一种基于MMC-HVDC的IGBT控制方法与流程

本发明涉及电力系统控制技术领域，尤其涉及一种基于mmc-hvdc的igbt控制方法。

背景技术

模块化多电平换流器高压直流输电(mmc-hvdc，modularmultilevelconverterbasedhvdc)自2003年一经提出就成为高压直流(hvdc)输电领域的研究热点。mmc具备电压源换流器的优良特性，能够实现四象限运行，可以独立控制有功和无功功率，可以运行在无源逆变状态下。此外，mmc采用模块化设计和冗余控制，不仅便于扩容及检修，且具备输出电压电平数多，谐波含量低，开关损耗低，故障穿越能力强等优点，因此mmc-hvdc成为高压直流(hvdc)输电领域的发展趋势，在大规模风电并网、城市配网增容、电力互联网等方面应用前景广阔。

mmc中子模块的绝缘栅双极型晶体管(igbt)开关频率是mmc设计及运行的重要参数，降低开关频率可以降低系统的损耗，增加电容使用寿命并减小系统运行成本。这就要求子模块电容电压均衡控制不仅要考虑子模块电容电压波动幅值(均压效果)，还要兼顾开关频率。

现有技术一，采用直接对电容电压进行排序，再根据桥臂电流方向选择投入电压最高或者最低的若干模块，使总体电压平衡，该方法容易实现，被广泛采用，称为传统方法，虽然子模块均压效果很好，但模块反复投切现象严重，导致开关频率很高。

现有技术二，通过引入双保持因子避免了igbt不必要的反复投切现象。该方法有效降低了子模块开关频率，但运算量较大，占用资源较多，且不适于fpga实现。

因此如何在子模块电容电压均衡控制中，有效降低子模块开关频率并兼有均压效果，是当前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的缺陷，本发明提供了一种基于mmc-hvdc的igbt控制方法，通过将子模块按照投入/切除状态分组排序，然后基于投入/切除组的子模块电压差、桥臂电流方向以及均压效果生成投入/切除组的对应的最优交换值，本申请具有优化mmc阀组的igbt平均开关频率、提高igbt的使用寿命、降低mmc阀组的损耗及提高工程可靠性的有益效果。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于mmc-hvdc的igbt控制方法，该包括：

根据获取的同一桥臂上的各子模块的当前工作状态，将各所述子模块划分为投入组和切除组；所述投入组的各子模块及所述切除组的各子模块分别按照子模块电压的大小进行排序；

将获取的预期投入子模块数与所述投入组中的子模块数做差生成投入子模块差值；

根据各所述子模块所在桥臂的桥臂电流方向选择条件关系式；

根据所述投入子模块差值及所述条件关系式生成最优交换值；

根据所述最优交换值调整所述投入组的子模块状态及所述切除组的子模块状态。

本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

根据获取的同一桥臂上的各子模块的当前工作状态，将各所述子模块划分为投入组和切除组；所述投入组的各子模块及所述切除组的各子模块分别按照子模块电压的大小进行排序；

将获取的预期投入子模块数与所述投入组中的子模块数做差生成投入子模块差值；

根据各所述子模块所在桥臂的桥臂电流方向选择条件关系式；

根据所述投入子模块差值及所述条件关系式生成最优交换值；

根据所述最优交换值调整所述投入组的子模块状态及所述切除组的子模块状态。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

根据获取的同一桥臂上的各子模块的当前工作状态，将各所述子模块划分为投入组和切除组；所述投入组的各子模块及所述切除组的各子模块分别按照子模块电压的大小进行排序；

将获取的预期投入子模块数与所述投入组中的子模块数做差生成投入子模块差值；

根据各所述子模块所在桥臂的桥臂电流方向选择条件关系式；

根据所述投入子模块差值及所述条件关系式生成最优交换值；

根据所述最优交换值调整所述投入组的子模块状态及所述切除组的子模块状态。

本发明提供的一种基于mmc-hvdc的igbt控制方法，包括：根据获取的同一桥臂上的各子模块的当前工作状态，将各所述子模块划分为投入组和切除组；所述投入组的各子模块及所述切除组的各子模块分别按照子模块电压的大小进行排序；将获取的预期投入子模块数与所述投入组中的子模块数做差生成投入子模块差值；根据各所述子模块所在桥臂的桥臂电流方向选择条件关系式；根据所述投入子模块差值及所述条件关系式生成最优交换值；根据所述最优交换值调整所述投入组的子模块状态及所述切除组的子模块状态。本申请通过将子模块按照投入/切除状态分组排序，然后基于投入/切除组的子模块电压差、桥臂电流方向以及均压效果生成投入/切除组的对应的最优交换值的技术方案，具有优化mmc阀组的igbt平均开关频率、提高igbt的使用寿命、降低mmc阀组的损耗及提高工程可靠性的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中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是模块化多电平换流器拓扑图；

图2是半桥子模块结构示意图；

图3是全桥子模块结构示意图；

图4是本申请的一种基于mmc-hvdc的igbt控制方法的流程图；

图5是本申请一实施例中的基于mmc-hvdc的igbt控制方法的流程图；

图6是本申请另一实施例中的基于mmc-hvdc的igbt控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、……等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

图1为模块化多电平换流器拓扑图，如图1所示，模块化多电平换流器具有桥臂au、桥臂bu、桥臂cu、桥臂ad、桥臂bd及桥臂cd六个桥臂，每个桥臂均由子模块sm1～smn构成。在正常解锁运行情况下，各桥臂的子模块sm1～smn有旁路、切除及投入3种状态。当子模块有故障发生时，阀控下发旁路指令给子模块，子模块旁路开关k闭合使故障的子模块处于旁路状态，故障的子模块的电容电压处于自放电状态，且在本次运行中该故障的子模块(即处于旁路状态的子模块)不会再进入投入或切除状态。图2为半桥子模块结构示意图，图3为全桥子模块结构示意图。在子模块处于切除状态时，如图2所示，半桥子模块触发t2，如图3所示，全桥子模块触发t1和t3或t2和t4时，电容电压只对子模块内的放电电阻放电；在子模块处于投入状态时，如图2所示，半桥子模块触发t1，如图3所示，全桥子模块正投入触发t1和t4或负投入触发t2和t3时，子模块包括充电和放电两种状态。以全桥子模块为例，如图1所示，此时iarm方向为正。若此时子模块为正投入，则电容电压虽对模块内的放电电阻放电，但桥臂电流对模块充电；若子模块为负投入，子模块电容电压除了对模块内的放电电阻放电，还要对外放电。

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种基于mmc-hvdc的igbt控制方法，其流程图如图4所示，该方法包括：

s101：根据获取的同一桥臂上的各子模块的当前工作状态，将各子模块划分为投入组和切除组。其中，投入组的各子模块及切除组的各子模块分别按照子模块电压的大小进行排序。

s102：将获取的预期投入子模块数与投入组中的子模块数做差生成投入子模块差值。

s103：根据各子模块所在桥臂的桥臂电流方向选择条件关系式。

s104：根据投入子模块差值及条件关系式生成最优交换值。

s105：根据最优交换值调整投入组的子模块状态及切除组的子模块状态。

由图4所示的流程可知，本申请首先根据获取的同一桥臂上的各子模块的当前工作状态，将各子模块划分为投入组和切除组，其中，投入组的各子模块及切除组的各子模块分别按照子模块电压的大小进行排序；再利用mmc-hvdc调制技术计算出获取的预期投入子模块数与投入组中的子模块数事的差值即投入子模块差值；再通过判断当前桥臂的桥臂电流方向确定当前桥臂中电容的充电或放电状态，选择对应的条件关系式；根据投入子模块差值及选择的条件关系式生成最优交换值，最后根据最优交换值调整投入组的子模块个数及切除组的子模块个数，从而确定各子模块的触发脉冲。本申请具有调节桥臂子模块电容电压波动幅值(即均压效果)、优化mmc阀组的igbt平均开关频率、提高igbt的使用寿命、降低mmc阀组的损耗、及提高工程可靠性的有益效果。

为了使本领域的技术人员更好的了解本发明，下面列举一个更为详细的实施例，如图5所示，本发明实施例提供一种基于mmc-hvdc的igbt控制方法，该方法包括以下步骤：

s201：根据获取的同一桥臂上的各子模块的当前工作状态，将各子模块划分为投入组和切除组。其中将投入组的各子模块及切除组的各子模块分别按照子模块电压的大小进行排序。

具体实施时，获取的处于同一桥臂上的各子模块的当前工作状态，并根据当前工作状态将当前桥臂上的各子模块分为投入组和切除组。

将投入组的各子模块按照对应的子模块电压从大到小的顺序排列，同时将切除组的各子模块按照对应的子模块电压小到大的顺序排列。投入组的各子模块及切除组的各子模块的按照子模块电压的大小进行排序可以保持一致，也可以不一致，本发明不以此为限。

s202：将获取的预期投入子模块数与投入组中的子模块数做差生成投入子模块差值。

其中，获取的预期投入子模块数与投入组中的子模块数之差为投入子模块差值δn。

具体实施时，利用mmc-hvdc调制技术获取预期投入子模块数，本发明不以此为限。

s203：根据各子模块所在桥臂的桥臂电流方向选择条件关系式。

条件关系式包括：第一条件关系式及第二条件关系式。

其中，第一条件关系为：判断投入组的当前序号的子模块电压与切除组的对应序号的子模块电压的差值是否小于预设的子模块电压波动阈值。

第二条件关系为：判断切除组的当前序号的子模块电压与投入组的对应序号的子模块电压的差值是否小于预设的子模块电压波动阈值。

如图2所示，步骤s203具体执行包括：

s301：当各子模块所在桥臂的桥臂电流方向为充电电流方向时，选择第一条件关系式。

具体实施时，第一条件关系式为公式(1)所示：

tmaxk+1-qmink+1＜δu(1)

其中tmaxk+1为投入组中子模块电压从大到小排序中的第(k+1)个最大的子模块电压，qmink+1为切除组中子模块电压从小到大排序中的第(k+1)个最小的子模块电压，δu为预设的子模块电压波动阈值，k为满足公式(1)的最小整数即最优交换值，k的取值为0，1，2……n，n为大于等于0的整数。

s302：当各子模块所在桥臂的桥臂电流方向为放电电流方向时，选择第二条件关系式。

具体实施时，第二条件关系式如公式(2)所示：

qmaxk+1-tmink+1＜δu(2)

其中，qmaxk+1为切除组中子模块电压从小到大排序中的第(k+1)个最大的子模块电压，tmink+1为投入组中子模块电压从大到小排序中的第(k+1)个最小的子模块电压，δu为预设的子模块电压波动阈值，k为满足公式(2)的最小整数即最优交换值，k的取值为0，1，2……n，n为大于等于0的整数。

本申请中上述第一条件关系式及第二条件关系式通过调节桥臂子模块电容电压波动阈值δu实现了均压技术效果，同时通过确定最小的整数最优交换值k优化mmc阀组的igbt平均开关频率，实现了降低igbt平均开关频率，提高igbt的使用寿命及降低mmc阀组的损耗的技术效果。

s204：根据投入子模块差值及条件关系式生成最优交换值。

步骤s204具体执行过程包括：

(一)当各子模块所在桥臂的桥臂电流方向为充电电流方向时，步骤s204的实施过程如下：

当投入子模块差值等于零时，根据第一条件关系式生成第一最优交换值。

具体实施时，当投入子模块差值δn＝0，设定第一最优交换值为k1，则将第一条件关系式(1)转换为公式(3)，根据公式(3)生成第一最优交换值k1。

tmaxk1+1-qmink1+1＜δu(3)

其中，tmaxk1+1为投入组中子模块电压从大到小排序中的第(k1+1)个最大的子模块电压，qmink1+1为切除组中子模块电压从小到大排序中的第(k1+1)个最小的子模块电压，δu为预设的子模块电压波动阈值，k1为满足公式(3)的最小整数即第一最优交换值，k1的取值为0，1，2……n，n为大于等于零的整数。

当投入子模块差值小于零时，根据第一条件关系式及投入子模块差值的绝对值生成第二最优交换值。

具体实施时，当投入子模块差值δn<0时，设定第二最优交换值为k2，将投入子模块差值绝对值|δn|对应的|δn|个投入组的最大子模块电压对应的子模块预设为切除充电状态，则将第一条件关系式(1)转换为公式(4)，根据公式(4)生成第二最优交换值k2。

tmaxk2+|δn|+1-qmink2+1＜δu(4)

其中tmaxk2+|δn|+1为投入组中子模块电压从大到小排序中的第(k2+|δn|+1)个最大的子模块电压，qmink2+1为切除组中子模块电压从小到大排序中的第(k2+1)个最小的子模块电压，δu为预设的子模块电压波动阈值，k2为满足公式(4)的最小整数即第二最优交换值，k2的取值为0，1，2……n，n为大于等于0的整数整数，|δn|为投入子模块差值的绝对值。

当投入子模块差值大于零时，根据第一条件关系式及投入子模块差值的绝对值生成第三最优交换值。

具体实施时，当投入子模块差值δn≥0时，设定第三最优交换值为k3，将投入子模块差值的绝对值|δn|对应的|δn|个切除组的最小子模块电压对应的子模块设定为投入充电状态，则将第一条件关系式(1)转换为公式(5)，根据公式(5)生成第三最优交换值k3。

tmaxk3+1-qmink3+|δn|+1＜δu(5)

其中tmaxk3+1为投入组中子模块电压从大到小排序中的第(k3+1)个最大的子模块电压，qmink3+|δn|+1为切除组中子模块电压从小到大排序中的第(k3+|δn|+1)个最小的子模块电压，δu为预设的子模块电压波动阈值，k3为满足公式(5)的最小整数即第三最优交换值，k3的取值为0，1，2……n，n为大于等于0的整数，|δn|为投入子模块差值的绝对值。

(二)当各子模块所在桥臂的桥臂电流方向为放电电流方向时，步骤s204的实施过程如下：

当投入子模块差值等于零时，根据第二条件关系式生成第四最优交换值。

具体实施时，当投入子模块差值δn＝0时，设定第四最优交换值为k4，将第二条件关系式(2)转换为公式(6)，根据公式(6)生成第四最优交换值k4。

qmaxk4+1-tmink4+1＜δu(6)

其中，qmaxk1+1为切除组中子模块电压从小到大排序中的第(k4+1)个最大的子模块电压，tmink1+1为投入组中子模块电压从大到小排序中的第(k4+1)个最小的子模块电压，δu为预设的子模块电压波动阈值，k4为满足公式(6)的最小整数即第四最优交换值，k4的取值为0，1，2……n，n为大于等于0的整数。

当投入子模块差值小于零时，根据第二条件关系式及投入子模块差值的绝对值生成第五最优交换值。

具体实施时，当投入子模块差值δn<0时，设定第五最优交换值为k5，将投入子模块差值的绝对值|δn|对应|的δn|个投入组的最小子模块电压对应的子模块预设为切除放电状态，则将第二条件关系式(1)转换为公式(7)，根据公式(7)生成第五最优交换值k5。

qmaxk5+1-tmink5+|δn|+1＜δu(7)

其中，qmaxk5+1为切除组中子模块电压从小到大排序中的第(k5+1)个最大的子模块电压，tmink5+|δn|+1为投入组中子模块电压从大到小排序中的第(k5+|δn|+1)个最小的子模块电压，δu为预设的子模块电压波动阈值，k5为满足公式(7)的最小整数即第五最优交换值，k5的取值为0，1，2……n，n为大于等于0的整数，|δn|为投入子模块差值的绝对值。

当投入子模块差值大于零时，根据第二条件关系式及投入子模块差值的绝对值生成第六最优交换值。

具体实施时，当投入子模块差值δn≥0时，设定第六最优交换值为k6，将投入子模块差值的绝对值|δn|对应的|δn|个切除组的最大子模块电压对应的子模块预设为投入放电状态，则将第二条件关系式(2)转换为公式(8)，根据公式(8)生成第六最优交换值k6。

qmaxk6+|δn|+1-tmink6+1＜δu(8)

其中，qmaxk6+|δn|+1为切除组中子模块电压从小到大排序中的第(k6+|δn|+1)个最大的子模块电压，tmink6+1为投入组中子模块电压从大到小排序中的第(k6+1)个最小的子模块电压，δu为预设的子模块电压波动阈值，k6为满足公式(8)的最小整数即第六最优交换值，k6的取值为0，1，2……n，n为大于等于0的整数，|δn|为投入子模块差值的绝对值。

s205：根据最优交换值调整投入组的子模块状态及切除组的子模块状态。

步骤s205具体为以下任一步骤：

(一)将第一最优交换值对应个数的投入组的最大子模块电压对应的子模块切除充电状态，并将第一最优交换值对应个数的切除组的最小子模块电压对应的子模块投入充电状态。

具体实施时，根据第一最优交换值k1，将第一最优交换值k1对应的k1个投入组的最大子模块电压对应的子模块切除充电状态，并将第一最优交换值k1对应的k1个切除组的最小子模块电压对应的子模块投入充电状态。

(二)将投入子模块差值的绝对值与第二最优交换值之和对应个数的投入组的最大子模块电压对应的子模块切除充电状态，并将第二最优交换值对应个数的切除组的最小子模块电压对应的子模块投入充电状态。

具体实施时，根据第二最优交换值k2，将投入子模块差值的绝对值|δn|与第二最优交换值k2之和对应的(k2+|δn|)个投入组的最大子模块电压对应的子模块切除充电状态，并将第二最优交换值k2对应的k2个切除组的最小子模块电压对应的子模块投入充电状态。

(三)将第三最优交换值对应个数的投入组的最大子模块电压对应的子模块切除充电状态，并将投入子模块差值的绝对值与第三最优交换值之和对应个数的切除组的最小子模块电压对应的子模块投入充电状态。

具体实施时，根据第三最优交换值k3，将第三最优交换值k3对应的k3个投入组的最大子模块电压对应的子模块切除充电状态，并将投入子模块差值的绝对值|δn|与第三最优交换值k3之和对应的(k3+|δn|)个切除组的最小子模块电压对应的子模块投入充电状态。

(四)将第四最优交换值对应个数的切除组的最大子模块电压对应的子模块投入放电状态，并将第四最优交换值对应个数的投入组的最小子模块电压对应的子模块切除放电状态。

具体实施时，根据第四最优交换值k4，将第四最优交换值k4对应的k4个切除组的最大子模块电压对应的子模块投入放电状态，并将第四最优交换值k4对应的k4个投入组的最小子模块电压对应的子模块切除放电状态。

(五)将第五最优交换值对应个数的切除组的最大子模块电压对应的子模块投入放电状态，并将投入子模块差值的绝对值与第五最优交换值之和对应个数的投入组的最小子模块电压对应的子模块切除放电状态。

具体实施时，根据第五最优交换值k5，将第五最优交换值k5对应的k5个切除组的最大子模块电压对应的子模块投入放电状态，并将投入子模块差值绝对值|δn|与第五最优交换值k5之和(k5+|δn|)对应的(k5+|δn|)个投入组的最小子模块电压对应的子模块切除放电状态。

(六)将投入子模块差值的绝对值与第六最优交换值之和对应个数的切除组的最大子模块电压对应的子模块投入放电状态，并将第六最优交换值对应个数的投入组的最小子模块电压对应的子模块切除放电状态。

具体实施时，根据第六最优交换值k6，将投入子模块差值的绝对值|δn|与第六最优交换值k6之和对应的(k6+|δn|)个切除组的最大子模块电压对应的子模块投入放电状态，并将第六最优交换值k6对应的k6个投入组的最小子模块电压对应的子模块切除放电状态。

本实施例中的技术方案具有优化mmc阀组的igbt平均开关频率、降低mmc阀组损耗及适用于实际工程项目的有益效果。

为了清楚的说明上述实施例，下面结合具体的实施过程对上述实施例进行阐述：图6为本实施例中基于mmc-hvdc的igbt控制方法的流程图。

如图1所示，以桥臂ap为例，假设桥臂au共有20个子模块即n＝20，桥臂电流为iarm。假设没有模块故障，也就是说20个模块中，12个子模块的工作状态为投入状态，8个子模块的工作状态为切除状态。将投入状态的12个子模块按照子模块电压由高到低的顺序进行排列，并划分为投入组；将切除状态的8个子模块按照子模块电压由低到低的顺序进行排列，并划分为切除组。

具体的投入组t＝{sm1，sm2，sm3，sm4，sm5，sm6，sm7，sm8，sm9，sm10，sm11，sm12}，投入组的子模块个数为12，设定各子模块对应的子模块电压为vsm1＝12v，vsm2＝11v，vsm3＝10v，vsm4＝9v，vsm5＝8v，vsm6＝7v，vsm7＝6v，vsm8＝5v，vsm9＝4v，vsm10＝3v，vsm11＝2v，vsm12＝1v，各子模块电压由大到小的顺序如下：

切除组q＝{sm13，sm14，sm15，sm16，sm17，sm18，sm19，sm20}，其中设定各子模块对应的子模块电压为vsm13＝1v，vsm14＝,3v，vsm15＝5v，vsm16＝7v，vsm17＝9v，vsm18＝11v，vsm19＝13v，vsm20＝15v，各子模块电压由小到大的顺序如下：

vsm13≤vsm14≤vsm15≤vsm16≤vsm17≤vsm18≤vsm19≤vsm20

假设根据mmc-hvdc调制技术计算出本次运行中预投入模块数为14，则投入子模块差值δn＝预期投入子模块数-投入组中的子模块数＝14-12＝2。

如图6所示，判断桥臂au的桥臂电流方向是否为充电电流方向，选择对应的条件关系式。根据图1所示可知，桥臂au的桥臂电流方向iarm为充电电流方向，因此选择第一条件关系式。

如图6所示，由于投入子模块差值δn＝2>0，将投入子模块差值的绝对值|δn|对应的2个切除组的最小子模块电压对应的子模块预设为投入充电状态，并根据公式(5)生成第三最优交换值k3，其中切除组q子模块电压由小到大排序如下：

vsm13≤vsm14≤vsm15≤vsm16≤vsm17≤vsm18≤vsm19≤vsm20，在切除组的子模块电压中由小到大顺次选取2个最小子模块电压即vsm13及vsm14，预计将vsm13对应的子模块sm13及vsm14对应的子模块sm14投入充电状态，并根据第一条件关系式生成第三最优交换值k3。

在本实施例中，预设的子模块电压波动阈值δu＝3，公式(5)转换为公式(9)所示：

其中tmaxk3+1为投入组中子模块电压从大到小排序中的第(k3+1)个最大的子模块电压，qmink3+2+1为切除组中子模块电压从小到大排序中的第(k3+2+1)个最小的子模块电压，δu为预设的子模块电压波动阈值，k3为最小满足公式(9)的最小整数即第三最优交换值，k3的取值为0，1，2……，n，在本实施例中投入子模块差值的绝对值|δn|＝2。

将k3的值按照从小到大的顺序依次带入公式(9)，符合公式(9)的最小的整数值即为第三最优交换值k3，具体计算过程如下：

当k3＝0时，将各参数代入公式(9)获得如下公式(10)：

根据公式(10)可知tmax1-qmin2+1＝7≥3，不满足公式(9)的条件关系式。

当k3＝1时，将各参数代入公式(9)获得如下公式(11)：

根据公式(11)可知tmax2-qmin2+2＝4≥3，不满足公式(9)的条件关系式。

当k3＝2时，将各参数代入公式(9)获得如下公式(12)：

根据公式(12)可知tmax3-qmin5＝1＜3，满足公式(9)的条件关系式，因此第三最优交换值k3＝2。

如图6所示，根据第三最优交换值调整投入组t的子模块个数及切除组q的子模块个数。

具体调节过程如下：

将第三最优交换值k3对应的2个投入组t中的最大子模块电压vsm1及vsm2＝对应的子模块sm1及sm2切除充电状态。并将投入子模块差值的绝对值|δn|与第三最优交换值k3之和(即2+2＝4)对应的4个切除组q的最小子模块电压vsm13、vsm14vsm15及vsm16对应的子模块sm13，sm14，sm15及sm16投入充电状态。

本申请首先根据模块化多电平换流器子模块的投入和切除状态，将子模块分为投入组和切除组并根据子模块电压大小来分别排序，再通过对桥臂电流方向的判断，确定电容的充电或放电状态选择对应的条件关系式，再利用mmc-hvdc调制技术计算出预期投入子模块数和投入组中的子模块数之间的差值δn，根据选择条件关系式及投入子模块数差值δn计算出满足桥臂中子模块电压波动阈值δu(即均压效果)的投入组和切除组的最优交换值，最后根据最优交换值调整投入组和切除组的各子模块的触发脉冲，具有均压、优化mmc阀组的igbt平均开关频率、提高igbt的使用寿命、降低mmc阀组的损耗及提高工程可靠性的有益效果。

为了清楚说明本发明实施例，下面结合另一具体的实施例进行说明。以一个mmc系统为例，假设t1时刻桥臂电流方向为正，即投入的子模块处于充电状态，若预投入子模块数需要比当前投入子模块数多投入一个子模块，则将切除组中最小的一个子模块预先投入充电，使其电压快速上升。与此同时判断投入组与切除组的子模块电压差，若投入组的子模块最高电压与切除组第二小的子模块电压之差大于δu，且投入组子模块第二高的子模块电压与切除组第三小的子模块电压之差小于δu，如公式(5)所示，则最优交换值的最小整数取值为1，即只需将投入组最高子模块电压对应的子模块切除使其处于自放电状态，电压缓慢下降，切除组第二小的子模块电压(预先投入充电的子模块一个+根据最优交换值需要将1个子模块投入充电，共计将两个最小子模块电压)对应的子模块投入充电，电压快速上升，以此类推。假设t2时刻桥臂电流方向为负，即投入的子模块处于放电状态，若预投入子模块数需要比当前投入子模块数少投入一个子模块，则考虑先将投入组中子模块电压最小的一个子模块预先切除，使其处于自放电状态，电压缓慢下降。与此同时判断切除组与投入组的子模块电压差，若切除组的最高子模块电压与投入组第二小子模块电压之差大于δu，且切除组第二高子模块电压与投入组第三小子模块电压之差小于δu，如公式(8)所示，则最优交换值的最小整数取值为1，即只需将切除组最高子模块电压对应的子模块投入以达到快速放电状态，投入组第二小的子模块电压(一个子模块预先切除+根据最优交换值需要将1个子模块切除，共计将两个最小子模块电压)对应的子模块切除进入缓慢放电状态，以此类推。通过以上方法，达到跟随调制波和均压的效果。

基于与上述基于mmc-hvdc的igbt控制方法相同的申请构思，本申请提供一种计算机设备，如下面实施例所述。由于该计算机设备解决问题的原理与基于mmc-hvdc的igbt控制方法相似，因此该计算机设备的实施可以参见基于mmc-hvdc的igbt控制方法的实施，重复之处不再赘述。

在一个实施例中，计算机设备包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，如图4所示，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

s101：根据获取的同一桥臂上的各子模块的当前工作状态，将各子模块划分为投入组和切除组。其中，投入组的各子模块及切除组的各子模块分别按照子模块电压的大小进行排序。

s102：将获取的预期投入子模块数与投入组中的子模块数做差生成投入子模块差值。

s103：根据各子模块所在桥臂的桥臂电流方向选择条件关系式。

s104：根据投入子模块差值及条件关系式生成最优交换值。

s105：根据最优交换值调整投入组的子模块状态及切除组的子模块状态。

基于与上述基于mmc-hvdc的igbt控制方法相同的申请构思，本申请提供一种计算机可读存储介质，如下面实施例所述。由于该计算机可读存储介质解决问题的原理与基于mmc-hvdc的igbt控制方法相似，因此该计算机可读存储介质的实施可以参见基于mmc-hvdc的igbt控制方法的实施，重复之处不再赘述。

在一个实施例中，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，如图4所示，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

s101：根据获取的同一桥臂上的各子模块的当前工作状态，将各子模块划分为投入组和切除组。其中，投入组的各子模块及切除组的各子模块分别按照子模块电压的大小进行排序。

s102：将获取的预期投入子模块数与投入组中的子模块数做差生成投入子模块差值。

s103：根据各子模块所在桥臂的桥臂电流方向选择条件关系式。

s104：根据投入子模块差值及条件关系式生成最优交换值。

s105：根据最优交换值调整投入组的子模块状态及切除组的子模块状态。

本发明提供的一种基于mmc-hvdc的igbt控制方法，包括：根据获取的同一桥臂上的各子模块的当前工作状态，将各子模块划分为投入组和切除组；其中，投入组的各子模块及切除组的各子模块分别按照子模块电压的大小进行排序；将获取的预期投入子模块数与投入组中的子模块数做差生成投入子模块差值；根据各子模块所在桥臂的桥臂电流方向选择条件关系式；根据投入子模块差值及条件关系式生成最优交换值；根据最优交换值调整投入组的子模块状态及切除组的子模块状态。本申请通过将子模块按照投入/切除状态分组排序，然后基于投入/切除组的子模块电压差、桥臂电流方向以及均压效果生成投入/切除组的对应的最优交换值的方法，具有调节桥臂子模块电容电压波动幅值(即均压效果)、优化mmc阀组的igbt平均开关频率、提高igbt的使用寿命、降低mmc阀组的损耗、及提高工程可靠性的有益效果。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。