[发明专利]操作模块化多电平转换器

说明书

用于操作MMC的方法包括在多个后续时段内控制MMC的臂(A)的多个子模块(SM1，...，SMN)。多个子模块中的每一个包括相应电容器(C)。控制包括在每个时段内采样参考电压的值并确定近似采样值所需的整数n个子模块。对于n个子模块的子集中的每一个，确定表征子模块的温度。插入子集的除一个子模块外的所有子模块。取决于所确定的温度来确定占空比。在由占空比给出的持续时间内插入剩余子模块。

本发明涉及模块化多电平转换器和用于操作模块化多电平转换器的方法。

模块化多电平转换器MMC可以代表例如中等和高电压功率传输的领域中的启用技术。甚至在低频下MMC的可扩展性和优异的输出波形也是特别有利的。

为了控制MMC，可以使用例如基于载波的脉冲宽度调制PWM方案，例如相移载波PSCPWM。然而，这些方案可能遭受相对高的切换损耗，这在每个转换器臂中有中等或大量单位单元的情况下可能是特别不利的。另一方面，诸如最近电平控制(nearest level control)NLC之类的无载波排序方案可能仅实现降低的精度，特别是对于每个臂的低到中等数量的单位单元。降低的精度可能特别导致总谐波失真THD增加。NLC以及其它方法可能涉及一个臂内的单位单元之间的热不平衡，这可能导致寿命和可靠性总体降低甚至是MMC的破坏。

因此，目的是提供用于在不降低MMC精度或寿命的情况下提供降低的切换损耗的操作MMC的改善的概念。

该目的是通过独立权利要求的主题实现的。进一步的实施方式和实施例是从属权利要求的主题。

改善的概念基于通过应用修改的最近电平控制NLC过程来根据调制方案操作MMC的想法。其中，根据NLC方案插入除一个子模块外的所有子模块，而根据脉冲宽度调制PWM方案插入剩余子模块，PWM方案的占空比取决于与子模块相关联的温度。

以这种方式，可以实现NLC的优点，同时其缺点被广泛避免而不产生显著的温度不平衡。

根据改善的概念，提供了用于操作模块化多电平转换器的方法。该方法包括在多个后续时段内控制MMC的臂的多个子模块。多个子模块中的每一个包括相应电容器。控制包括在每个时段内采样参考电压的值并确定多个子模块中的近似电压的采样值所需的子模块的整数n。从多个子模块中选择n个子模块的子集。对于子集中的每个子模块，确定温度，其中温度表征相应子模块。然后，子集中的除一个子模块外的所有子模块、即n-1个子模块被插入臂中，特别是在整个相应的时段内。第n个子模块被表示为剩余子模块。取决于所确定的温度，确定用于剩余子模块的占空比。然后，剩余子模块在由占空比给出的持续时间内被插入臂中。特别地，插入剩余子模块的持续时间由占空比和相应的时间段的持续时间的乘积给出。

这里，近似电压的采样值意味着确定等于或大于电压的采样值的臂可实现的电压电平，其近似于上述采样值。

根据该方法的若干实施方式，确定占空比，使得子模块的子集的n个子模块中的所有电容器上的总电压与采样的参考电压匹配，例如达到容差值。

通过在整个时段内插入除剩余子模块外的所有子模块并且在由占空比给出的持续时间内插入剩余子模块，避免了已知的无载波方案的受限精度的缺点。所述受限精度源自采样电压一般不精准匹配所有n个电容器上的总电压降的事实。由于适当调整的占空比可以用于插入剩余子模块，因此可以显著地改善电压匹配，因此可以显著地改善MMC的精度。出于同样的原因，多个子模块的平均切换率整体地降低。因此，还减少了切换损耗，特别是对于PSC PWM。

这里，插入子模块意味着连接相应子模块的电容器，使得电容器在子模块的输入端子和输出端子之间串联电连接。对于臂的端部处的子模块，这意味着电容器在相邻子模块和臂的端部之间串联电连接。对于其它子模块，这意味着电容器在两个相邻的子模块之间串联电连接。