140将发送侧的DC电力传送至用户侧。
用户侧DC-AC转换部件150将由DC电力发送部件140所传送的DC电力转换为三相AC电力。
用户侧变压部件160将用户侧AC部件170隔离于用户侧DC-AC转换部件150和DC电力发送部件140。
用户侧AC部件170为用户部件180提供对应于用户侧变压部件160的输出的三相AC电力。
控制单元190控制以下部件中的至少一个：发电部件101，发送侧AC部件110，发送侧电力变换部件103，DC电力发送部件140，用户侧电力变换部件105，用户侧AC部件170，用户部件180，控制单元190，发送侧AC-DC转换部件130及用户侧DC-AC转换部件150。尤其是，控制单元190可以控制发送侧AC-DC转换部件130及用户侧DC-AC转换部件150中多个阀的导通和关断的正时。这里所说的阀(valve)对应于晶闸管或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。
图2显示了一种单极型HVDC传输系统。
图2尤其显示了一种以单极来传输DC电力的系统。以下有关单极的描述建立在假定单极是正极的情况下，但不局限于正极。
发送侧AC转换部件110包括AC电力传输线111和AC滤波器113。
AC传输线111将发电部件101产生的三相AC电力传送至发送侧电力变换部件103。
AC滤波器113将除了电力变换部件103所用的频率成分之外的其余频率成分从所传送的三相AC电力中移除。
发送侧变压部件120包括一个或多个用于上述正极的变压器121。对于所述正极，发送侧AC-DC转换部件130包括AC-正极(AC-positive pole)DC转换器131，其产生正极DC电力，并且AC-正极DC转换器131包括分别对应于一个或多个变压器121的一个或多个三相阀桥(valve bridge)131a。
当使用一个三相阀桥131a时，AC-正极DC转换器131可以通过利用AC电力产生六脉冲的正极DC电力。这时，变压器121中的一个的初级线圈和次级线圈可以呈Y-Y(星形-星形)连接或Y-Δ(星形-三角形)连接。
当使用两个三相阀桥131a时，AC-正极DC转换器131可以通过利用AC电力产生十二脉冲的正极DC电力。这时，两个变压器121中的一个的初级线圈和次级线圈可以呈Y-Y连接，且两个变压器121中的另一个的初级线圈和次级线圈可以呈Y-Δ连接。
当使用三个三相阀桥131a时，AC-正极DC转换器131可以通过利用AC电力产生十八脉冲的正极DC电力。正极DC电力的脉冲数量越多，滤波器的价格就越低。
DC电力发送部件140包括发送侧正极DC滤波器141、正极DC电力传输线143、及用户侧正极DC滤波器145。
发送侧正极DC滤波器141包括电感器L1和电容器C1，并且其对AC-正极DC转换器131输出的正极DC电力执行滤波。
正极DC电力传输线143仅有一条DC线，其传输正极DC电力，并且地线可以作为电流反馈通道。DC线上布置有一个或多个开关。
用户侧正极DC滤波器145包括电感器L2和电容器C2，并且其对通过正极DC电力传输线143传送的正极DC电力执行滤波。
用户侧DC-AC转换器部件150包括正极DC-AC转换器151和一个或多个三相阀桥151a。
用户侧变压部件160包括用于正极的一个或多个变压器161，其分别对应于一个或多个三相阀桥151a。
当使用一个三相阀桥151a时，正极DC-AC转换器151可以利用正极DC电力产生六脉冲的AC电力。这里，变压器161中的一个的初级线圈和次级线圈可以呈Y-Y连接或Y-Δ连接。
当使用两个三相阀桥151a时，正极DC-AC转换器151可以通过利用正极DC电力产生十二脉冲的正极AC电力。这时，两个变压器161中的一个的初级线圈和次级线圈可以呈Y-Y连接，且两个变压器161中的另一个的初级线圈和次级线圈也可以呈Y-Δ连接。
当使用三个三相阀桥151a时，DC-AC转换器151可以通过利用正极DC电力产生十八脉冲的正极AC电力。AC电力的脉冲数量越多，滤波器的价格就越低。
用户侧AC部件170包括AC滤波器171和AC电力传输线173。
AC滤波器171将除了用户部件180所使用的频率成分(例如，60Hz)之外的频率成分从用户侧电力发送部件105产生的AC电力中去除。
AC电力传输线173将经滤波的AC电力传送至用户部件180。
图3显示了实施例的双极型HVDC发送系统。
图3特别显示了一种以两个极来发送DC电力的系统。以下有关双极的描述中假定双极是正极和负极，但不必局限于正极和负极。
发送侧AC部件110包括AC传输线111和AC滤波器113。
AC电力传输线111将发电部件101产生的三相AC电力传送到发送侧电力变换部件103。
AC滤波器113将电力变换部件103所用的频率成分之外的频率成分从所传输的三相AC电力中移除。
发送侧变压部件120包括一个或多个用于正极的变压器121，及一个或多个用于负极的变压器122。发送侧AC-DC转换器130包括产生正极DC电力的AC-正极DC转换器131，及产生负极DC电力的AC-负极DC转换器132。AC-正极DC转换器131包括一个或多个三相阀桥131a,其分别对应于一个或多个用于正极的变压器121。AC负极DC转换器132包括一个或多个三相阀桥132a，其分别对应于一个或多个用于负极的变压器122。
当对正极使用一个三相阀桥131a时，AC-正极DC转换器131可以通过利用AC电力产生六脉冲的正极DC电力。这时，变压器121中的一个的初级线圈和次级线圈可以呈Y-Y连接或Y-Δ连接。
当对正极使用两个三相阀桥131a时，AC-正极DC转换器131可以通过利用AC电力产生十二脉冲的正极DC电力。这时，变压器121中的一个的初级线圈和次级线圈可以呈Y-Y连接，且变压器121中的另一个的初级线圈和次级线圈可以呈Y-Δ连接。
当对正极使用三个三相阀桥131a时，AC-正极DC转换器131可以利用AC电力产生十八脉冲的正极DC电力。正极DC电力的脉冲数量越多，滤波器的价格就越低。
当对负极使用一个三相阀桥132a时，AC-负极DC转换器132可以产生六脉冲的负极DC电力。这时，变压器122中的一个的初级线圈和次级线圈可以呈Y-Y连接或Y-Δ连接。
当对负极使用两个三相阀桥132a时，AC-负极DC转换器132可以产生十二脉冲的负极DC电力。这时，两个变压器122中的一个的初级线圈和次级线圈可以呈Y-Y连接，且两个变压器122中的另一个的初级线圈和次级线圈可以呈Y-Δ连接。
当对负极使用三个三相阀桥132a时，AC-负极DC转换器132可以利用AC电力产生十八脉冲的负极DC电力。负极DC电力的脉冲数量越多，滤波器的价格就越低。
DC电力发送部件140包括发送侧正极DC滤波器141，发送侧负极DC滤波器142，正极DC电力传输线143，负极DC电力传输线144，用户侧正极DC滤波器145及用户侧负极DC滤波器146。
发送侧正极DC滤波器141包括电感器L1和电容器C1，并且其对AC-正极DC转换器131输出的正极DC电力执行滤波。
发送侧负极DC滤波器142包括电感器L3和电容器C3,并且其对AC-负极DC转换器132产生的负极DC电力执行滤波。
正极DC电力传输线143只有一条DC线，其传输正极DC电力，并且地线可以作为电流反馈通道。DC线上布置有一个或多个开关。
负极DC电力传输线144只有一条DC线，其传输负极DC电力，并且地线可以作为电流反馈通道。DC线上布置有一个或多个开关。
用户侧正极DC滤波器145包括电感器L2和电容器C2，并且其对通过正极DC电力传输线143传送的正极DC电力执行滤波。
用户侧负极DC滤波器146包括电感器L4和电容器C4，并且其对通过负极DC电力传输线144传送的负极DC电力执行滤波。
用户侧DC-AC转换器部件150包括正极DC-AC转换器151和负极DC-AC转换器152。正极DC-AC转换器151包括一个或多个三相阀桥151a，且负极DC-AC转换器152包括一个或多个三相阀桥152a。
用户侧变压部件160包括：用于正极的一个或多个变压器161，其分别对应于一个或多个三相阀桥151a；以及用于负极的一个或多个变压器162，其分别对应于一个或多个三相阀桥152a。
当对正极使用一个三相阀桥151a时，正极DC-AC转换器151可以通过利用正极DC电力产生六脉冲的AC电力。这时，变压器161中的一个的初级线圈和次级线圈可以呈Y-Y连接或Y-Δ连接。
当对正极使用两个三相阀桥151a时，正极DC-AC转换器151可以通过利用正极DC电力产生十二脉冲的AC电力。这时，两个变压器161中的一个的初级线圈和次级线圈可以呈Y-Y连接，且两个变压器161中的另一个的初级线圈和次级线圈可以呈Y-Δ连接。
当对正极使用三个三相阀桥151a时，正极DC-AC转换器151可以利用正极DC电力产生十八脉冲的AC电力。AC电力的脉冲数量越多，滤波器的价格就越低。
当对负极使用一个三相阀桥152a时，负极DC-AC转换器152可以通过利用负极DC电力产生六脉冲的AC电力。这时，变压器162中的一个的初级线圈和次级线圈可以呈Y-Y连接或Y-Δ连接。
当对负极使用两个三相阀桥152a时，负极DC-AC转换器152可以通过利用负极DC电力产生十二脉冲的AC电力。这时，两个变压器162中的一个的初级线圈和次级线圈可以呈Y-Y连接，且两个变压器162中的另一个的初级线圈和次级线圈可以呈Y-Δ连接。
当对负极使用三个三相阀桥152a时，负极DC-AC转换器152可以通过利用负极DC电力产生十八脉冲的AC电力。AC电力的脉冲数量越多，滤波器的价格就越低。
用户侧AC部件170包括AC滤波器171和AC电力传输线173。
AC滤波器171将用户部件180所用的频率成分(例如：60Hz)之外的频率成分从用户侧电力变换部件105所产生的AC电力中移除。
AC电力传输线173将经滤波的DC电力传送到用户部件180。
图4显示了实施例中变压器和三相阀桥的连接。
图4特别显示了用于正极的两个变压器121和用于负极的两个三相阀桥131a之间的连接。因为两个用于负极的变压器121和两个用于负极的三相阀桥132a之间的连接、两个用于正极的变压器161和两个用于正极的三相阀桥151a之间的连接、两个用于负极的变压器162和两个用于负极的三相阀桥152a之间的连接、一个用于正极的变压器121和一个用于正极的变压器三相阀桥131a之间的连接、以及一个用于正极的变压器161和一个用于正极的三相阀桥151a之间的连接等都可以从实施例图4中很容易看出，因此此处不再提供附图和说明。
图4中，呈Y-Y连接的变压器121称为上部变压器，呈Y-Δ连接的变压器121称为下部变压器。连接到上部变压器的三相阀桥131a称为上部三相阀桥，连接到下部变压器的三相阀桥131a称为下部三相阀桥。
上部三相阀桥和下部三相阀桥有两个输出端子用来输出DC电力，即：第一输出端子OUT1，和第二输出端子OUT2。
上部三相阀桥包括6个阀D1-D6，并且下部三相阀桥包括6个阀D7-D12。
阀D1的阴极连接至第一输出端子OUT1，阀D1的阳极连接至上部变压器的次级线圈的第一端子。
阀D2的阴极连接至阀D5的阳极，阀D2的阳极连接至阀D6的阳极。
阀D3的阴极连接至第一输出端子OUT1，阀D3的阳极连接至上部变压器的次级线圈的第二端子。
阀D4的阴极连接至阀D1的阳极，阀D4的阳极连接至阀D6的阳极。
阀D5的阴极连接至第一输出端子OUT1，阀D5的阳极连接至上部变压器的次级线圈的第三端子。
阀D6的阴极连接至阀D3的阳极。
阀D7的阴极连接至阀D6的阳极，阀D7的阳极连接至下部变压器的次级线圈的第一端子。
阀D8的阴极连接至阀D11的阳极，阀D8的阳极连接至第二输出端子OUT2。
阀D9的阴极连接至阀D6的阳极，阀D9的阳极连接至下部变压器的次级线圈的第二端子。
阀D10的阴极连接至阀D7的阳极，阀D10的阳极连接至第二输出端子OUT2。
阀D11的阴极连接至阀D6的阳极，阀D11的阳极连接至下部变压器的次级线圈的第三端子。
阀D12的阴极连接至阀D9的阳极，阀D12的阳极连接至第二输出端子OUT2。
同时，用户侧DC-AC转换器部件150可以设置为模块化多级转换器200。
模块化多级转换器200可以利用多个子模块210将DC电力转换为AC电力。
参照图5、6,其显示了模块化多级转换器200的配置。
图5、6为展示了模块化多级转换器200的框图。
模块化多级转换器200包括中央控制单元250，多个子控制单元230和多个子模块210。
中央控制单元250控制多个子控制单元230，并且子控制单元230分别控制与其连接的子模块210。
这里，如图5所示，一个子控制单元230连接至一个子模块210，并且因此根据中央控制单元250所传递的控制信号来控制其连接的一个子模块210的开关操作。
此外，可选择地，如图6所示，一个子控制单元230连接至多个子模块210。并且其相应地根据中央控制单元250所传递的控制信号确定用于其所连接的多个子模块210的控制信号，并基于确定的控制信号来控制多个子模块210中的每一个。
中央控制单元250确定多个子模块210的操作状态，并根据其确定的操作状态生成控制信号来控制多个子模块210的操作。
所述操作状态包括放电状态，充电状态，以及旁路状态。
这里，不同的地址被分别分配给多个子模块210。
优选地，根据子模块的布置顺序，从前面开始依次增加的地址被分别分配给所述多个子模块210。
即：子模块210在收到DC电力后，可以执行放电操作、充电操作和旁路操作中的任何一种操作。
子模块210包括带二极管的开关元件，并且因此可以通过开关操作和二极管的整流操作来执行子模块210的放电操作、充电操作和旁路操作中的任何一种操作。
每个子控制单元230通过中央控制单元250接收对多个子模块210进行控制的开关信号，并根据所收到的开关信号控制子模块210的开关操作。
即，中央控制单元250可以控制模块化多级转换器200的总体操作。
中央控制单元250可以测量与其互连的AC部件110,170和DC电力发送部件140的电流和电压。
此外，中央控制单元250可以计算总体控制值。
这里，总控制值可以是模块化多级转换器200的输出AC电力的电压、电流、频率的目标值。
基于与模块化多级转换器200互连的AC部件110和170的一个或多个电流和电压以及DC电力发送部件140的电流和电压，中央控制单元250可以计算总体控制值。
同时，基于通过通信设备(未显示)收到的来自上层控制单元(未显示)的基准有效功率、基准无功功率、基准电流、基准电压中的一个或多个，中央控制单元250还可以控制模块化多级转换器200的操作。
中央控制单元250可以向/从子控制单元230发送和接收数据。
这里，此处所述的中央控制单元250根据多个子模块210的布置顺序分配地址，并使用所分配的地址确定多个子模块210的开关顺序。
即，总的来说，所有的子模块210不操作在同一开关状态下。而是，根据当前所需电压，特定的子模块执行充电操作或旁路操作，剩余的子模块执行放电操作。
这样，所述中央控制单元250应该首先确定将要执行放电操作的子模块。
这里，由于执行了放电操作，多个子模块210只有在相互平衡的频率内执行放电操作，才可能延长其使用寿命。
也就是说，当某个子模块的放电操作频率太高，该子模块的使用寿命将比其他放电频率低的子模块短。
这样，当保持多个子模块210的开关频率平衡时，快速确定所述多个子模块210的开关状况是很重要的。
因此，在实施例中，所述多个子模块210的开关顺序是根据按顺序分配的地址顺序确定的。
例如，当子模块分别被分配了地址1至5，中央控制单元250允许从地址1开始执行放电操作。这里，基于多个子模块中的每一个的充电的电压值和目标值确定执行放电操作的子模块的数量。
即，中央控制单元250确定开关状态，这样，多个子模块的充电电压值之和达到目标值。也就是说，即使被分配了地址1和地址2的子模块在放电，如果对应于所述目标值的电力通过放电输出，所述中央控制单元250只允许被分配了地址1和地址2的子模块执行放电操作。
此外，当确定接下来的开关状态时，由所述中央控制单元250确定从之前执行了放电操作的子模块中具有最末地址的子模块之后的下一子模块开始执行放电操作。
此点下文会详细描述。
参照图7，关于包括在模块化多级转换器200中的多个子模块210的连接的说明将在下文给出。
图7显示了包括在模块化多级转换器200中的多个子模块210的连接。
参照图7，多个子模块210可以串联连接，并且连接到一个相的正极或负极的多个子模块210可以构成一个臂。
三相模块化多级转换器200通常可以包括6个臂，并且三相A，B和C中的每一相都包括正极和负极以形成6个臂。
因此，三相模块化多级转换器200可以包括：第一臂221，其包括多个用于A相正极的子模块；第二臂222，其包括多个用于A相负极的子模块；第三臂223，其包括多个用于B相正极的子模块；第四臂224，其包括多个用于B相负极的子模块；第五臂225，其包括多个用于C相正极的子模块；第六臂226，其包括多个用于C相负极的子模块。
此外，用于一个相的多个子模块210可以包括一个柱(leg)。
相应地，三相模块化多级转换器200可以包括：A相柱227，其包括用于A相的多个子模块210；B相柱228，其包括用于B相的多个子模块210；以及C相柱229，其包括用于C相的多个子模块210。
这样，第一臂221至第六臂226分别被包括在A相柱227，B相柱228和C相柱229中。
具体来说，在A相柱227中包括作为A相的正极臂的第一臂221及作为A相的负极臂的第二臂222；并且在B相柱228中包括作为B相的正极臂的第三臂223及作为B相的负极臂的第四臂224；此外，在C相柱229中包括作为C相的正极臂的第五臂225和作为C相的负极臂的第六臂226。
此外，多个子模块210根据极性构成正极臂227和负极臂228。
具体来说，参照图7，包括在模块化多级转换器200中的多个子模块210可以关于中性线n分成对应于正极的多个子模块210和对应于负极的多个子模块210。
因此，模块化多级转换器200可包括：包括对应于正极的多个子模块210的正极臂227；和包括对应于负极的多个子模块210的负极臂228。
这样，正极臂227可以包括第一臂221，第三臂223和第五臂225；且负极臂228可包括第二臂222，第四臂224和第六臂226。
接下来，参照图8，描述子模块210的配置。
图8为图示了子模块210的配置的示例图。
参照图8，子模块210包括两个开关，两个二极管和一个电容器。子模块210的该形状也被称为半桥形或半桥逆变电路。
此外，包括在开关部件217中的开关可以包括功率半导体。
这里，功率半导体指用于电力装置的半导体元件，并且可以将其优化，用于电力的转换和控制。此外，功率半导体也被称为阀单元。
这样，包括在开关部件217中的开关包括功率半导体，例如可以包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，栅极可关断晶闸管，集成栅极换流晶闸管，等等。
存储部件219包括电容器，并且因此可以充电或放电。同时，子模块210可以基于子模块210的配置和操作表示为等效模型。
图9显示了子模块210的等效模型。并且参照图9，子模块210可以图示为包括开关和电容器的充电和放电单元。
这样，可以得出的结果是子模块210等同于具有输出电压Vsm的充电和放电单元。
接下来，参照图10至13，将描述子模块210的操作。
图10至13的子模块210的开关部件217包括多个开关T1和T2，且每个开关连接至二极管D1和D2中的每一个。此外，子模块210的存储部件219包括电容器。
参照图10和11，其描述了子模块210的充电和放电操作。
图10和11图示了子模块210的电容器电压Vsm的形成。
图10和11图示了开关部件217的开关T1导通且开关T2关断的状态。因此，子模块210可以根据每个开关操作形成电容器电压。
具体来说，参照图10，引入子模块210中的电流通过二极管D1被传递至电容器并因此形成了电容器电压。接着，形成的电容器电压可以对电容器充电。
此外，子模块210可执行将所充的电放出的放电操作。
具体来说，参照图11，电容器中存储的电力，即充入子模块210的电力，通过开关T1放电。因此，子模块210可将存储的电放出。
参照图12和13，将描述子模块210的旁路操作。
图12和13图示了子模块210的零电压的形成。
图12和13图示了开关部件217的开关T1关断且开关T2导通的状态。因此，电流不流入子模块210的电容器并且子模块210可以形成零电压。
具体来说，参照图12，引入到子模块210的电流通过开关T2输出，且子模块210可以形成零电压。
此外，参照图13，引入到子模块210的电流通过二极管D2输出，且子模块210可以形成零电压。
这样，由于子模块210可以形成零电压，可以执行旁路操作，从而电流不流入子模块210而是将子模块旁路。
图14-16是根据实施例的确定模块化多级转换器的开关顺序的操作示图。
参照图14，当多个子模块210包括子模块1，子模块2，子模块3，子模块4，子模块5，子模块6以及子模块7时，中央控制单元250按顺序从子模块1开始分配地址。
即，地址1被分配给子模块1，地址2被分配给子模块2，地址3被分配给子模块3，地址4被分配给子模块4，地址5被分配给子模块5，地址6被分配给子模块6，地址7被分配给子模块7。
此外，中央控制单元250从地址1开始按顺序依次确定开关顺序。这里，对开关顺序的确定是基于对每个子模块所充电的电压以及目标电压。
参照图15，当目标电压为60，且对子模块1-7充电的电压均大约为20时，中央控制单元250确定子模块的开关顺序来满足目标电压。
这里，由于对每个子模块充电的电压均大约为20，只需从前面开始的三个子模块执行放电操作就足以满足目标电压。
这样，根据地址顺序，中央控制单元250只允许子模块1，子模块2和子模块3执行放电操作，并且允许剩余的子模块执行旁路操作或充电操作。
这里，当以上所述的开关状态已确定，中央控制单元250记住执行放电操作的子模块中具有最末地址的子模块。
此外，参照图16，当确定接下来的开关状态时，开关顺序的确定是从所记住的子模块的地址的下一个地址开始。
即，由于放电操作已经执行到子模块3，下一次开关时的放电操作将从子模块4开始执行。
这样，当目标电压为40时，只允许所记住的子模块之后接下来的两个子模块执行放电操作。
这样，中央控制单元250只允许子模块4和子模块5执行放电操作，并且允许剩余的子模块执行旁路操作或充电操作。此外，如上所述，中央控制单元250记住执行放电操作的子模块中被分配了最末地址的子模块5的信息，并且运用所记住的信息来确定之后的开关状态。
根据实施例，子模块的开关顺序是根据所分配的地址确定的，这样，判定子模块的操作状态所需的时间缩短了。
此外，根据实施例，多个子模块根据地址顺序导通/关断，以此维持所述多个子模块的开关频率平衡。因此，预先避免了只有特定子模块连续导通/关断的情况，并且也避免了特定子模块使用寿命缩短的情况。
图17和18是显示根据实施例的模块化多级转换器的开关顺序的确定方法的步骤流程图。
首先，参照图17，中央控制单元250根据子模块的布置顺序来分配地址(操作S100)。即：最低地址被分配给最前面的模块，且最高地址被分配给位于最后面的子模块。
下一步，中央控制单元250确定所述多个子模块的目标电压和充电电压(S110)。
下一步，基于目标电压和充电电压，所述中央控制单元250从具有最低地址的子模块开始依次确定开关顺序(操作S120)。
即，放电操作从具有最低地址的子模块开始执行，这样，可以根据充电电压输出目标电压(操作S130)。
下一步，对应于所述目标电压的输出电压通过顺序的放电操作产生(操作S130)。
这里，中央控制单元250记住执行放电操作的子模块中被分配了最末地址的子模块的信息，并且之后，运用所记住的信息确定子模块的开关状态。
即，参照图18，中央控制单元250确定子模块的目标电压和充电电压(操作S200)。
下一步，中央控制单元250从上次执行放电操作的子模块中确定具有最末地址的子模块(操作S210)。
下一步，中央控制单元250从具有所确定的子模块之后的下一个地址的子模块开始，确定开关顺序，以便输出目标电压(操作S220)。
例如，上次放电操作已执行至具有地址3的子模块，那本次放电操作从具有地址4的子模块开始执行。
下一步，由于根据已确定的开关顺序执行子模块的放电操作，产生了相对于目标电压的输出电压(操作S230)。
根据实施例，所述多个子模块的开关顺序是根据所分配的地址来确定的，这样，确定子模块的操作状态所需的时间缩短了。
此外，根据实施例，多个子模块根据地址顺序导通/关断，以此维持所述多个子模块的开关频率平衡。因此，预先避免了只有特定子模块连续导通/关断的情况，并且也避免了特定子模块使用寿命缩短的情况。
此外，尽管上文列出且描述了优选的实施例，但说明书不仅限于上述的具体实施例。在本公开的精神的范围内，本领域技术人员对本公开所作出的所有改进都是可以的。此外，这样的改进不应该理解为独立于本发明构思的精神和范围。
尽管，有关实施例的描述参考了多个解释性实施例。应该理解的是，许多其他改进和实施例是本领域技术人员可以想到的，且落在本公开的精神和范围内。更具体来说，对本公开、权利要求和附图范围的各部件和/或主题组合构造的构造，各种变型和改进都是可以的。除了对各部件和/或构造的变型和改进外，对本领域技术人员来说，替代使用也是显而易见的。

Claims (4)

1.一种模块化多级转换器，所述转换器包括：
多个子模块,其包括开关元件；以及
中央控制单元，其根据所述多个子模块的布置顺序从前面开始为所述多个子模块中的每一个依次分配地址以便将所述多个子模块中的每一个区分开，根据所分配的地址确定多个子模块的开关操作状态，并发出与所确定的开关操作状态对应的开关信号，
其中，所述开关操作状态包括：充电操作状态、放电操作状态和旁路操作状态，
其中，所述中央控制单元基于所述多个子模块的目标电压和充电电压，允许从具有最低地址的子模块开始依次执行放电操作，
其中，所述最低地址被分配到最前面的一个子模块，并且最高地址被分配到位于最后面的子模块。
2.根据权利要求1所述的模块化多级转换器，
其中，执行放电操作的子模块的充电电压之和对应于目标电压，并且
其中，所述中央控制单元确定来自具有最低地址的子模块的充电电压并确定每个子模块的开关操作状态，以产生对应于目标电压的输出电压。
3.根据权利要求1所述的模块化多级转换器，其中，当已确定了运行于放电操作状态的子模块，所述中央控制单元从运行于放电操作状态的子模块中将具有最末地址的子模块的信息存储起来。
4.根据权利要求2所述的模块化多级转换器，其中
所述中央控制单元确定具有最末地址并且在之前时间点已执行了放电操作的子模块，并且允许从具有所确定的子模块地址的下个地址的子模块开始依次执行放电操作。
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