CN109787291B - 模块化级联多电平变换器及其模块切换方法和控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的模块化级联多电平变换器及其模块切换方法和控制器，在功率信息对应于功率效率关系曲线的效率上升区间时，控制模块化级联多电平变换器以满足输出电压要求的最少模块投入模式进行工作，使每个模块以较高的功率工作，将模块化级联多电平变换器的工作点向效率上升的方向移动，进而实现对于该模块化级联多电平变换器转换效率的提高；并在功率信息对应于功率效率关系曲线的效率下降区间时，控制模块化级联多电平变换器以全部模块投入模式进行工作，使每个模块以较低的功率工作，将模块化级联多电平变换器的工作点向与效率下降相反的方向移动，进而实现对于该模块化级联多电平变换器转换效率的提高。

Description

模块化级联多电平变换器及其模块切换方法和控制器

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，特别涉及一种模块化级联多电平变换器及其模块切换方法和控制器。

背景技术

模块化级联多电平变换器已广泛应用于新能源发电、无功补偿、电机调速、柔性直流输电等领域。为了提高模块化级联多电平变换器的可靠性，现有技术中通常采用模块N+1冗余设计，即根据系统最大交流电压等级计算需要至少由N个模块才能提供，设计时再增加1个模块，构成N+1个模块；即使有某个模块无法正常工作，此时只需将此模块旁路，其他模块仍正常工作，可保证系统正常工作，进而提高可靠性。

关于冗余模块的处理方法，当前存在两种具体形式，一种是：正常工况时，冗余模块始终处于备用待工作状态；故障发生时，冗余模块替代故障模块进行工作；两种工况系统始终保持N个模块工作。另一种是：正常工况时，冗余模块同其他模块一样正常工作，系统N+1个模块工作；故障发生时，旁路故障模块，系统N个模块工作；两种工况下系统工作模块数目不相同。

然而上述两种冗余模块的处理方法，都只是人为的固定性择一设置，而无法通过自动切换来实现转换效率的提升。

发明内容

本发明提供一种模块化级联多电平变换器及其模块切换方法和控制器，以提升模块化级联多电平变换器的转换效率。

为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

本发明一方面提供一种模块化级联多电平变换器的模块切换方法，包括：

获取模块化级联多电平变换器的功率信息；

根据所述功率信息和所述模块化级联多电平变换器的功率效率关系曲线，进行比较判断；

若所述功率信息对应于所述功率效率关系曲线的效率上升区间，则控制所述模块化级联多电平变换器以满足输出电压要求的最少模块投入模式进行工作；

若所述功率信息对应于所述功率效率关系曲线的效率下降区间，则控制所述模块化级联多电平变换器以全部模块投入模式进行工作。

优选的，获取模块化级联多电平变换器的功率信息，包括：

在预测周期内，获取未来一个设置周期内所述模块化级联多电平变换器在主要发电时间的预测功率和所述预测功率中各功率的时长占比；所述预测周期和所述设置周期构成工作模式的一个调整周期。

优选的，根据所述功率信息和所述模块化级联多电平变换器的功率效率关系曲线，进行比较判断，包括：

分别对所述预测功率中各功率和预设功率点，以及，所述预测功率中各功率的时长占比和预设时长占比，进行比较判断；

若所述预测功率中各功率均小于等于所述预设功率点，或者，所述预测功率中小于等于所述预设功率点的各功率总时长占比大于等于所述预设时长占比，则判定所述功率信息对应于所述功率效率关系曲线的效率上升区间；

若所述预测功率中各功率均大于所述预设功率点，或者，所述预测功率中大于所述预设功率点的各功率总时长占比大于等于所述预设时长占比，则判定所述功率信息对应于所述功率效率关系曲线的效率下降区间。

优选的，控制所述模块化级联多电平变换器以满足输出电压要求的最少模块投入模式进行工作，包括：

依次设定所述模块化级联多电平变换器各相内，满足输出电压要求的最少数量的模块处于正常工作状态，而其他模块处于关闭状态；

在所述设置周期内，所述模块化级联多电平变换器上电后，控制所述最少数量的模块进行工作。

优选的，控制所述模块化级联多电平变换器以全部模块投入模式进行工作，包括：

依次设定所述模块化级联多电平变换器各相内的全部正常模块均处于正常工作状态；

在所述设置周期内，所述模块化级联多电平变换器上电后，控制所述全部正常模块进行工作。

优选的，所述预测周期为：上一个所述设置周期结束后，所述模块化级联多电平变换器处于停机状态的时间段或者进入停机状态之前；

所述调整周期为至少一天。

优选的，所述功率信息为实时功率；

根据所述功率信息和所述模块化级联多电平变换器的功率效率关系曲线，进行比较判断之后，还包括：

若所述功率信息对应于所述功率效率关系曲线的效率平缓区间，则维持所述模块化级联多电平变换器的工作模式不变；所述效率平缓区间位于所述效率上升区间与所述效率下降区间之间。

本发明另一发明提供一种模块化级联多电平变换器的控制器，包括：辅助电源、通信模块、检测模块以及至少一个中央处理器；其中：

所述中央处理器用于执行上述任一所述的模块化级联多电平变换器的模块切换方法；

所述通信模块用于实现所述中央处理器与所述模块化级联多电平变换器的其他控制器以及外部之间的通信；

所述检测模块用于实现对于所述模块化级联多电平变换器的电压、电流、温度以及电弧检测功能；

所述辅助电源用于为所述模块化级联多电平变换器的控制器供电。

本发明第三方面提供一种模块化级联多电平变换器，包括：三个相电路，以及，如上述所述的模块化级联多电平变换器的控制器；其中：

所述相电路包括：N+M个级联模块和N+M个中高压隔离型DC/DC变换器；N和M均为正整数，且N为能够满足所述模块化级联多电平变换器的输出电压要求的最少模块数量；

每个相电路内，N+M个所述级联模块的输出端依次串联，串联的两端构成相应相电路的输出端；N+M个所述级联模块的输入端分别与N+M个中高压隔离型DC/DC变换器的输出端一一对应相连；N+M个中高压隔离型DC/DC变换器的输入端均与直流母线并联连接。

优选的，所述中高压隔离型DC/DC变换器包括：变换电路和独立控制器；

所述独立控制器包括：辅助电源、通信模块、检测模块以及至少一个处理器；其中：

所述处理器用于实现对于所述变换电路的控制；

所述通信模块用于实现所述处理器与所述模块化级联多电平变换器的控制器之间的通信；

所述检测模块用于实现对于所述中高压隔离型DC/DC变换器的电压、电流、温度以及电弧检测功能；

所述辅助电源用于为所述独立控制器供电。

本发明提供的模块化级联多电平变换器的模块切换方法，通过获取模块化级联多电平变换器的功率信息；然后根据所述功率信息和所述模块化级联多电平变换器的功率效率关系曲线，进行比较判断；若所述功率信息对应于所述功率效率关系曲线的效率上升区间，则控制所述模块化级联多电平变换器以满足输出电压要求的最少模块投入模式进行工作，使每个模块以较高的功率工作，将模块化级联多电平变换器在功率效率关系曲线上的工作点向效率上升的方向移动，进而实现对于该模块化级联多电平变换器转换效率的提高；而若所述功率信息对应于所述功率效率关系曲线的效率下降区间，则控制所述模块化级联多电平变换器以全部模块投入模式进行工作，使每个模块以较低的功率工作，将模块化级联多电平变换器在功率效率关系曲线上的工作点向与效率下降相反的方向移动，进而实现对于该模块化级联多电平变换器转换效率的提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明申请实施例提供的功率变换器典型的功率效率关系曲线示意图；

图2是本发明申请实施例提供的模块化级联多电平变换器的部分结构以及与外部的连接关系示意图；

图3是本发明申请实施例提供的模块化级联多电平变换器的模块切换方法的流程图；

图4是本发明申请实施例提供的采用不同模块数目运行时系统的工作点变化示意图；

图5是本发明申请另一实施例提供的模块化级联多电平变换器的控制器的结构示意图；

图6是本发明申请另一实施例提供的中高压隔离型DC/DC变换器连接级联模块的电路框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1所示为功率变换器典型的功率效率关系曲线示意图，由图1可见，随着功率的上升，其效率逐渐上升到最高点，然后又逐渐降低；常规功率变换器的最高效率点通常处于20％～40％额定功率之间。在从零功率到较低功率时，功率变换器整体功率较小，而功率变换器的辅助电源供电、控制系统供电等损耗相对固定，因而此时损耗的功率占比比较大，导致系统效率较低；随着功率变换器整体功率的逐步抬升，其辅助电源供电、控制系统供电等损耗的功率占比逐步减小，使其效率逐渐提升。

基于此，本发明提供一种模块化级联多电平变换器的模块切换方法，以提升模块化级联多电平变换器的转换效率。

该模块化级联多电平变换器的模块切换方法，应用于模块化级联多电平变换器的控制器，图2所示为模块化级联多电平变换器除控制器以外的一种具体结构示意图，其具体包括：三个相电路，每个相电路均包括：N+M个级联模块和N+M个中高压隔离型DC/DC变换器；N和M均为正整数，且N为能够满足模块化级联多电平变换器的输出电压要求的最少模块数量；并且，每个相电路内，N+M个级联模块的输出端依次串联，串联的两端构成相应相电路的输出端；N+M个级联模块的输入端分别与N+M个中高压隔离型DC/DC变换器的输出端一一对应相连；N+M个中高压隔离型DC/DC变换器的输入端均与直流母线并联连接。

值得说明的是，本申请关于端口的描述中，其输入端和输出端的命名仅用于区分每个器件的两端，并不用于限定器件内部电流的流动方向。比如，当级联模块为逆变电路时，其输出端指代其交流侧，而其输入端指代其直流侧；其内部的电流可以从称为输入端的直流侧流向称为输出端的交流侧，也可以从称为输出端的交流侧流向称为输入端的直流侧。其他情况类似，此处不再一一赘述。

具体的，该模块化级联多电平变换器的模块切换方法如图3所示，包括：

S101、获取模块化级联多电平变换器的功率信息；

该功率信息可以是指实际测量得到的实时功率，也可以是指通过气象预测或者历史数据分析等多种手段进行预判和校验得到的预测功率；此处不做具体限定，视其应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

S102、根据功率信息和模块化级联多电平变换器的功率效率关系曲线，进行比较判断；

模块化级联多电平变换器属于功率变换器中的一种，所以图1所示的功率效率关系曲线同样适用于模块化级联多电平变换器中的任意一相、任意一个级联模块。对于其功率效率关系曲线，可以通过理论计算、仿真、实际测试等多种手段获取，此处不做限定，视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

对于如图2所示的模块化光伏发电系统，其模块化级联多电平变换器的输入端有一个低压公共直流母线，系统中每一个模块组(级联模块及其对应连接的中高压隔离型DC/DC变换器)的输入输出功率相同，也即各个模块组平分总输入功率。例如，光伏发电系统中总共有3×(N+M)个模块组，即每相有N+M个模块组，光伏发电系统总输入功率为3P，则每一个模块组的输入功率为P/(N+M)。

图4给出了采用不同模块数目运行时系统的工作点变化示意图；假设光伏发电系统一开始工作于A点，此时每相N个级联模块参与工作；然后增加工作模块数目，比如增加到N+M时，由于光伏发电系统输入总功率不变，而每个模块组的输入功率从P/N减小到P/(N+M)，因此，对每个模块组而言，可以使其工作点从A点迁移到B点。

计算系统整体转换效率时，首先A点模块组效率为97.7％，B点模块组效率为98.0％；然后分别计算两种情况下的系统损耗和效率:对于A点而言，其单模块组功率损耗P_loss＝(100％-97.7％)*P/N＝2.3％*P/N，系统总损耗P_{loss_total}＝(100％-97.7％)*P/N*3N＝2.3％×3P；而对于B点而言，其单模块组功率损耗P_loss＝(100％-98.0％)*P/(N+M)＝2.0％*P/(N+M)，此时，其系统总损耗P_{loss_total}＝(100％-98.0％)*P/(N+M)*3(N+M)＝2.0％×3P；因此可以得到，A点光伏发电系统效率为97.7％，而B点光伏发电系统效率为98.0％。

也就是说，当模块化级联多电平变换器的工作点位于功率效率曲线最高效率点的右侧部分时，其工作模块数目越多，系统效率越高。同理，在功率效率曲线最高效率点的左侧部分，工作模块数目越少，系统效率越高。因此，通过对光伏发电系统中工作模块数目的不同选择，可以实现系统效率或发电量优化。

实际应用中，步骤S101中获取的功率信息，不仅可以是实时功率或者预测功率，而且还可以是指模块化级联多电平变换器的总功率，或者模块化级联多电平变换器各个级联模块或模块组的功率；若获取的是总功率，则除以工作模块的个数即可得到各个级联模块或模块组的功率；再与功率效率关系曲线进行比较判断即可。

为了方便比较，可以将该功率效率关系曲线划分为至少两个区间，比如，将工作点位于功率效率曲线最高效率点的左侧部分定义为功率效率关系曲线的效率上升区间，而将工作点位于功率效率曲线最高效率点的右侧部分定义为功率效率关系曲线的效率下降区间；或者，也可以将效率快速上升的较低功率区间定义为功率效率关系曲线的效率上升区间，将效率逐渐下降的较高功率区间定义为功率效率关系曲线的效率下降区间，而将效率变化较小的部分功率区间定义为功率效率关系曲线的效率平缓区间；一种具体方式为：将0％～20％额定功率之间定义为功率效率关系曲线的效率上升区间，将40％～100％额定功率之间定义为功率效率关系曲线的效率下降区间，而将20％～40％额定功率之间定义为功率效率关系曲线的效率平缓区间。对于功率效率关系曲线的划分，可以视其具体应用环境而定，此处不做限定，均在本申请的保护范围内。

经过比较判断之后，若功率信息对应于功率效率关系曲线的效率上升区间，则执行步骤S103；而若功率信息对应于功率效率关系曲线的效率下降区间，则执行步骤S104；

S103、控制模块化级联多电平变换器以满足输出电压要求的最少模块投入模式进行工作；

最少模块投入模式是指每一相中投入运行的级联模块数量能够满足模块化级联多电平变换器的输出电压要求即可，比如上述内容中在N个级联模块均正常、无故障的情况下，以N个级联模块投入运行的工作模式。当级联模块为逆变电路时，该输出电压要求指的是交流侧电压要求。

在功率信息对应于功率效率关系曲线的效率上升区间时，通过控制模块化级联多电平变换器以满足输出电压要求的最少模块投入模式进行工作，能够使每个级联模块以较高的功率工作，将模块化级联多电平变换器在功率效率关系曲线上的工作点向效率上升的方向移动，进而实现对于该模块化级联多电平变换器转换效率的提高。

S104、控制模块化级联多电平变换器以全部模块投入模式进行工作。

全部模块投入模式是指每一相中的全部正常级联模块均投入运行的工作模式，比如上述内容中在N+M个级联模块均正常、无故障的情况下，以N+M个级联模块投入运行的工作模式；若存在故障模块，则仅以剩余的正常级联模块投入运行即可。

在功率信息对应于功率效率关系曲线的效率下降区间时，通过控制模块化级联多电平变换器以全部模块投入模式进行工作，能够使每个级联模块以较低的功率工作，将模块化级联多电平变换器在功率效率关系曲线上的工作点向与效率下降相反的方向移动，进而实现对于该模块化级联多电平变换器转换效率的提高。

本实施例提供的该模块化级联多电平变换器的模块切换方法，以效率为优化目标，进而实现对于工作模块数目的选择；同现有的模块化多电平运行模块选择方案及同类型拓扑的电力电子变压器运行模块选择方案相比，本实施例在所有模块正常或部分模块故障这两种条件下都可以实现效率优化；并且，只需要算法软件执行，不仅算法简单容易执行，而且不增加系统成本。另外，本实施例通过该模块化级联多电平变换器的控制器执行上述模块切换方案，实现了对于中高压隔离型DC/DC变换器部分的完全模块化设计，降低了系统设计、施工安装、后期运维的难度。

可选的，当步骤S101中获取的功率信息为实时功率时，步骤S102之后还包括：

若功率信息对应于功率效率关系曲线的效率平缓区间，则维持模块化级联多电平变换器的工作模式不变；

该效率平缓区间位于效率上升区间与效率下降区间之间，通过上述维持控制，能够避免系统运行期间反复调整工作模块数目，确保系统运行的稳定性。

此外，在上一实施例的基础之上，本实施例提供了一种更为优选的具体方案，即在系统待机或不工作时对模块化级联多电平变换器的工作模式进行设定，避免在系统正常工作时进行切换，确保运行稳定，并且不会影响系统发电量。

具体的，在上一实施例及图3的基础之上，其步骤S101、获取模块化级联多电平变换器的功率信息，具体包括：

在预测周期内，获取未来一个设置周期内模块化级联多电平变换器在主要发电时间的预测功率和预测功率中各功率的时长占比。

需要说明的是，该预测周期和该设置周期构成工作模式的一个调整周期。

该预测周期是指上一个设置周期结束后，模块化级联多电平变换器处于停机状态的时间段，比如夜间；或者该预测周期也可以是指处于停机状态之前的时间段，比如进入夜间之前先通过执行该方法得到下一设置周期内该化级联多电平变换器的工作模块设置。该方法在该预测周期内完成即可，优选为该预测周期开始时即执行步骤S101。

该调整周期为至少一天，比如一天、一周、一月、一季度，或者任意天数均可，视其具体应用环境而定，此处不做限定，均在本申请的保护范围内。

该设置周期是指调整周期减去一个预测周期的时长；具体可以为一天内模块化级联多电平变换器处于正常运行的时间段，比如一个白天，此时该预测周期为夜间；或者，该设置周期也可以为一天内模块化级联多电平变换器处于正常运行的时间段减去进入停机状态之前的一个预设时长△t，即模块化级联多电平变换器正常运行至即将停机的预设时长△t之前，然后进入预测周期、完成下一个设置周期的工作模块设置，然后进入夜间停机状态；再到白天时即可以设置好的模式进行运行。或者，该设置周期也可以是指一周、一月、一季度以及任意天数中的任意一种减去开始或者结束时一个预测周期的时长；以该设置周期指代一周减去一个预测周期的时长为例进行说明，此时一个完整的调整周期是指一周。

该主要发电时间是指模块化级联多电平变换器的功率高于发电要求的时间段；比如，夏季的07:00-18:00，或者其他季节的08:00-17:00；视其具体应用环境而定，此处不做限定，均在本申请的保护范围内。

例如，实际应用中，该步骤S101可以是：根据气象预测，未来一天的主要发电时间内，各级联模块的预测功率都将处于<＝20％额定功率的状态；或者，未来一天的主要发电时间内，各级联模块的预测功率将有10％的时间处于<＝20％额定功率的状态，有20％的时间处于20％～40％额定功率的状态，有70％的时间处于40％～100％额定功率的状态。

与上述内容相对应的，图3中的步骤S102、根据功率信息和模块化级联多电平变换器的功率效率关系曲线，进行比较判断，具体包括：

分别对预测功率中各功率和预设功率点，以及，预测功率中各功率的时长占比和预设时长占比，进行比较判断；

若预测功率中各功率均小于等于预设功率点，或者，预测功率中小于等于预设功率点的各功率总时长占比大于等于预设时长占比，则判定功率信息对应于功率效率关系曲线的效率上升区间；

若预测功率中各功率均大于预设功率点，或者，预测功率中大于预设功率点的各功率总时长占比大于等于预设时长占比，则判定功率信息对应于功率效率关系曲线的效率下降区间。

实际应用中，该预设功率点Pset，以及，该预设时长占比Ratio均为提前设置的，并且均可视其应用环境而定。例如，该模块化级联多电平变换器的功率效率关系曲线的最大功率点为30％额定功率，可以设置预设功率点Pset为30％额定功率点、40％额定功率点、50％额定功率点、60％额定功率点等等，此处不做限定；并且，可以设置该预设时长占比Ratio＝50％，当然也可以为其他数值，此处仅为一种示例。

如果未来一段时间内模块化级联多电平变换器在主要发电时间内，其各级联模块的预测功率都要小于预设功率点Pset，则判定功率信息对应于功率效率关系曲线的效率上升区间，此时执行步骤S103，即选择最少模块投入模式。例如：Pset＝50％，未来一天/一周内，模块化级联多电平变换器在主要发电时间段内，其各级联模块的预测功率都要小于Pset，则选择最少模块投入模式。

如果未来一段时间内模块化级联多电平变换器在主要发电时间内，其各级联模块的预测功率部分超过预设功率点Pset，但没有超过预设时长占比Ratio，即：其各级联模块的预测功率中一部分小于预设功率点Pset，另外的要大于预设功率点Pset，但大于预设功率点Pset的部分的时长占比要小于预设时长占比Ratio，则选择最少模块投入模式。例如：Pset＝50％，Ratio＝50％，未来一天/一周内，模块化级联多电平变换器在主要发电时间段内，其各级联模块的预测功率中有40％的时间处于50％～100％额定功率段(>Pset)，有60％时间处于0％～50％额定功率段(<Pset)，由于60％大于预设时长占比Ratio，所以选择最少模块投入模式。

如果未来一段时间内模块化级联多电平变换器在主要发电时间内，其各级联模块的预测功率部分超过预设功率点Pset，且超过时长占比Ratio，即：其各级联模块的预测功率中一部分小于预设功率点Pset，另外的要大于预设功率点Pset，且大于预设功率点Pset的部分的时长占比要大于预设时长占比Ratio，所以选择全部模块投入模式。例如：Pset＝50％，Ratio＝50％，未来一天/一周内，模块化级联多电平变换器在主要发电时间段内，其各级联模块的预测功率中有30％时间处于0％～50％额定功率段(<Pset)，有70％的时间处于50％～100％额定功率段(>Pset)，由于70％大于预设时长占比Ratio＝50％，所以选择全部模块投入模式。

此外，优选的，其步骤S103、控制模块化级联多电平变换器以满足输出电压要求的最少模块投入模式进行工作，具体包括：

依次设定模块化级联多电平变换器各相内，满足输出电压要求的最少数量的模块处于正常工作状态，而其他模块处于关闭状态；

在设置周期内，模块化级联多电平变换器上电后，控制最少数量的模块进行工作。

实际应用中，首先选择该模块化级联多电平变换器三相中的任意一相，设定能够正常工作且满足其输出电压要求的N个级联模块及其对应的中高压隔离型DC/DC变换器都处于正常工作状态，并设定其余级联模块及其对应的中高压隔离型DC/DC变换器处于关闭状态；然后依次设定其他未设定的相。

而其步骤S104、控制模块化级联多电平变换器以全部模块投入模式进行工作，具体包括：

依次设定模块化级联多电平变换器各相内的全部正常模块均处于正常工作状态；

在设置周期内，模块化级联多电平变换器上电后，控制全部正常模块进行工作。

实际应用中，首先选择该模块化级联多电平变换器三相中的任意一相，设定能够正常工作的所有级联模块及其对应的中高压隔离型DC/DC变换器都处于正常工作状态；然后依次设定其他未设定的相。

以上为一个调整周期内的具体过程，当下一个预测周期开始后，重新执行步骤S101，进行新一轮工作模块的切换调整。

本实施例提提供的模块化级联多电平变换器的模块切换方法，同现有控制策略相比，不仅可以优化系统效率，还能够提升系统发电量。

其余原理与上一实施例相同，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例还提供了一种模块化级联多电平变换器的控制器，如图5所示，包括：辅助电源104、通信模块102、检测模块103以及至少一个中央处理器101；其中：

其中央处理器101用于执行上述任一实施例所述的模块化级联多电平变换器的模块切换方法；

其通信模块102用于实现中央处理器101与该模块化级联多电平变换器的其他控制器以及外部之间的通信；

其检测模块103用于实现对于该模块化级联多电平变换器的电压、电流、温度以及电弧检测功能；

其辅助电源104用于为该模块化级联多电平变换器的控制器供电。

中央处理器101的物理实现方式包括但不限于CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、MCU(Microcontrol ler Unit，微控制单元)、DSP(Digital SignalProcessing，数字信号处理)、ARM(AdvancedRISCMachines)、FPGA(Field－ProgrammableGate Array，现场可编程门阵列)、CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)芯片等。该控制器的其他功能和原理均与现有技术相同，能够实现对三相级联模块部分的并网控制以及同外界的数据交互，可以接收系统功率信息，可实现对中高压隔离型DC/DC变换器下达指令。

该模块化级联多电平变换器的模块切换方法的过程及原理，参见上述实施例即可，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例还提供了一种模块化级联多电平变换器，如图2所示，包括：三个相电路(图2中的A、B、C三相)，以及，如上一实施例所述的模块化级联多电平变换器的控制器(未进行图示)；其中：

该相电路包括：N+M个级联模块(图2中的级联模块#1、级联模块#2…级联模块#N+M)和N+M个中高压隔离型DC/DC变换器；N和M均为正整数，且N为能够满足模块化级联多电平变换器的输出电压要求的最少模块数量；

每个相电路内，N+M个级联模块的输出端依次串联，串联的两端构成相应相电路的输出端；N+M个级联模块的输入端分别与N+M个中高压隔离型DC/DC变换器的输出端一一对应相连；N+M个中高压隔离型DC/DC变换器的输入端均与直流母线并联连接。

值得说明的是，当级联模块为逆变电路时，该模块化级联多电平变换器的输出电压要求指代的是其交流侧电压要求，且三个相电路的输出端通过滤波器以星型或角型方式并网；各个级联模块可以采用H桥、NPC全桥、飞跨电容全桥等拓扑；各个中高压隔离型DC/DC变换器可以采用功率单向谐振式变换器、功率双向谐振式变换器、功率单向非谐振式变换器、功率双向非谐振式变换器等。

另外，图6给出了中高压隔离型DC/DC变换器连接级联模块的电路框图。其中高压隔离型DC/DC变换器可以是单个输出端口，也可以是多个输出端口。级联模块内部的子级联模块数目同中高压隔离型DC/DC变换器的输出端口数目相同，且一一对应相连。比如，第N个中高压隔离型DC/DC变换器包括一个DC/AC模块#N和j个AC/DC模块(AC/DC模块#N1、AC/DC模块#N2…AC/DC模块#Nj)；j个AC/DC模块的直流侧分别作为该第N个中高压隔离型DC/DC变换器的j个输出端口，分别与级联模块#N内的j个子级联模块(级联模块#N1、级联模块#N2…级联模块#Nj)输入端一一对应相连。单输入单输出的中高压隔离型DC/DC变换器是这种单输入多输出中高压隔离型DC/DC变换器的一种形式。并且，此处输入和输出也只是用于区分两个端口名称，并不表明功率一定是从输入流向输出，实际应用中功率也可以是从输出流向输入。

实际应用中，该模块化级联多电平变换器的直流侧可以与光伏发电系统的多个非隔离式DC/DC变换器的一侧相连，各个非隔离式DC/DC变换器的另一侧用于连接光伏板或者蓄电池，多个非隔离式DC/DC变换器可以直接并联到公共的直流母线，也可以多个非隔离式DC/DC变换器经过串联后再并联到直流母线上。

另外，该中高压隔离型DC/DC变换器包括：变换电路和独立控制器；其独立控制器具体包括：辅助电源、通信模块、检测模块以及至少一个处理器；其中：其处理器用于实现对于变换电路的控制；其通信模块用于实现处理器与模块化级联多电平变换器的控制器之间的通信；其检测模块用于实现对于中高压隔离型DC/DC变换器的电压、电流、温度以及电弧检测功能；其辅助电源用于为独立控制器供电。

该中高压隔离型DC/DC变换器部分的控制策略，可以完全按照DC/DC变换器独立执行，实现模块化设计。

其余结构及原理参见上述实施例即可，此处不再一一赘述。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种模块化级联多电平变换器的模块切换方法，其特征在于，包括：

获取模块化级联多电平变换器的功率信息；其中，所述功率信息为预测功率或者实时功率，且所述功率信息是所述模块化级联多电平变换器的总功率或者所述模块化级联多电平变换器各个级联模块或模块组的功率；

根据所述功率信息和所述模块化级联多电平变换器的功率效率关系曲线，进行比较判断；所述功率效率关系曲线至少包括，工作点位于所述功率效率曲线最高效率点左侧部分的效率上升区间，以及，工作点位于所述功率效率曲线最高效率点右侧部分的效率下降区间；

若所述功率信息对应于所述效率上升区间，则控制所述模块化级联多电平变换器以满足输出电压要求的最少模块投入模式进行工作；

若所述功率信息对应于所述效率下降区间，则控制所述模块化级联多电平变换器以全部模块投入模式进行工作。

2.根据权利要求1所述的模块化级联多电平变换器的模块切换方法，其特征在于，获取模块化级联多电平变换器的功率信息，包括：

在预测周期内，获取未来一个设置周期内所述模块化级联多电平变换器在主要发电时间的预测功率和所述预测功率中各功率的时长占比；所述预测周期和所述设置周期构成工作模式的一个调整周期。

3.根据权利要求2所述的模块化级联多电平变换器的模块切换方法，其特征在于，根据所述功率信息和所述模块化级联多电平变换器的功率效率关系曲线，进行比较判断，包括：

分别对所述预测功率中各功率和预设功率点，以及，所述预测功率中各功率的时长占比和预设时长占比，进行比较判断；

若所述预测功率中各功率均小于等于所述预设功率点，或者，所述预测功率中小于等于所述预设功率点的各功率总时长占比大于等于所述预设时长占比，则判定所述功率信息对应于所述功率效率关系曲线的效率上升区间；

若所述预测功率中各功率均大于所述预设功率点，或者，所述预测功率中大于所述预设功率点的各功率总时长占比大于等于所述预设时长占比，则判定所述功率信息对应于所述功率效率关系曲线的效率下降区间。

4.根据权利要求2或3所述的模块化级联多电平变换器的模块切换方法，其特征在于，控制所述模块化级联多电平变换器以满足输出电压要求的最少模块投入模式进行工作，包括：

依次设定所述模块化级联多电平变换器各相内，满足输出电压要求的最少数量的模块处于正常工作状态，而其他模块处于关闭状态；

在所述设置周期内，所述模块化级联多电平变换器上电后，控制所述最少数量的模块进行工作。

5.根据权利要求2或3所述的模块化级联多电平变换器的模块切换方法，其特征在于，控制所述模块化级联多电平变换器以全部模块投入模式进行工作，包括：

依次设定所述模块化级联多电平变换器各相内的全部正常模块均处于正常工作状态；

在所述设置周期内，所述模块化级联多电平变换器上电后，控制所述全部正常模块进行工作。

6.根据权利要求2或3所述的模块化级联多电平变换器的模块切换方法，其特征在于，所述预测周期为：上一个所述设置周期结束后，所述模块化级联多电平变换器处于停机状态的时间段或者进入停机状态之前；

所述调整周期为至少一天。

7.根据权利要求1所述的模块化级联多电平变换器的模块切换方法，其特征在于，所述功率信息为实时功率；

根据所述功率信息和所述模块化级联多电平变换器的功率效率关系曲线，进行比较判断之后，还包括：

若所述功率信息对应于所述功率效率关系曲线的效率平缓区间，则维持所述模块化级联多电平变换器的工作模式不变；所述效率平缓区间位于所述效率上升区间与所述效率下降区间之间。

8.一种模块化级联多电平变换器的控制器，其特征在于，包括：辅助电源、通信模块、检测模块以及至少一个中央处理器；其中：

所述中央处理器用于执行权利要求1-7任一所述的模块化级联多电平变换器的模块切换方法；

所述通信模块用于实现所述中央处理器与所述模块化级联多电平变换器的其他控制器以及外部之间的通信；

所述检测模块用于实现对于所述模块化级联多电平变换器的电压、电流、温度以及电弧检测功能；

所述辅助电源用于为所述模块化级联多电平变换器的控制器供电。

9.一种模块化级联多电平变换器，其特征在于，包括：三个相电路，以及，如权利要求8所述的模块化级联多电平变换器的控制器；其中：

所述相电路包括：N+M个级联模块和N+M个中高压隔离型DC/DC变换器；N和M均为正整数，且N为能够满足所述模块化级联多电平变换器的输出电压要求的最少模块数量；

每个相电路内，N+M个所述级联模块的输出端依次串联，串联的两端构成相应相电路的输出端；N+M个所述级联模块的输入端分别与N+M个中高压隔离型DC/DC变换器的输出端一一对应相连；N+M个中高压隔离型DC/DC变换器的输入端均与直流母线并联连接。

10.根据权利要求9所述的模块化级联多电平变换器，其特征在于，所述中高压隔离型DC/DC变换器包括：变换电路和独立控制器；

所述独立控制器包括：辅助电源、通信模块、检测模块以及至少一个处理器；其中：

所述处理器用于实现对于所述变换电路的控制；

所述通信模块用于实现所述处理器与所述模块化级联多电平变换器的控制器之间的通信；

所述检测模块用于实现对于所述中高压隔离型DC/DC变换器的电压、电流、温度以及电弧检测功能；

所述辅助电源用于为所述独立控制器供电。

Images