CN106329976A - 模块化多电平变换器和控制其的电压均衡的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种控制模块化多电平变换器的电压均衡的方法，该方法包括：接收关于在桥臂模块中的n个子模块中的每一个的状态信息；将n个子模块分组为m个子模块组；接收在所接收的关于n个子模块中的每一个的状态信息之中关于m个子模块组中的第一组中每个子模块的第一状态信息；接收之前存储在存储器中的关于n个子模块中的每一个的状态信息之中关于不包括在第一子模块组中的每个子模块的第二状态信息；利用第一状态信息和第二状态信息来控制子模块的开关；并且用第一状态信息更新存储器。

Description

模块化多电平变换器和控制其的电压均衡的方法
技术领域
本公开涉及一种模块化多电平变换器，并且尤其是，涉及一种控制电压均衡的方法。
背景技术
由于高压直流(HVDC)输电与高压交流输电(HVAC)相比，其优点在于能够进行远距离输电和异步联网、采用水下电缆、以及执行电力控制，因此其应用稳定增长。
在HVDC输电系统中，在发送侧将AC电力变换成DC电力并发送，且在接收侧将DC电力变换成AC电力以向消费者供应AC电力。
因而，HVDC输电系统实质上包括了变换器以便将AC电力变换成DC电力或将DC电力变换成AC电力。
如图1所示，这种变换器包括六个桥臂D1至D6。AC电力通过各桥臂D1至D6的开关控制而变换成DC电力。
每个桥臂D1至D5包括开关。但是，单个开关可以承受的电压是有限的。
因而，最近提出了一种每个桥臂D1至D6均包括多个子模块的模块化多电平变换器，通过对每个子模块选择性地开关控制，从而其可以承受高电压。
每个子模块均包括两个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和电容器。
每个桥臂D1至D6包括的子模块的数目可以根据模块化多电平变换器的处理能力来确定，且其可以达到数百个。但是，对子模块执行选择性开关控制并不容易。
特别地，子模块中的电容器的电压值由于操作条件的原因不是固定的而是变化的。此外，在不同厂家制造了大量子模块的情况下，每个子模块的电容器的规格可能也彼此不同。因而，每个子模块的电容器的电容可能彼此不同，且由于在电容器的电容上的这种不同，每个子模块的电容器的电容电压可能不同。电容器值为充入到电容器的电压。
由于在每个子模块的电容容量彼此不同时充入电容的电压的充电时间彼此不同，因此具有低电容的子模块的开关频率急剧增加，且具有高电容的子模块的开关频率急剧减小。如果每个子模块的开关频率以这种方式急速地增加或减小，则其缺陷在于子模块中的IGBT的寿命会减小。
由于其使得子模块的寿命减小，因此急需一种恒定地保持子模块的电容器电压的技术。
发明内容
实施例目的是为了克服上述缺点和其他缺点。
实施例提供了一种即使在子模块的电容器电压不同时也可以一致地保持子模块的开关频率以延长子模块的寿命的模块化多电平变换器，以及一种控制该模块化多电平变换器的电压均衡的方法。
在一个实施例中，控制模块化多电平变换器的电压均衡的方法包括：通过输入单元，接收关于桥臂模块中n个子模块中的每一个的状态信息；通过输入单元，将n个子模块分组为m个子模块组；通过确定单元，接收在所接收的关于n个子模块中的每一个的状态信息之中关于m个子模块组中的第一组中每个子模块的第一状态信息；通过确定单元，接收之前存储在存储器中的关于n个子模块中的每一个的状态信息之中关于不包括在第一子模块组中的每个子模块的第二状态信息；通过确定单元，利用第一状态信息和第二状态信息来控制子模块的开关；以及
通过确定单元，用第一状态信息更新存储器。
在另一实施例中，模块化多电平变换器包括：存储器，其被配置成存储关于桥臂模块中n个子模块中的每一个的状态信息；输入单元，其被配置成从桥臂模块接收关于n个子模块中的每一个的状态信息以将n个子模块分为m个子模块组；以及确定单元，其被配置成：接收关于m个子模块组中的第一组中的每个子模块的第一状态信息，接收在之前存储在存储器中的关于n个子模块中的每一个的状态信息之中关于不包括在第一子模块组中的每个子模块的第二状态信息，并且利用第一状态信息和第二状态信息来确定子模块的开关控制。
根据本公开的终端的效果如下：
根据至少一个实施例，由于将加权信息施加到每个子模块的子模块电压以使桥臂模块中多个子模块之间的开关频率保持一致，因此其优点在于可以通过延长每个子模块自身的寿命以及每个子模块的开关的寿命来增强产品的可靠性。
本公开的应用的附加范围将从下文的详细描述中澄清。但是，由于本领域技术人员可以清楚理解本公开的精神和范围内的各种变化和改进，因此诸如示例性实施例的特定实施例应仅被理解为示例。
附图说明
图1示出了高压直流(HVDC)输电系统的常规变换器。
图2示出了根据实施例的模块化多电平变换器。
图3示出了根据实施例的模块化多电平变换器中的三相桥臂的连接。
图4示出了桥臂中的子模块的电路图。
图5示出了图2中的驱动单元。
图6示出了多个子模块的分组。
图7示出了信息如何从输入单元由子模块组发送至确定单元。
图8a和图8b示出了如何通过每个状态组来确定具有最小/最大电容器电压的子模块。
图9a至图9f示出了如何改变通过每个状态组找到的具有最小/最大电容器电压的子模块的状态。
具体实施方式
在下文中，参照附图详细描述了实施例，且无论附图的数目，相同或相似的部件指派相同的附图标记，从而省略了其重复的描述。由于为了易于做出本公开而给出并互换了在下文的描述中采用的用于部件的后缀“模块”和“单元”，因此它们不具有不同含意或功能。在描述本公开中公开的实施例时，将省略已知的现有技术的详细描述，因其会模糊本公开中公开的实施例的主题。而且，采用附图以助于容易理解文中所公开的实施例，但本公开中公开的技术构思不限于此。应理解，本公开的概念和技术范围内所包含的所有的变形、等同形式或替代形式也被包括在内。
图2示出了根据实施例的模块化多电平变换器。
参照图2，根据实施例的模块化多电平变换器可以包括控制单元10、多个驱动单元12至17以及多个桥臂模块20至25。如下所述，每个桥臂模块20至25可以包括多个子模块SM_1至SM_n。
多个驱动单元12至17可以逐一连接至多个桥臂模块20至25。
例如，第一驱动单元12可以连接至第一桥臂模块20，使得关于第一桥臂模块20的信息可以提供至第一驱动单元12，且由第一驱动单元12基于关于第一桥臂模块20的信息而生成的多个门信号可以提供至第一桥臂模块20。其余的桥臂模块21至25中的每一个也可以用这种方式从对应的驱动单元13至17接收多个门信号。
每个子模块SM_1至SM_n可以包括开关和电容器。下面参照图4来描述开关和电容器之间的连接结构。每个子模块SM_1至SM_n还可以包括晶闸管。
在过电流突然流入每个子模块SM_1至SM_n的情况下，晶闸管可以将流入每个子模块SM_1至SM_n的过电流旁路以防止损坏开关或电容器。开关可以包括例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，但不限于此。
诸如第二至第六驱动单元13至17的其余的驱动单元可以执行与第一驱动单元12相同的操作。
如图5所示，关于每个桥臂模块20至25的信息可以包括关于每个子模块SM_1至SM_n的状态信息、桥臂电流iam(t)以及桥臂电压Varm(t)。关于每个子模块SM_1至SM_n的状态信息可以包括开/关状态信息g(t)、子模块电压Vsm(t)、旁路信息等。
子模块电压Vsm(t)可以指充入每个子模块SM_1至SM_n中的电容器的电压。
控制单元10控制多个驱动单元12至17并向多个驱动单元12至17提供参考电压(参见图5中的Vref(t))。
多个驱动单元12至17可以基于由控制单元10提供的参考电压Vref(t)来确定连接至桥臂模块20至25并具有开状态的多个子模块SM_1至SM_n的数目。多个子模块SM_1至SM_n中的每一个具有开状态这点是指打开多个子模块SM_1至SM_n中的每一个的开关。如下所述，多个子模块SM_1至SM_n中的每一个可以包括至少一个开关，例如IGBT。
如图3所示，三相桥臂连接可以包括例如六个桥臂模块20至25。每个桥臂模块20至25可以包括多个子模块SM_1至SM_n。每个桥臂模块20至25中的子模块SM_1至SM_n的数目可以相同或不同。
每个桥臂模块20至25可以控制每个子模块SM_1至SM_n的打开/关闭，通过与每个驱动单元12至17的通信来收发信息。即，每个桥臂模块20至25可以向对应的驱动单元12至17提供关于每个桥臂模块20至25的信息，并从每个驱动单元12至17接收用于开关每个子模块SM_1至SM_n的多个门信号。
尽管本公开中的每个桥臂模块20至25包括n个子模块SM_1至SM_n，每个桥臂模块20至25也可以包括多于或少于n个子模块SM_1至SM_n的子模块。
每个桥臂模块20至25中的多个子模块SM_1至SM_n可以彼此串联。
每个桥臂模块20至25可以向对应的驱动单元12至17来提供关于每个子模块SM_1至SM_n的状态信息、桥臂电流iarm(t)以及桥臂电压Varm(t)。
尽管未示出，每个桥臂模块20至25中的多个子模块SM_1至SM_n可以用一定数目的子模块来分组以便按组安装在板上。
尽管未示出，除了安装有分组后的子模块SM_1至SM_n的板之外，每个桥臂模块20至25还可以包括具有通信功能或控制功能的主板，但本实施例不限于此。这种主板可以集合关于每个子模块SM_1至SM_n的状态信息，识别桥臂电流iarm(t)和桥臂电压Varm(t)，并向驱动单元12至17提供关于每个子模块SM_1至SM_n的状态信息、桥臂电流iarm(t)以及桥臂电压Varm(t)。此外，主板可以接收由驱动单元12至17提供的多个门信号，向对应的子模块SM_1至SM_n提供多个门信号，并使每个子模块SM_1至SM_n能够响应多个门信号而打开或关闭。
桥臂模块20至25可以分别通过光缆连接至驱动单元12至17以利用光通信收发信息。
每个子模块SM_1至SM_n可以为半型子模块(图4a)或全型子模块(图4b)。
如图4a所示，半型子模块可以包括两个开关S1和S2、两个二极管D1和D2以及电容器CM。
二极管D1和D2可以分别与开关S1和S2并联来防止电流回流以防止开关S1和S2的故障。
电容器CM起到充入在第一和第二开关S1和S2打开时输入的电压的作用以及在第一和第二开关S1和S2关闭时将所充入的电压释放的作用。
第一和第二开关S1和S2可以通过由驱动单元12至17提供的门信号来打开或关闭。当第一和第二开关S1和S2打开时，AC电压可以充入电容器CM。
第一和第二开关S1和S2中的每一个可以为IGBT，但并不限于此。
如图4b所示，全型子模块可以包括四个开关S1至S4，四个二极管D1至D4以及电容器CM。
二极管D1至D4可以分别与开关S1至S4并联。
例如，当第一和第二开关S1和S2打开时，正AC电压可以充入电容器CM，而当第二和第三开关S2和S3打开时，负AC电压可以充入电容器CM中，但本实施例并不限于此。
本公开的模块化多电平变换器也可以包括两个或更多个三相桥臂连接，但并不限于此。
描述了如上所述的模块化多电平变换器的驱动单元12至17的操作方法。
尽管图5为了便于描述表示了驱动单元12，但是其余的驱动单元13至17也可以配置成与图5相同的部件来执行相同的功能。
参照图5，驱动单元12可以包括输入单元110、存储器120、权重计算单元140以及确定单元130。
另外，驱动单元12还可以包括差值计算单元150和状态转换单元160。
输入单元110接收相关信息，诸如由桥臂模块20提供的每个子模块SM_1至SM_n的状态信息、桥臂电流iarm(t)以及桥臂电压Varm(t)。关于每个子模块SM_1至SM_n的状态信息可以包括开/关状态信息g(t)、子模块电压Vsm(t)、旁路信息等。
一桥臂电流iarm(t)和一桥臂电压Varm(t)可以由桥臂模块20生成，同时开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)中的每一个可以由桥臂模块20中的若干子模块SM_1至SM_1来生成。例如，如果桥臂模块20包括n个子模块SM_1至SM_n，则开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)中的每一个可以由n个子模块SM_1至SM_n来生成。
输入单元110将n个子模块SM_1至SM_n分组为m个子模块组Group_1至Group_m以向确定单元130发送关于m个子模块组Group_1至Group_m之一中的s个子模块SM_1至SM_s的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)。
作为另一个实施例，n个子模块SM_1至SM_n中的每一个的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)可以在每个周期中更新并存储在输入单元110中，且确定单元130可以读取，在n个子模块SM_1至SM_n中的每一个的更新的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)之中，s个子模块SM_1至SM_s中的每一个的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)。例如，每个子模块组Group_1至Group_m可以包括16个子模块，但并不限于此。
如果n为256且每个子模块组Group_1至Group_m包括16个子模块SM_1至SM_16，则256个子模块SM_1至SM_256可以分为16个子模块组Group_1至Group_16。
例如，第一至第十六子模块SM_1至SM_16可以被分组为第一子模块组Group_1，且第十六至第三十二子模块SM_17至SM_32可以被分组为第二子模块组Group_2。以这种方式，第241至第256子模块SM_241至SM_256可以被分组为第十六子模块组Group_16。
输入单元110可以向确定单元130发送m个子模块组Group_1至Group_m之一中的s个子模块SM_1至SM_n中的每一个的定期输入的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)，该m个子模块组Group_1至Group_m是用n个子模块SM_1至SM_n进行的分组。
作为另一实施例，确定单元130可以从输入单元110直接读取，如之前所述的，在n个子模块SM_1至SM_n中的每一个的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)之中，s个子模块SM_1至SM_s中的每一个的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)。
如图7所示，n个子模块SM_1至SM_n中的每一个的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)在例如时刻t1从桥臂模块20发送至输入单元110。输入单元110将n个子模块SM_1至SM_n分为m个子模块组Group_1至Group_m，然后向确定单元130发送分组为第一子模块组Group_1的第一至第十六子模块SM_1至SM_16中的每一个的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)。
将分组为第一子模块组Group_1的第一至第十六子模块SM_1至SM_16中的每一个的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)发送至存储器120，使得用所发送的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)来更新存储器120。即，之前存储在存储器120中的第一子模块组Group_1中的第一至第十六子模块SM_1至SM_16中的每一个的开/关状态信息g(t-Δt)和子模块电压Vsm(t-Δt)可以用当前发送至存储器120的第一子模块组Group_1中的第一至第十六子模块SM_1至SM_16中的每一个的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)来更新。
随后，另外n个子模块SM_1至SM_n在时刻t2从桥臂模块20发送至输入单元110。输入单元110将另外n个子模块SM_1至SM_n分组为m个子模块组Group_1至Group_m，然后向确定单元130发送分组为第二子模块组Group_2的第十七至第三十二子模块SM_17至SM_32中的每一个的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)。另外，将分组为第二子模块组Group_2的第十七至第三十二子模块SM_17至SM_32中的每一个的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)发送至存储器120，使得用所发送的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)来更新存储器120。即，之前存储在存储器120中的第二子模块组Group_2中的第十七至第三十二子模块SM_17至SM_32中的每一个的开/关状态信息g(t-Δt)和子模块电压Vsm(t-Δt)可以用当前发送至存储器120的第二子模块组Group_2中的第十七至第三十二子模块SM_17至SM_32中的每一个的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)来更新。
以这种方式，n个子模块SM_1至SM_n例如在时刻tm从桥臂模块20发送至输入单元110。输入单元110将n个子模块SM_1至SM_n分为m个子模块组Group_1至Group_m，然后向确定单元130发送分组为第m子模块组Group_m的第241至第256子模块SM_241至SM_256中的每一个的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)。将分组为第m子模块组Group_m的第241至第256子模块SM_241至SM_256中的每一个的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)发送至存储器120，使得用所发送的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)来更新存储器120。即，之前已经存储在存储器120中的第m子模块组Group_m中的第241至第256子模块SM_241至SM_256中的每一个的开/关状态信息g(t-Δt)和子模块电压Vsm(t-Δt)可以用当前发送至存储器120的第m子模块组Group_m中的第241至第256子模块SM_241至SM_256中的每一个的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)来更新。
这样，在被输入m次以用于m个周期的m个子模块组Group_1至Group_m中的一组中的s个子模块SM_1至SM_s中的每一个的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)可以一次输入至确定单元130和存储器120，该m个子模块组Group_1至Group_m是用n个子模块SM_1至SM_n进行的分组。
因而，可以向确定单元130或存储器120至少发送一次m个子模块组Group_1至Group_m中的每一组以用于m个周期。在存储器120中，至少被发送一次以用于m个周期的子模块组中的s个子模块SM_1至SM_s中的每一个的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)可以用之前发送的子模块组中的s个子模块SM_1至SM_s中的每一个的开/关状态信息g(t-Δt)和子模块电压Vsm(t-Δt)来代替，该开/关状态信息g(t-Δt)和子模块电压Vsm(t-Δt)之前存储在存储器120中并更新。
输入单元110可以向权重计算单元140发送由桥臂模块20发送的n个子模块SM_1至SM_n的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)。
权重计算单元140可以基于由输入单元110发送的n个子模块SM_1至SM_n中的每一个的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)以及桥臂电流iarm(t)来计算或生成关于n个子模块SM_1至SM_n中的每一个的权重信息Vvirtual(t)以向确定单元130发送所计算出的权重信息Vvirtual(t)。
权重计算单元140和确定单元130可以被配置成不同的计算模块。例如，权重计算单元140可以包括现场可编程门阵列(FPGA)，且确定单元130可以包括数字信号处理器(DSP)。
FPGA可以执行并行计算。从而，由于发送至权重计算单元140的n个子模块SM_1至SM_n中的每一个的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)可以并行计算，因此可以提高处理速度，从而权重处理单元140不具有太大负荷。
权重信息Vvirtual(t)可以由例如正电压值、负电压值或0的电压值来表示。在权重信息Vvirtual(t)为正电压值的情况下，其可以加至由输入单元110发送至确定单元130的对应的子模块电压Vsm(t)上。在权重信息Vvirtual(t)为负电压值的情况下，其可以从由输入单元110发送至确定单元130的对应的子模块电压Vsm(t)中减掉。在权重信息Vvirtual(t)为0的情况下，由输入单元110发送至确定单元130的对应的子模块电压Vsm(t)可以保持不变。
可以采用各种算法以通过权重计算单元140来计算虚拟信息Vvirtual(t)，但这些算法为公知的技术。
例如，可以采用递归最小二乘(recursive least square,RLS)算法。这种算法可以通过额定电容值基于能量波动关系(额定容量、功率因数和电压脉动之间的关系)来计算改变的(估计的)电容器的能量以计算不足或过剩。可以计算权重信息Vvirtual(t)以便与通过能量波动和电容之间的关系而变化的电容相同。
由于在由输入单元110发送至确定单元130的对应的子模块电压Vsm(t)上增加/减去权重信息Vvirtual(t)，或者子模块电压Vsm(t)保持不变，因此桥臂模块20中的多个子模块SM_1至SM_n之间的开关频率可以保持一致。
确定单元130接收由输入单元110发送的子模块组中的s个子模块SM_1至SM_s中的每一个的开/关状态信息g(t)和子模块电压Vsm(t)，以及存储在存储器120中的n个子模块SM_1至SM_n中除了从输入单元110输入的s个子模块SM_1至SM_s之外的其余子模块组中的每一组中的n-s个子模块的开/关状态信息g(t-Δt)和子模块电压Vsm(t-Δt)。
确定单元130将由权重计算单元140发送的权重信息Vvirtual(t)应用到从输入单元110输入的子模块组中的s个子模块SM_1至SM_s中的每一个的子模块电压Vsm(t)。
另外，确定单元130将由权重计算单元140发送的权重信息Vvirtual(t)应用到除了从存储器120接收并从输入单元110输入的子模块组中的s个子模块SM_1至SM_s之外的其余子模块组中的n-s个子模块的子模块电压Vsm(t-Δt)。
由权重计算单元140计算出的权重信息Vvirtual(t)可以对应于n个子模块SM_1至SM_n中的每一个而生成。
例如，在权重信息Vvirtual(t)为正电压值的情况下，其可以加至每个子模块SM_1至SM_n的子模块电压Vsm(t)和Vsm(t-Δt)；在权重信息Vvirtual(t)为负电压值的情况下，其可以从每个子模块SM_1至SM_n的子模块电压Vsm(t)和Vsm(t-Δt)中减掉；而在权重信息Vvirtual(t)为0的情况下，每个子模块SM_1至SM_n的子模块电压Vsm(t)和Vsm(t-Δt)可以保持不变。
确定单元130基于关于从输入单元110输入的子模块组中的s个子模块SM_1至SM_s中的每一个的开/关状态信息g(t)、以及关于从存储器120接收的除了s个子模块SM_1至SM_s之外的其余(n-s)个子模块中的每一个的开/关状态信息g(t-Δt)，将子模块SM_1至SM_n分组为开状态子模块(SM)组和关状态子模块(SM)组。
如图8a所示，可以通过关于每个子模块SM_1至SM_n的开/关状态信息g(t)和g(t-Δt)来识别每个子模块SM_1至SM_n的开/关状态。每个子模块SM_1至SM_n具有开状态的事实可以指每个子模块SM_1至SM_n中的开关打开，而每个子模块SM_1至SM_n处于关状态的事实可以指每个子模块SM_1至SM_n中的开关关闭。
因而，具有开状态的每个子模块SM_1至SM_n可以基于每个子模块SM_1至SM_n的开/关状态信息g(t)和g(t-Δt)而被分组为开状态SM组。
同样地，如图8b所示，处于关状态的每个子模块SM_1至SM_n可以基于每个子模块SM_1至SM_n的开/关状态信息g(t)和g(t-Δt)而被分组为关状态SM组。
与以上描述不同，子模块SM_1至SM_n可以先分组为开状态SM组和关状态SM组，然后可以将由权重计算单元140发送的权重信息Vvirtual(t)应用到对应的子模块组中的每个子模块的子模块电压Vsm(t)和Vsm(t-Δt)，但本实施例不限于此。
确定单元130确定在开状态SM组中的多个子模块的子模块电压Vsm(t)和Vsm(t-Δt)之中的具有最小子模块电压的子模块SMon-state(min)和具有最大子模块电压的子模块SMon-state(max)。
如果如图8a所示，开状态SM组中的多个子模块的子模块电压Vsm(t)和Vsm(t-Δt)分别为3V、3V、6V、5V、1V、…、4V、5V、9V，则1V成为最小电压且9V成为最大电压，从而具有1V的子模块可以被确定为开状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMon-state(min)，且具有9V的子模块可以被确定为开状态SM组中具有最大子模块电压的子模块SMon-state(max)。
同样地，确定单元130确定在关状态SM组中的多个子模块的子模块电压之中的具有最小子模块电压的子模块SMoff-state(min)和具有最大子模块电压的子模块SMoff-state(max)。
如果如图8b所示，关状态SM组中的多个子模块的子模块电压Vsm(t)和Vsm(t-Δt)分别为4V、7V、2V、2V、4V、…、8V、1V、4V，则1V成为最小电压且8V成为最大电压，从而具有1V的子模块可以被确定为关状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMoff-state(min)，且具有8V的子模块可以被确定为关状态SM组中具有最大子模块电压的子模块SMoff-state(max)。
将所确定的在开状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMon-state(min)和具有最大子模块电压的子模块SMon-state(max)以及在关状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMoff-state(min)和具有最大子模块电压的子模块SMoff-state(max)发送至状态转换单元160。
差值计算单元150将由控制单元10发送的参考电压Vref(t)与由桥臂模块20发送的桥臂电压Varm(t)比较来计算差值Diff(t)。
桥臂电压Varm(t)可以例如经由输入单元110从桥臂模块20发送至差值计算单元150，但不限于此。
例如，可以从参考电压Vref(t)中减去桥臂电压Varm(t)来计算差值Diff(t)。
例如，如果参考电压Vref(t)大于桥臂电压Varm(t)，则可以计算出正(+)差值Diff(t)。正(+)差值Diff(t)可以指当前处于关状态的特定子模块被激活以具有开状态。例如，在一具体子模块的开关当前关闭的情况下，如果差值Diff(t)为正(+)，则该具体子模块的开关可以打开。
例如，如果参考电压Vref(t)小于桥臂电压Varm(t)，则可以计算出负(-)差值Diff(t)。负(-)差值Diff(t)可以指当前具有开状态的特定子模块失效以处于关状态。例如，在一具体子模块的开关当前打开的情况下，如果差值Diff(t)为负(-)，则该具体子模块的开关可以关闭。
另一方面，在计算出正(+)差值Diff(t)的情况下，当前具有开状态的具体子模块可以被失效以处于关状态，而在计算出负(-)差值Diff(t)的情况下，当前处于关状态的具体子模块可以被激活以具有开状态。
状态转换单元160接收由桥臂模块20发送的桥臂电流iarm(t)以及由差值计算单元150发送的差值Diff(t)。桥臂电流iarm(t)可以例如经由输入单元110从桥臂模块20发送至状态转换单元160，但不限于此。
另外，状态转换单元160接收由确定单元130发送的在开状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMon-state(min)和具有最大子模块电压的子模块SMon-state(max)以及在关状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMoff-state(min)和具有最大子模块电压的子模块SMoff-state(max)。
状态转换单元160可以基于差值Diff(t)和桥臂电流iarm(t)来改变以下子模块中的至少一个的状态：由确定单元130发送的在开状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMon-state(min)和具有最大子模块电压的子模块SMon-state(max)以及在关状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMoff-state(min)和具有最大子模块电压的子模块SMoff-state(max)。
图9a至图9f示出了如何改变通过每个状态组找到的具有最小/最大电容器电压的子模块的状态。
在图9a至图9f中，桥臂电流iarm(t)大于0的事实可以指其为正向电流，而桥臂电流iarm(t)小于0的事实可以指其为逆向电流。换句话说，桥臂电流iarm(t)大于0的事实可以指在子模块中充电，而桥臂电流iarm(t)小于0的事实可以指子模块放电。
图9a至图9c示出了作为正向电流的子模块被充电的状态，且图9d至图9f示出了作为逆向电流的子模块被放电的状态。
如图9a所示，在差值Diff(t)和桥臂电流iarm(t)均大于0的情况下，状态转换单元160可以将在开状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMon-state(min)和具有最大子模块电压的子模块SMon-state(max)以及在关状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMoff-state(min)和具有最大子模块电压的子模块SMoff-state(max)之中的关状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMoff-state(min)从关状态变成开状态。因而，尽管在关状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMoff-state(min)的开关原则上被关闭，但是因为对应的子模块已经变成开状态，所以对应的开关可以打开。
如图9b所示，在差值Diff(t)小于0而桥臂电流iarm(t)大于0的情况下，状态转换单元160可以将在开状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMon-state(min)和具有最大子模块电压的子模块SMon-state(max)以及在关状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMoff-state(min)和具有最大子模块电压的子模块SMoff-state(max)之中的开状态SM组中具有最大子模块电压的子模块SMon-state(max)从开状态变成关状态。因而，尽管开状态SM组中具有最大子模块电压的子模块SMon-state(max)的开关原则上被打开，但是因为对应的子模块已经变成关状态，所以对应的开关可以关闭。
如图9c所示，在差值Diff(t)为0而桥臂电流iarm(t)大于0的情况下，状态转换单元160可以将开状态SM组中具有最大子模块电压的子模块SMon-state(max)从开状态变成关状态，并将关状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMoff-state(min)从关状态变成开状态。
如图9d所示，在差值Diff(t)大于0而桥臂电流iarm(t)小于0的情况下，状态转换单元160可以将在开状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMon-state(min)和具有最大子模块电压的子模块SMon-state(max)以及在关状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMoff-state(min)和具有最大子模块电压的子模块SMoff-state(max)之中的关状态SM组中具有最大子模块电压的子模块SMoff-state(max)从关状态变成开状态。因而，尽管关状态SM组中具有最大子模块电压的子模块SMoff-state(max)的开关原则上被关闭，但是因为对应的子模块已经变成开状态，所以对应的开关可以打开。
如图9e所示，在差值Diff(t)和桥臂电流iarm(t)均小于0的情况下，状态转换单元160可以将在开状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMon-state(min)和具有最大子模块电压的子模块SMon-state(max)以及关状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMoff-state(min)和具有最大子模块电压的子模块SMoff-state(max)之中的开状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMon-state(min)从开状态变成关状态。因而，尽管开状态SM组中具有最大子模块电压的子模块SMon-state(max)的开关原则上被打开，但是因为对应的子模块已经变成关状态，所以对应的开关可以关闭。
如图9f所示，在差值Diff(t)为0而桥臂电流iarm(t)小于0的情况下，状态转换单元160可以将开状态SM组中具有最小子模块电压的子模块SMon-state(min)从开状态变成关状态，并将关状态SM组中具有最大子模块电压的子模块SMoff-state(max)从关状态变成开状态。
数字n、m和s可以是自然数。
如上所述，由于将权重信息Vvirtual(t)应用到每个子模块SM_1至SM_n的子模块电压Vsm(t)和Vsm(t-Δt)以使桥臂模块20中的子模块SM_1至SM_n之间的开关频率保持一致，因此实施例通过延长每个子模块SM_1至SM_n自身的寿命以及每个子模块SM_1至SM_n的开关的寿命，可以增强产品的可靠性。
因而，具体实施方式在全部方案中不应被限制性地解释而应被理解成示范性的。本公开的范围应通过合理理解下文的权利要求书来界定，且落入本公开的等同范围的所有变形都包括在本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种控制模块化多电平变换器的电压均衡的方法，所述方法包括：
通过输入单元，接收关于在桥臂模块中的n个子模块中的每一个的状态信息；
通过所述输入单元，将所述n个子模块分组为m个子模块组；
通过确定单元，接收在所接收的关于所述n个子模块中的每一个的状态信息之中关于所述m个子模块组中的第一组中每个子模块的第一状态信息；
通过所述确定单元，接收之前存储在存储器中的关于所述n个子模块中的每一个的状态信息之中关于不包括在所述第一子模块组中的每一个子模块的第二状态信息；
通过所述确定单元，利用所述第一状态信息和所述第二状态信息来控制子模块的开关；并且
通过所述确定单元，用所述第一状态信息更新所述存储器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一状态信息和所述第二状态信息中的每一个包括开/关状态信息和子模块电压。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：基于关于所述n个子模块中的每一个的状态信息来计算关于所述n个子模块中的每一个的权重信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述控制子模块的开关包括：将所述权重信息应用到所述第一状态信息中的子模块电压和所述第二状态信息中的子模块电压；
将应用了权重的n个子模块分为开状态子模块组和关状态子模块组；并且
确定在所述开状态子模块组中的子模块之中具有最小子模块电压的子模块和具有最大子模块电压的子模块，以及在所述关状态子模块组中的子模块之中具有最小子模块电压的子模块和具有最大子模块电压的子模块。
5.根据权利要求1所述的方法，其中关于所述m个子模块组中的每一个子模块的状态信息被接收一次以用于m个周期。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于所述桥臂模块的差值信息和桥臂电流，改变以下至少一个子模块的状态：开状态子模块组中的具有最小子模块电压的子模块和具有最大子模块电压的子模块，以及在关状态子模块组中的子模块之中具有最小子模块电压的子模块和具有最大子模块电压的子模块。
7.一种模块化多电平变换器，包括：
存储器，其被配置成存储关于在桥臂模块中的n个子模块中的每一个的状态信息；
输入单元，其被配置成从所述桥臂模块接收关于所述n个子模块中的每一个的状态信息以将所述n个子模块分组为m个子模块组；以及
确定单元，其被配置成：
接收关于所述m个子模块组中的第一组中的每个子模块的第一状态信息，
接收在之前存储在所述存储器中的关于所述n个子模块中的每一个的状态信息之中关于不包括在所述第一子模块组中的每个子模块的第二状态信息，并且
利用所述第一状态信息和所述第二状态信息来确定子模块的开关控制。
8.根据权利要求7所述的模块化多电平变换器，其中所述第一状态信息和所述第二状态信息中的每一个包括开/关状态信息和子模块电压，且
所述模块化多电平变换器还包括：
权重计算单元，其被配置成基于关于所述n个子模块中的每一个的状态信息来计算关于所述n个子模块中的每一个的权重信息。
9.根据权利要求8所述的模块化多电平变换器，其中所述权重信息包括正电压值、负电压值和0，
所述确定单元将所述第一状态信息中的所述子模块电压和所述第二状态信息中的所述子模块电压加上和减去所述电压值，并基于所述开/关状态信息来确定应用了权重的n个子模块中的每一个是否具有开状态或关状态，以使所述子模块能够包括在开状态子模块组或关状态子模块中。
10.根据权利要求9所述的模块化多电平变换器，其中所述确定单元基于所确定的结果来将应用了权重的n个子模块分组为所述开状态子模块组和所述关状态子模块组，并确定在所述开状态子模块组中的子模块之中具有最小子模块电压的子模块和具有最大子模块电压的子模块，以及在所述关状态子模块组中的子模块之中具有最小子模块电压的子模块和具有最大子模块电压的子模块。
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