CN102082523B - 混合控制级联多电平逆变器的控制方法和多电平逆变器 - Google Patents

混合控制级联多电平逆变器的控制方法和多电平逆变器 Download PDF

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CN102082523B CN 200910194185 CN200910194185A CN102082523B CN 102082523 B CN102082523 B CN 102082523B CN 200910194185 CN200910194185 CN 200910194185 CN 200910194185 A CN200910194185 A CN 200910194185A CN 102082523 B CN102082523 B CN 102082523B
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宋庆国
陈元娣
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Abstract

本发明公开了一种混合控制级联多电平逆变器的控制方法和多电平逆变器。控制方法包括，获取N组光伏电池的输出电压，得到第1，2，…，i，…，N个输出电压，计算第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通角θ1′，θ2′，…，θi′，…，θN′，向上取整数得到θ1，θ2，…，θi，…，θN，利用导通角θ1，θ2，…，θi，…，θN，分别控制第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通，利用阶梯波算法得到阶梯波输出电压；获得m组光伏电池的输出电压，利用瞬时值反馈算法得到瞬时值反馈输出电压；将阶梯波输出电压和瞬时值反馈输出电压串联叠加，形成总输出电压，实现直流多电平输入变成交流电平输出。本方案可以减小工作频率，有利于提高逆变器的转换效率，减少电磁干扰，且系统结构简单。

Description

混合控制级联多电平逆变器的控制方法和多电平逆变器
技术领域
本发明涉及级联多电平逆变技术领域，尤其涉及一种混合控制级联多电平逆变器的控制方法和多电平逆变器。
背景技术
目前，在中高压大功率逆变器装置中，主要有三种拓扑结构形式：二极管钳位式多电平逆变器（NPC）、飞跨电容式多电平逆变器（FC）、级联多电平逆变器（Cascaded）。其中，级联多电平逆变器具有以下优点，功率开关管应力低、输出电压谐波含量小、谐波次数高等，而且实现输出相同电平数所需器件最少，不存在直流侧电容不均压等问题，可靠性高，是太阳能光伏发电系统、燃料电池等输出或并网逆变器的首选拓扑结构。
现有的级联多电平逆变器的控制方法比较多，可以分为两大类：一是利用阶梯波算法控制级联单元，它包括有低次谐波含量最小法、指定谐波消除法等；二是瞬时值反馈算法控制级联单元，调制方式为脉宽调制法（PWM），它包括消谐波法（SHPWM）、开关频率优化法（SFOPWM）、相移脉宽调制法（PSPWM）、空间矢量调制方法（SVPWM）、正弦波脉宽调制法（SPWM，Sine Pulse-Width Modulation）以及脉冲幅值调制法（PAM）等。阶梯波算法的优点是开关器件工作在调制波（工频）频率，开关频率低，效率高，它的缺点是需要通过调节直流电压来调节输出功率，系统比较复杂。而瞬时值反馈算法的优点是可以通过脉宽或桥臂间相移调节输出功率，系统结构简单，输出波形质量好，它的不足之处是开关器件工作频率较高（载波），开关损耗较大。
发明内容
本发明提供一种混合控制级联多电平逆变器的控制方法和多电平逆变器，其可减小工作频率，降低开关损耗，提高逆变器转换效率，且系统结构简单。
阶梯波算法与瞬时值反馈算法混合控制级联多电平逆变器的控制方法，包括：
步骤A，利用阶梯波算法控制N组光伏电池，包括：
步骤A1.获取N组光伏电池的输出电压，得到第1，2，…，i，…，N个输出电压；
步骤A2.计算第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通角                                                
Figure 832461DEST_PATH_IMAGE001
，，…，
Figure 240232DEST_PATH_IMAGE003
，…，
Figure 286685DEST_PATH_IMAGE004
：
Figure 662172DEST_PATH_IMAGE005
对上式计算得到的导通角
Figure 598029DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 731070DEST_PATH_IMAGE002
，…，
Figure 419365DEST_PATH_IMAGE003
，…，
Figure 321462DEST_PATH_IMAGE004
向上取整数,得到导通角
Figure 926755DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 48557DEST_PATH_IMAGE007
，…，
Figure 171234DEST_PATH_IMAGE008
，…，：
Figure 468147DEST_PATH_IMAGE010
其中，表示对向上取整数；
步骤A3.利用步骤A2得出的导通角
Figure 739356DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 624136DEST_PATH_IMAGE007
，…，，…，
Figure 621228DEST_PATH_IMAGE009
，分别控制第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通，利用阶梯波算法得到阶梯波输出电压；
步骤B，利用瞬时值反馈算法控制m组光伏电池，包括：
步骤B1.获得m组光伏电池的输出电压；
步骤B2.利用瞬时值反馈算法得到瞬时值反馈输出电压；
步骤C，将步骤A3的阶梯波输出电压和步骤B2的瞬时值反馈输出电压串联叠加，形成总输出电压，实现直流多电平输入变成交流电平输出。
优选的，N组光伏电池的输出电压均为
Figure 883582DEST_PATH_IMAGE012
，m组光伏电池的输出电压均为
Figure 345787DEST_PATH_IMAGE013
，步骤C之后进一步包括步骤D：
阶梯波输出电压的表达式为：
Figure 192127DEST_PATH_IMAGE014
其中，n=3，5，7，…，∞；
瞬时值反馈输出电压的表达式为：
Figure 991456DEST_PATH_IMAGE015
    其中，
Figure 983683DEST_PATH_IMAGE016
=m，2m，3m，…，∞；n=
Figure 7002DEST_PATH_IMAGE017
，，
Figure 586068DEST_PATH_IMAGE019
，…，∞；M表示调制比，
Figure 698381DEST_PATH_IMAGE020
表示相对载波的谐波次数，n表示相对调制波的谐波次数，kf表示载波与调制波的比值；
总输出电压的表达式为：
Figure 597329DEST_PATH_IMAGE021
    总输出电压的基波电压表达式为：
Figure 919726DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 467382DEST_PATH_IMAGE023
；
根据上式计算总输出电压的基波电压；
判断计算得到的基波电压是否属于预置的基准基波电压范围内，如果是，不调整光伏电池的输出电压，否则，调整光伏电池的输出电压。
优选的，N组光伏电池的输出电压均为，m组光伏电池的输出电压均为
Figure 799323DEST_PATH_IMAGE013
，步骤C之后进一步包括步骤D：
阶梯波输出电压的表达式为：
Figure 343437DEST_PATH_IMAGE014
其中，n=3，5，7，…，∞；
瞬时值反馈输出电压的表达式为：
    其中，
Figure 608120DEST_PATH_IMAGE016
=m，2m，3m，…，∞；n=
Figure 144143DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 50919DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 533853DEST_PATH_IMAGE019
，…，∞；M表示调制比，
Figure 599898DEST_PATH_IMAGE020
表示相对载波的谐波次数，n表示相对调制波的谐波次数，kf表示载波与调制波的比值；
总输出电压的表达式为：
Figure 182189DEST_PATH_IMAGE021
    总输出电压的谐波电压表达式为：
根据上式计算总输出电压的谐波电压；
判断计算得到的谐波电压是否小于预置的基准谐波电压，如果是，不调整光伏电池的输出电压，否则，调整光伏电池的输出电压。
优选的，N组光伏电池的输出电压均为
Figure 895510DEST_PATH_IMAGE012
，m组光伏电池的输出电压均为，步骤C之后进一步包括步骤D：
阶梯波输出电压的表达式为：
Figure 897150DEST_PATH_IMAGE014
其中，n=3，5，7，…，∞；
瞬时值反馈输出电压的表达式为：
    其中，
Figure 399992DEST_PATH_IMAGE016
=m，2m，3m，…，∞；n=，
Figure 343819DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 712483DEST_PATH_IMAGE019
，…，∞；M表示调制比，
Figure 872069DEST_PATH_IMAGE020
表示相对载波的谐波次数，n表示相对调制波的谐波次数，kf表示载波与调制波的比值；
总输出电压的表达式为：
    总输出电压的基波电压表达式为：
其中，
Figure 46064DEST_PATH_IMAGE023
；
根据上式计算总输出电压的基波电压；
总输出电压的谐波电压表达式为：
根据上式计算总输出电压的谐波电压；
如果计算得到的基波电压属于预置的基准基波电压范围内，且计算得到的谐波电压小于预置的基准谐波电压，则不调整光伏电池的输出电压；否则，调整光伏电池的输出电压。
优选的，调整光伏电池的输出电压具体为：调整N组光伏电池的输出电压
Figure 870243DEST_PATH_IMAGE012
和/或m组光伏电池的输出电压
Figure 136139DEST_PATH_IMAGE013
。
一种阶梯波算法级联多电平逆变器，包括：
阶梯波算法控制单元，用于利用阶梯波算法控制N组光伏电池，控制过程包括：
步骤A1.获取N组光伏电池的输出电压，得到第1，2，…，i，…，N个输出电压；
步骤A2.计算第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通角
Figure 338450DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 574260DEST_PATH_IMAGE002
，…，，…，
Figure 615214DEST_PATH_IMAGE004
：
Figure 180188DEST_PATH_IMAGE005
对上式计算得到的导通角
Figure 983802DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 911307DEST_PATH_IMAGE002
，…，
Figure 519006DEST_PATH_IMAGE003
，…，
Figure 695909DEST_PATH_IMAGE004
向上取整数,得到导通角
Figure 7942DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 462057DEST_PATH_IMAGE007
，…，，…，
Figure 406321DEST_PATH_IMAGE009
：
Figure 522045DEST_PATH_IMAGE010
Figure 955300DEST_PATH_IMAGE011
表示对
Figure 904802DEST_PATH_IMAGE003
向上取整数；
步骤A3.利用步骤A2得出的导通角
Figure 259560DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 208668DEST_PATH_IMAGE007
，…，
Figure 371796DEST_PATH_IMAGE008
，…，
Figure 616832DEST_PATH_IMAGE009
，分别控制第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通，利用阶梯波算法得到阶梯波输出电压；
瞬时值反馈算法控制单元，用于利用瞬时值反馈算法控制m组光伏电池，控制过程包括：
步骤B1.获得m组光伏电池的输出电压；
步骤B2.利用瞬时值反馈算法得到瞬时值反馈输出电压；
电压串联叠加单元，用于将阶梯波输出电压和瞬时值反馈输出电压串联叠加，形成总输出电压，实现直流多电平输入变成交流电平输出。
优选的，N组光伏电池的输出电压均为
Figure 724466DEST_PATH_IMAGE012
，m组光伏电池的输出电压均为
Figure 588516DEST_PATH_IMAGE013
；
进一步包括输出电压调整单元，用于调整输出电压，调整过程包括：
Figure 730785DEST_PATH_IMAGE014
其中，n=3，5，7，…，∞；
瞬时值反馈输出电压的表达式为：
Figure 382608DEST_PATH_IMAGE015
    其中，
Figure 118483DEST_PATH_IMAGE016
=m，2m，3m，…，∞；n=
Figure 910859DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 783000DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 104260DEST_PATH_IMAGE019
，…，∞；M表示调制比，
Figure 452064DEST_PATH_IMAGE020
表示相对载波的谐波次数，n表示相对调制波的谐波次数，kf表示载波与调制波的比值；
总输出电压的表达式为：
Figure 657918DEST_PATH_IMAGE021
    总输出电压的基波电压表达式为：
Figure 273313DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 765475DEST_PATH_IMAGE023
；
根据上式计算总输出电压的基波电压；
总输出电压的谐波电压表达式为：
Figure 210362DEST_PATH_IMAGE024
根据上式计算总输出电压的谐波电压；
输出电压调整单元有如下三种方式判断方式：
方式一：判断计算得到的基波电压是否属于预置的基准基波电压范围内，如果是，不调整光伏电池的输出电压，否则，调整光伏电池的输出电压。
方式二：判断计算得到的谐波电压是否小于预置的基准谐波电压，如果是，不调整光伏电池的输出电压，否则，调整光伏电池的输出电压。
方式三：如果计算得到的基波电压属于预置的基准基波电压范围内，且计算得到的谐波电压小于预置的基准谐波电压，则不调整光伏电池的输出电压；否则，调整光伏电池的输出电压。
优选的，调整光伏电池的输出电压具体为：调整N组光伏电池的输出电压
Figure 344541DEST_PATH_IMAGE012
和/或m组光伏电池的输出电压
Figure 456853DEST_PATH_IMAGE013
。
本发明的有益效果：本技术方案的控制方法包括，步骤A，利用阶梯波算法控制N组光伏电池，获取N组光伏电池的输出电压，得到第1，2，…，i，…，N个输出电压，计算第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通角
Figure 854336DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 678198DEST_PATH_IMAGE002
，…，
Figure 225854DEST_PATH_IMAGE003
，…，，向上取整数得到
Figure 885692DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 570751DEST_PATH_IMAGE007
，…，
Figure 515573DEST_PATH_IMAGE008
，…，
Figure 971786DEST_PATH_IMAGE009
，利用计算得出的导通角
Figure 383176DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 414586DEST_PATH_IMAGE007
，…，
Figure 897520DEST_PATH_IMAGE008
，…，
Figure 838931DEST_PATH_IMAGE009
，分别控制第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通，利用阶梯波算法得到阶梯波输出电压；步骤B，利用瞬时值反馈算法控制m组光伏电池，获得m组光伏电池的输出电压，利用瞬时值反馈算法得到瞬时值反馈输出电压；步骤C，将阶梯波输出电压和瞬时值反馈输出电压串联叠加，形成总输出电压，实现直流多电平输入变成交流电平输出。本方案混合了阶梯波算法控制方法和瞬时值反馈算法控制方法，结合阶梯波算法和瞬时值反馈算法的优点，可以减小工作频率，降低开关损耗，有利于提高逆变器输出波形质量和逆变器转换效率，减少电磁干扰，且系统结构简单。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的级联多电平逆变器结构示意图；
图3为本发明的N组光伏电池使用阶梯波算法的结构示意图；
图4为本发明的N组光伏电池输出波形的形成过程示意图；
图5为本发明的阶梯波算法级联多电平逆变器触发角取值示意图；
图6为本发明的实施例系统结构示意图；
图7为本发明的占空比为1时电网电压与逆变器输出电流波形图；
图8为本发明的占空比为1时逆变器输出电流FFT频谱图；
图9为本发明的占空比为1时逆变器输出电压波形图；
图10为本发明的占空比为0.8时电网电压与逆变器输出电流波形图；
图11为本发明的占空比为0.8时逆变器输出电流FFT频谱图；
图12为本发明的采用倍频SPWM方式的电网电压与逆变器输出电流波形图；
图13为本发明的采用倍频SPWM方式的逆变器输出电流FFT频谱；
图14为本发明的采用阶梯波方式的电网电压与逆变器输出电流波形图；
图15为本发明的采用阶梯波方式的逆变器输出电流FFT频谱。
具体实施方式
实施例一
参见图1，阶梯波算法与瞬时值反馈算法混合控制级联多电平逆变器的控制方法，包括：
步骤101，利用阶梯波算法控制N组光伏电池，包括：
步骤1011.获取N组光伏电池的输出电压，得到第1，2，…，i，…，N个输出电压；
步骤1012.计算第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通角
Figure 280277DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 674349DEST_PATH_IMAGE002
，…，，…，
Figure 382990DEST_PATH_IMAGE004
：
Figure 136182DEST_PATH_IMAGE005
对上式计算得到的导通角
Figure 611026DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 966921DEST_PATH_IMAGE002
，…，
Figure 617345DEST_PATH_IMAGE003
，…，
Figure 164608DEST_PATH_IMAGE004
向上取整数,得到导通角
Figure 126748DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 161700DEST_PATH_IMAGE007
，…，，…，：
Figure 335695DEST_PATH_IMAGE010
表示对
Figure 159874DEST_PATH_IMAGE003
向上取整数。ceil函数表示返回大于
Figure 19246DEST_PATH_IMAGE003
的最小整数，比如ceil（15.1）=16；ceil（16.8）=17。
步骤1013.利用步骤1012向上取整数得出的导通角
Figure 690398DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 457366DEST_PATH_IMAGE007
，…，
Figure 936889DEST_PATH_IMAGE008
，…，
Figure 996855DEST_PATH_IMAGE009
，分别控制第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通，利用阶梯波算法得到阶梯波输出电压。
步骤102，利用瞬时值反馈算法控制m组光伏电池，包括：
步骤1021.获得m组光伏电池的输出电压；
步骤1022.利用瞬时值反馈算法得到瞬时值反馈输出电压。
本实施例中，瞬时值反馈算法使用倍频SPWM调整方式。当然，本方案还可以使用其它的调制方式。其中，光伏电池在结构图中称为级联单元。
步骤103，将步骤1013的阶梯波输出电压和步骤1022的瞬时值反馈输出电压串联叠加，形成总输出电压，实现直流多电平输入变成交流电平输出。
本实施例中，步骤103之后，通过计算得到的总输出电压的谐波电压和/或基波电压判断是否需要调整光伏电池的输出电压，提供如下三种优选实施方式。这三种方式可根据实际环境选择。
方式一：
N组光伏电池的输出电压均为，m组光伏电池的输出电压均为；
阶梯波输出电压的表达式为：
Figure 794413DEST_PATH_IMAGE014
其中，n=3，5，7，…，∞；
瞬时值反馈输出电压的表达式为：
    其中，
Figure 47857DEST_PATH_IMAGE016
=m，2m，3m，…，∞；n=
Figure 392513DEST_PATH_IMAGE017
，，
Figure 218703DEST_PATH_IMAGE019
，…，∞；M表示调制比，
Figure 882903DEST_PATH_IMAGE020
表示相对载波的谐波次数，n表示相对调制波的谐波次数，kf表示载波与调制波的比值；
总输出电压的表达式为：
Figure 405151DEST_PATH_IMAGE021
    根据上式，总输出电压的基波电压表达式为：
Figure 838407DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 879918DEST_PATH_IMAGE023
；
根据上式计算总输出电压的基波电压；
判断计算得到的基波电压是否属于预置的基准基波电压范围内，如果是，不调整光伏电池的输出电压，否则，调整光伏电池的输出电压。
方式二：
N组光伏电池的输出电压均为
Figure 641201DEST_PATH_IMAGE012
，m组光伏电池的输出电压均为；
阶梯波输出电压的表达式为：
Figure 254902DEST_PATH_IMAGE014
其中，n=3，5，7，…，∞；
瞬时值反馈输出电压的表达式为：
Figure 562256DEST_PATH_IMAGE015
    其中，
Figure 76413DEST_PATH_IMAGE016
=m，2m，3m，…，∞；n=
Figure 566563DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 584197DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 734556DEST_PATH_IMAGE019
，…，∞；M表示调制比，
Figure 595065DEST_PATH_IMAGE020
表示相对载波的谐波次数，n表示相对调制波的谐波次数，kf表示载波与调制波的比值；
总输出电压的表达式为：
Figure 997227DEST_PATH_IMAGE021
    根据上式，总输出电压的谐波电压表达式为：
Figure 259581DEST_PATH_IMAGE024
根据上式计算总输出电压的谐波电压。实际计算的时候，
Figure 91095DEST_PATH_IMAGE016
和n的最大值可设置为一整数，比如99，该整数越大，计算的次数就越多，可根据实际情况设置该整数的数值。
判断计算得到的谐波电压是否小于预置的基准谐波电压，如果是，不调整光伏电池的输出电压，否则，调整光伏电池的输出电压。
方式三：
N组光伏电池的输出电压均为
Figure 48687DEST_PATH_IMAGE012
，m组光伏电池的输出电压均为
Figure 644753DEST_PATH_IMAGE013
；
阶梯波输出电压的表达式为：
Figure 636980DEST_PATH_IMAGE014
其中，n=3，5，7，…，∞；
瞬时值反馈输出电压的表达式为：
Figure 863562DEST_PATH_IMAGE015
    其中，
Figure 698663DEST_PATH_IMAGE016
=m，2m，3m，…，∞；n=
Figure 708207DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 181039DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 844102DEST_PATH_IMAGE019
，…，∞；M表示调制比，
Figure 776285DEST_PATH_IMAGE020
表示相对载波的谐波次数，n表示相对调制波的谐波次数，kf表示载波与调制波的比值；
总输出电压的表达式为：
Figure 714154DEST_PATH_IMAGE021
    总输出电压的基波电压表达式为：
Figure 274449DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 341369DEST_PATH_IMAGE023
；
根据上式计算总输出电压的基波电压；
总输出电压的谐波电压表达式为：
Figure 619903DEST_PATH_IMAGE024
根据上式计算总输出电压的谐波电压；
判断计算得到的基波电压是否属于预置的基准基波电压范围内，且判断计算得到的谐波电压是否小于预置的基准谐波电压；如果计算得到的基波电压属于预置的基准基波电压范围内，且计算得到的谐波电压小于预置的基准谐波电压，则不调整光伏电池的输出电压，否则，调整光伏电池的输出电压。
上述基准基波电压范围和基准谐波电压均为预先设置，为本方案期望达到的技术指标，如果无法达到技术指标，则进行光伏电池的输出电压的调整。经调整后，重新运行步骤101，获取的是调整后的输出电压，然后重新计算，判断是否需要再次调整。
上述调整光伏电池的输出电压具体为：调整N组光伏电池的输出电压
Figure 971250DEST_PATH_IMAGE012
和/或m组光伏电池的输出电压
Figure 386051DEST_PATH_IMAGE013
。即调整光伏电池的输出电压可以有以下三种方法：仅调整N组光伏电池的输出电压
Figure 632661DEST_PATH_IMAGE012
；仅调整m组光伏电池的输出电压
Figure 444497DEST_PATH_IMAGE013
；或同时调整N组光伏电池的输出电压
Figure 193010DEST_PATH_IMAGE012
和m组光伏电池的输出电压
Figure 993476DEST_PATH_IMAGE013
。
上述调整光伏电池的输出电压，可以为调整光伏电池本身的输出电压，将调整后的输出电压发送到多电平逆变器；也可以为多电平逆变器接收到光伏电池的输出电压后，对接收到的输出电压进行调整。
为便于读者理解本发明，以下从理论上分析本发明的推导过程。
参见图2，本实施例的电路由（N+m）个单元级联而成。第1至N个单元为阶梯波控制，第N+1至N+m单元为瞬时值控制。
从N+1到N+m单元为带瞬时值控制的倍频SPWM调整工作模式。单元和单元之间采取载波移相叠加方式。倍频SPWM调整工作模式与一般SPWM工作模式的区别在于：它只有正向输出、反向输出和旁路三种状态，而没有四只开关器件都不导通的零状态；即用两个频率、幅值相同，相位相反的正弦波和载波三角波交截产生两路控制信号，分别控制逆变桥的左右桥臂的上管，每个桥臂的上下管互补导通。
阶梯波控制的级联单元是构成逆变器总输出电压的主体，其叠加的阶梯台阶有效值占整个逆变器总输出电压有效值的
Figure 575767DEST_PATH_IMAGE025
左右，下面先分析阶梯波算法。
参见图3图4，设有N个级联单元（FBI）为阶梯波叠加，且设
Figure 64779DEST_PATH_IMAGE026
。
参见图5，本发明提出一种简便的触发角取值方法。 ，（i=1，2…N-1）。
（1）的取值原则如下：
(a)
Figure 25148DEST_PATH_IMAGE029
；
(b) 
Figure 765571DEST_PATH_IMAGE030
向上取整数；
（2）
Figure 262411DEST_PATH_IMAGE031
的取值原则：
(a) 
Figure 536004DEST_PATH_IMAGE032
的值是取
Figure 53573DEST_PATH_IMAGE033
与
Figure 422238DEST_PATH_IMAGE034
中间值；
(b) 
Figure 581824DEST_PATH_IMAGE035
向上取整数（在具体实施时，通过软件实现取整）；
根据上述方法，N=5时，导通角如下：
，对其向上取整数，
Figure 775225DEST_PATH_IMAGE037
。
Figure 991705DEST_PATH_IMAGE038
，对其向上取整数，
Figure 830348DEST_PATH_IMAGE039
。
，对其向上取整数，；
，对其向上取整数，
Figure 18435DEST_PATH_IMAGE043
；
Figure 589969DEST_PATH_IMAGE044
，对其向上取整数，
Figure 26766DEST_PATH_IMAGE045
。
以下分析阶梯波输出电压的表达式：
由P.P.Biringer计算式，可推导得到谐波分量的幅值为：
Figure 716374DEST_PATH_IMAGE046
                              公式1
上式中，Udc1表示阶梯波台阶值，N表示在四分之一个调制周期内阶梯数。
根据公式1，写出N=5时的阶梯波级联逆变器的输出电压表达式为：
Figure 490295DEST_PATH_IMAGE047
    公式2
写成通式
Figure 89903DEST_PATH_IMAGE048
        公式3
    以下分析瞬时值反馈输出电压的表达式：
对于N+1---N+m级联单元采取的倍频SPWM控制模式。设级联单元电压为Udc2，先以一个单元的倍频SPWM输出波形为例进行分析，采取倍频调制方式的单相逆变桥输出电压的傅立叶分析，结果如下：
      
Figure 822236DEST_PATH_IMAGE049
           公式4
式中，M表示调制比；表示相对载波的谐波次数；n表示相对调制波的谐波次数；kf表示载波与调制波的比值。
根据载波移相叠加原理，级联逆变器相邻单元间的移相角为，（
Figure 735593DEST_PATH_IMAGE051
，
Figure 638827DEST_PATH_IMAGE052
-载波频率），
Figure 912814DEST_PATH_IMAGE053
个逆变器单元级联后输出电压为：
Figure 559696DEST_PATH_IMAGE015
  
                                                              公式5
最后得到整个混合控制的级联逆变器的总输出电压为：
Figure 784547DEST_PATH_IMAGE021
                                                          公式6
由公式6得到总输出电压的基波电压为：
       公式7
其中，
Figure 885544DEST_PATH_IMAGE023
           
由公式7可以看出，调节调制比M可以调节基波电压的幅值，特别是当
Figure 945904DEST_PATH_IMAGE054
时，其调节范围
Figure 499245DEST_PATH_IMAGE055
。进一步分析：当SPWM控制部分的调制波移相一个角度
Figure 213123DEST_PATH_IMAGE056
后，得到输出电压的基波电压
Figure 461702DEST_PATH_IMAGE057
为：
Figure 951851DEST_PATH_IMAGE058
　　　　             公式8
取
Figure 235065DEST_PATH_IMAGE059
，公式8变为
Figure 119844DEST_PATH_IMAGE060
     公式9
Figure 980353DEST_PATH_IMAGE061
公式9表明，可以通过控制SPWM的调制波移相调节幅值和功率因数。
由公式6得到总输出电压的谐波电压：
　　　　
Figure 648095DEST_PATH_IMAGE062
　　                公式10
谐波由两部分组成。其中SPWM级联单元的谐波为以
Figure 910449DEST_PATH_IMAGE063
为中心分布的系列频率，其两边的边频幅值以函数
Figure 372654DEST_PATH_IMAGE064
下降。当
Figure 687836DEST_PATH_IMAGE065
较大时，SPWM级联单元谐波频率很高，不影响输出滤波器的设计。混合控制的级联逆变器的输出电压低次谐波主要是阶梯波控制部分引起的。输出滤波器设计主要针对阶梯波波形部分。
参见图6至图15，以下对一个具体实施例进行仿真。
建立由4个单元构成的混合型级联逆变器系统，得到如图7至图15的仿真结果波形图。仿真条件如下：电网电压为220V；滤波电感10mH；前三个单元为梯形波控制，单元输入直流电压分别为70V，140V，140V；第四单元采取倍频SPWM调制方式，输入直流电压为140V，器件开关频率为1kHz。为了对比，进行了多种情况的仿真。其中，图7图8图9为占空比为1时的波形；图10图11为占空比为0.8时的波形；图12图13为仅1个单元，输入直流电压为490V，采取倍频SPWM调制方式，占空比为0.8时的波形；图14图15为仅1个单元，输入直流电压为490V，采取梯形波控制方式时的波形。
从以上的技术方案可以看出，本发明混合了阶梯波算法控制方法和瞬时值反馈算法控制方法，结合阶梯波算法和瞬时值反馈算法的优点，可以减小工作频率，降低开关损耗，有利于提高逆变器输出波形质量和逆变器转换效率，减少电磁干扰，且系统结构简单。本发明可以用于UPS不间断电源、太阳能光伏发电系统等领域。本发明有益效果分析如下：
（1）有效地减小逆变器工作频率。常规50Hz逆变器工作频率一般为10KHZ。假设实施本方案时，阶梯波部分由六个单元组成，SPWM部分由两个单元组成；由于本发明阶梯波部分的工作频率为基波频率，阶梯波部分由六个单元组成，其工作频率为6×50=300HZ,SPWM部分由两个单元组成，通过移相叠加后，其工作频率为10/2=5KHZ，整个级联逆变器平均工作频率(总的开关频率除以总的单元数，为近似估算)：
   
Figure 283902DEST_PATH_IMAGE066
=
Figure 276129DEST_PATH_IMAGE067
=660HZ
这低于全部单元由SPWM控制的逆变器工作频率。
（2）降低开关损耗。根据功率开关器件的开关损耗计算公式：
Figure 33869DEST_PATH_IMAGE068
其中，
Figure 901593DEST_PATH_IMAGE069
表示级联合电平平均工作频率；
          
Figure 911138DEST_PATH_IMAGE070
，
Figure 882505DEST_PATH_IMAGE071
表示功率开关器件在开关过程中的电流、电压；
          
Figure 545567DEST_PATH_IMAGE072
，
Figure 71226DEST_PATH_IMAGE073
表示功率开关器件开通、关断时间。
降低了开关频率就可以降低开关损耗。
（3）本发明提出了计算导通角的算法和对计算出来的导通角进行向上取整数，简化了阶梯波导通角的计算公式，实现导通角的在线计算，使得本发明易于实现。
实施例二
一种阶梯波算法级联多电平逆变器，包括：
阶梯波算法控制单元，用于利用阶梯波算法控制N组光伏电池，控制过程包括：
步骤A1.获取N组光伏电池的输出电压，得到第1，2，…，i，…，N个输出电压；
步骤A2.计算第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通角，
Figure 208870DEST_PATH_IMAGE002
，…，
Figure 449359DEST_PATH_IMAGE003
，…，
Figure 462314DEST_PATH_IMAGE004
：
Figure 938295DEST_PATH_IMAGE005
对上式计算得到的导通角
Figure 759620DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 295644DEST_PATH_IMAGE002
，…，
Figure 297360DEST_PATH_IMAGE003
，…，
Figure 452398DEST_PATH_IMAGE004
向上取整数,得到导通角
Figure 252864DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 835155DEST_PATH_IMAGE007
，…，
Figure 353861DEST_PATH_IMAGE008
，…，
Figure 640486DEST_PATH_IMAGE009
：
Figure 436403DEST_PATH_IMAGE010
其中，
Figure 547186DEST_PATH_IMAGE011
表示对
Figure 428554DEST_PATH_IMAGE003
向上取整数；
步骤A3.利用步骤A2向上取整数得出的导通角
Figure 518870DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 293928DEST_PATH_IMAGE007
，…，
Figure 218021DEST_PATH_IMAGE008
，…，
Figure 445740DEST_PATH_IMAGE009
，分别控制第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通，利用阶梯波算法得到阶梯波输出电压；
瞬时值反馈算法控制单元，用于利用瞬时值反馈算法控制m组光伏电池，控制过程包括：
步骤B1.获得m组光伏电池的输出电压；
步骤B2.利用瞬时值反馈算法得到瞬时值反馈输出电压；
电压串联叠加单元，用于将阶梯波输出电压和瞬时值反馈输出电压串联叠加，形成总输出电压，实现直流多电平输入变成交流电平输出。
本实施例中，输出电压调整单元通过计算得到的总输出电压的谐波电压和/或基波电压判断是否需要调整光伏电池的输出电压，提供如下三种优选实施方式。这三种方式可根据实际环境选择。
方式一：
N组光伏电池的输出电压均为
Figure 575633DEST_PATH_IMAGE012
，m组光伏电池的输出电压均为；
输出电压调整单元用于调整输出电压，调整过程包括：
阶梯波输出电压的表达式为：
Figure 565771DEST_PATH_IMAGE014
其中，n=3，5，7，…，∞；
瞬时值反馈输出电压的表达式为：
    其中，
Figure 119429DEST_PATH_IMAGE016
=m，2m，3m，…，∞；n=
Figure 337921DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 603817DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 785224DEST_PATH_IMAGE019
，…，∞；M表示调制比，
Figure 286613DEST_PATH_IMAGE020
表示相对载波的谐波次数，n表示相对调制波的谐波次数，kf表示载波与调制波的比值；
总输出电压的表达式为：
Figure 359611DEST_PATH_IMAGE021
    总输出电压的基波电压表达式为：
Figure 796408DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 486016DEST_PATH_IMAGE023
；
根据上式计算总输出电压的基波电压；
判断计算得到的基波电压是否属于预置的基准基波电压范围内，如果是，不调整光伏电池的输出电压，否则，调整光伏电池的输出电压。
方式二：
N组光伏电池的输出电压均为
Figure 666461DEST_PATH_IMAGE012
，m组光伏电池的输出电压均为
Figure 95431DEST_PATH_IMAGE013
；
输出电压调整单元用于调整输出电压，调整过程包括：
Figure 827763DEST_PATH_IMAGE014
其中，n=3，5，7，…，∞；
瞬时值反馈输出电压的表达式为：
Figure 880033DEST_PATH_IMAGE015
    其中，
Figure 988803DEST_PATH_IMAGE016
=m，2m，3m，…，∞；n=
Figure 177339DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 549415DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 712149DEST_PATH_IMAGE019
，…，∞；M表示调制比，
Figure 234398DEST_PATH_IMAGE020
表示相对载波的谐波次数，n表示相对调制波的谐波次数，kf表示载波与调制波的比值；
总输出电压的表达式为：
Figure 729970DEST_PATH_IMAGE074
    总输出电压的谐波电压表达式为：
Figure 679471DEST_PATH_IMAGE024
根据上式计算总输出电压的谐波电压；
判断计算得到的谐波电压是否小于预置的基准谐波电压，如果是，不调整光伏电池的输出电压，否则，调整光伏电池的输出电压。
方式三：
N组光伏电池的输出电压均为
Figure 299809DEST_PATH_IMAGE012
，m组光伏电池的输出电压均为
Figure 986267DEST_PATH_IMAGE013
；
输出电压调整单元用于调整输出电压，调整过程包括：
Figure 149395DEST_PATH_IMAGE014
其中，n=3，5，7，…，∞；
瞬时值反馈输出电压的表达式为：
Figure 128852DEST_PATH_IMAGE015
    其中，
Figure 502065DEST_PATH_IMAGE016
=m，2m，3m，…，∞；n=
Figure 366116DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 773963DEST_PATH_IMAGE018
，，…，∞；M表示调制比，表示相对载波的谐波次数，n表示相对调制波的谐波次数，kf表示载波与调制波的比值；
总输出电压的表达式为：
Figure 685528DEST_PATH_IMAGE021
    总输出电压的基波电压表达式为：
其中，
Figure 878929DEST_PATH_IMAGE023
；
根据上式计算总输出电压的基波电压；
总输出电压的谐波电压表达式为：
Figure 226734DEST_PATH_IMAGE024
根据上式计算总输出电压的谐波电压；
如果计算得到的基波电压属于预置的基准基波电压范围内，且计算得到的谐波电压小于预置的基准谐波电压，则不调整光伏电池的输出电压；否则，调整光伏电池的输出电压。
其中，上述调整光伏电池的输出电压具体为：调整N组光伏电池的输出电压
Figure 432587DEST_PATH_IMAGE012
和/或m组光伏电池的输出电压
Figure 50913DEST_PATH_IMAGE013
。
上述输出电压调整单元对光伏电池的输出电压的调整，可以为调整光伏电池本身的输出电压，将调整后的输出电压发送到多电平逆变器；也可以为多电平逆变器接收到光伏电池的输出电压后，对接收到的输出电压进行调整。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，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，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.阶梯波算法与瞬时值反馈算法混合控制级联多电平逆变器的控制方法，其特征在于，包括：
步骤A，利用阶梯波算法控制N组光伏电池，包括：
步骤A1.获取N组光伏电池的输出电压，得到第1，2，…，i，…，N个输出电压，所述N组光伏电池的输出电压均为                                               
Figure 601309DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤A2.计算第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通角
Figure 703257DEST_PATH_IMAGE004
，，…，
Figure 794240DEST_PATH_IMAGE008
，…，
Figure 109815DEST_PATH_IMAGE010
：
对上式计算得到的导通角
Figure 485487DEST_PATH_IMAGE004
，，…，
Figure 127526DEST_PATH_IMAGE008
，…，向上取整数,得到导通角
Figure 974445DEST_PATH_IMAGE014
，，…，
Figure 458702DEST_PATH_IMAGE018
，…，
Figure 608709DEST_PATH_IMAGE020
：
Figure 984326DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 795156DEST_PATH_IMAGE024
表示对
Figure 189097DEST_PATH_IMAGE008
向上取整数；
步骤A3.利用步骤A2得出的导通角
Figure 427181DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 479975DEST_PATH_IMAGE016
，…，，…，，分别控制第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通，利用阶梯波算法得到阶梯波输出电压；
步骤B，利用瞬时值反馈算法控制m组光伏电池，包括：
步骤B1.获得m组光伏电池的输出电压，所述m组光伏电池的输出电压均为
Figure 299398DEST_PATH_IMAGE026
；
步骤B2.利用瞬时值反馈算法得到瞬时值反馈输出电压；
步骤C，将步骤A3的阶梯波输出电压和步骤B2的瞬时值反馈输出电压串联叠加，形成总输出电压，实现直流多电平输入变成交流电平输出；
步骤D，所述阶梯波输出电压的表达式为：
Figure 649608DEST_PATH_IMAGE028
其中，n=3，5，7，…，∞；
瞬时值反馈输出电压的表达式为：
Figure 802241DEST_PATH_IMAGE030
    其中，
Figure 167844DEST_PATH_IMAGE032
=m，2m，3m，…，∞；n=，
Figure 319657DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 10401DEST_PATH_IMAGE038
，…，∞；M表示调制比，
Figure 499020DEST_PATH_IMAGE040
表示相对载波的谐波次数，n表示相对调制波的谐波次数，kf表示载波与调制波的比值；
总输出电压的表达式为：
Figure 62857DEST_PATH_IMAGE042
    总输出电压的基波电压表达式为：
Figure 374277DEST_PATH_IMAGE044
其中，；
根据上式计算总输出电压的基波电压；
判断计算得到的基波电压是否属于预置的基准基波电压范围内，如果是，不调整光伏电池的输出电压，否则，调整光伏电池的输出电压；
所述调整光伏电池的输出电压具体为：调整N组光伏电池的输出电压
Figure 962570DEST_PATH_IMAGE002
和/或m组光伏电池的输出电压
Figure 884259DEST_PATH_IMAGE026
。
2.阶梯波算法与瞬时值反馈算法混合控制级联多电平逆变器的控制方法，其特征在于，包括：
步骤A，利用阶梯波算法控制N组光伏电池，包括：
步骤A1.获取N组光伏电池的输出电压，得到第1，2，…，i，…，N个输出电压，所述N组光伏电池的输出电压均为；
步骤A2.计算第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通角，
Figure 658027DEST_PATH_IMAGE006
，…，，…，
Figure 846749DEST_PATH_IMAGE010
：
Figure 682986DEST_PATH_IMAGE012
对上式计算得到的导通角
Figure 672808DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 1546DEST_PATH_IMAGE006
，…，，…，
Figure 162586DEST_PATH_IMAGE010
向上取整数,得到导通角
Figure 6914DEST_PATH_IMAGE014
，，…，
Figure 696051DEST_PATH_IMAGE018
，…，：
Figure 713872DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 319166DEST_PATH_IMAGE024
表示对
Figure 814869DEST_PATH_IMAGE008
向上取整数；
步骤A3.利用步骤A2得出的导通角
Figure 531021DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 415188DEST_PATH_IMAGE016
，…，
Figure 270012DEST_PATH_IMAGE018
，…，，分别控制第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通，利用阶梯波算法得到阶梯波输出电压；
步骤B，利用瞬时值反馈算法控制m组光伏电池，包括：
步骤B1.获得m组光伏电池的输出电压，所述m组光伏电池的输出电压均为
Figure 756542DEST_PATH_IMAGE026
；
步骤B2.利用瞬时值反馈算法得到瞬时值反馈输出电压；
步骤C，将步骤A3的阶梯波输出电压和步骤B2的瞬时值反馈输出电压串联叠加，形成总输出电压，实现直流多电平输入变成交流电平输出；
步骤D，所述阶梯波输出电压的表达式为：
Figure 695548DEST_PATH_IMAGE028
其中，n=3，5，7，…，∞；
瞬时值反馈输出电压的表达式为：
Figure 455694DEST_PATH_IMAGE030
    其中，
Figure 930186DEST_PATH_IMAGE032
=m，2m，3m，…，∞；n=，
Figure 860282DEST_PATH_IMAGE036
，，…，∞；M表示调制比，
Figure 919559DEST_PATH_IMAGE040
表示相对载波的谐波次数，n表示相对调制波的谐波次数，kf表示载波与调制波的比值；
总输出电压的表达式为：
Figure 594254DEST_PATH_IMAGE048
    总输出电压的谐波电压表达式为：
Figure 307520DEST_PATH_IMAGE050
根据上式计算总输出电压的谐波电压；
判断计算得到的谐波电压是否小于预置的基准谐波电压，如果是，不调整光伏电池的输出电压，否则，调整光伏电池的输出电压；
所述调整光伏电池的输出电压具体为：调整N组光伏电池的输出电压
Figure 799681DEST_PATH_IMAGE002
和/或m组光伏电池的输出电压。
3.阶梯波算法与瞬时值反馈算法混合控制级联多电平逆变器的控制方法，其特征在于，包括：
步骤A，利用阶梯波算法控制N组光伏电池，包括：
步骤A1.获取N组光伏电池的输出电压，得到第1，2，…，i，…，N个输出电压，所述N组光伏电池的输出电压均为
Figure 628015DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤A2.计算第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通角
Figure 393190DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 666039DEST_PATH_IMAGE006
，…，
Figure 581911DEST_PATH_IMAGE008
，…，
Figure 785360DEST_PATH_IMAGE010
：
对上式计算得到的导通角
Figure 179618DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 257820DEST_PATH_IMAGE006
，…，
Figure 78008DEST_PATH_IMAGE008
，…，
Figure 617443DEST_PATH_IMAGE010
向上取整数,得到导通角
Figure 684625DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 60242DEST_PATH_IMAGE016
，…，
Figure 605493DEST_PATH_IMAGE018
，…，
Figure 262084DEST_PATH_IMAGE020
：
Figure 313217DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 363081DEST_PATH_IMAGE024
表示对
Figure 774340DEST_PATH_IMAGE008
向上取整数；
步骤A3.利用步骤A2得出的导通角
Figure 773520DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 182504DEST_PATH_IMAGE016
，…，
Figure 784911DEST_PATH_IMAGE018
，…，
Figure 937544DEST_PATH_IMAGE020
，分别控制第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通，利用阶梯波算法得到阶梯波输出电压；
步骤B，利用瞬时值反馈算法控制m组光伏电池，包括：
步骤B1.获得m组光伏电池的输出电压，所述m组光伏电池的输出电压均为
Figure 56810DEST_PATH_IMAGE026
；
步骤B2.利用瞬时值反馈算法得到瞬时值反馈输出电压；
步骤C，将步骤A3的阶梯波输出电压和步骤B2的瞬时值反馈输出电压串联叠加，形成总输出电压，实现直流多电平输入变成交流电平输出；
步骤D，所述阶梯波输出电压的表达式为：
Figure 433433DEST_PATH_IMAGE028
其中，n=3，5，7，…，∞；
瞬时值反馈输出电压的表达式为：
Figure 579594DEST_PATH_IMAGE030
    其中，
Figure 83388DEST_PATH_IMAGE032
=m，2m，3m，…，∞；n=
Figure 572007DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure 57215DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 382017DEST_PATH_IMAGE038
，…，∞；M表示调制比，表示相对载波的谐波次数，n表示相对调制波的谐波次数，kf表示载波与调制波的比值；
总输出电压的表达式为：
    总输出电压的基波电压表达式为：
Figure 878617DEST_PATH_IMAGE044
其中，
Figure 612086DEST_PATH_IMAGE046
；
根据上式计算总输出电压的基波电压；
总输出电压的谐波电压表达式为：
Figure 723262DEST_PATH_IMAGE050
根据上式计算总输出电压的谐波电压；
如果所述计算得到的基波电压属于预置的基准基波电压范围内，且所述计算得到的谐波电压小于预置的基准谐波电压，则不调整光伏电池的输出电压；否则，调整光伏电池的输出电压；
所述调整光伏电池的输出电压具体为：调整N组光伏电池的输出电压
Figure 920894DEST_PATH_IMAGE002
和/或m组光伏电池的输出电压
Figure 846491DEST_PATH_IMAGE026
。
4.一种阶梯波算法级联多电平逆变器，其特征在于，包括：
阶梯波算法控制单元，用于利用阶梯波算法控制N组光伏电池，控制过程包括：
步骤A1.获取N组光伏电池的输出电压，得到第1，2，…，i，…，N个输出电压，所述N组光伏电池的输出电压均为
Figure 880307DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤A2.计算第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通角
Figure 778861DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 768683DEST_PATH_IMAGE006
，…，
Figure 845223DEST_PATH_IMAGE008
，…，：
Figure 992881DEST_PATH_IMAGE012
对上式计算得到的导通角
Figure 915838DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 350230DEST_PATH_IMAGE006
，…，
Figure 607905DEST_PATH_IMAGE008
，…，
Figure 598995DEST_PATH_IMAGE010
向上取整数,得到导通角
Figure 563409DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 228090DEST_PATH_IMAGE016
，…，
Figure 645165DEST_PATH_IMAGE018
，…，：
Figure 321182DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 97377DEST_PATH_IMAGE024
表示对
Figure 80377DEST_PATH_IMAGE008
向上取整数；
步骤A3.利用步骤A2得出的导通角
Figure 665467DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 338893DEST_PATH_IMAGE016
，…，
Figure 364618DEST_PATH_IMAGE018
，…，
Figure 756285DEST_PATH_IMAGE020
，分别控制第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通，利用阶梯波算法得到阶梯波输出电压；
瞬时值反馈算法控制单元，用于利用瞬时值反馈算法控制m组光伏电池，控制过程包括：
步骤B1.获得m组光伏电池的输出电压，所述m组光伏电池的输出电压均为
Figure 142136DEST_PATH_IMAGE026
；
步骤B2.利用瞬时值反馈算法得到瞬时值反馈输出电压；
电压串联叠加单元，用于将阶梯波输出电压和瞬时值反馈输出电压串联叠加，形成总输出电压，实现直流多电平输入变成交流电平输出；
进一步包括输出电压调整单元，用于调整输出电压，调整过程包括：
所述阶梯波输出电压的表达式为：
Figure 483119DEST_PATH_IMAGE028
其中，n=3，5，7，…，∞；
瞬时值反馈输出电压的表达式为：
Figure 863766DEST_PATH_IMAGE030
    其中，
Figure 805046DEST_PATH_IMAGE032
=m，2m，3m，…，∞；n=
Figure 479741DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure 127760DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 744555DEST_PATH_IMAGE038
，…，∞；M表示调制比，
Figure 658284DEST_PATH_IMAGE040
表示相对载波的谐波次数，n表示相对调制波的谐波次数，kf表示载波与调制波的比值；
总输出电压的表达式为：
Figure 326550DEST_PATH_IMAGE048
    总输出电压的基波电压表达式为：
Figure 156972DEST_PATH_IMAGE044
其中，
Figure 429822DEST_PATH_IMAGE046
；
根据上式计算总输出电压的基波电压；
判断计算得到的基波电压是否属于预置的基准基波电压范围内，如果是，不调整光伏电池的输出电压，否则，调整光伏电池的输出电压；
所述调整光伏电池的输出电压具体为：调整N组光伏电池的输出电压
Figure 716666DEST_PATH_IMAGE002
和/或m组光伏电池的输出电压。
5.一种阶梯波算法级联多电平逆变器，其特征在于，包括：
阶梯波算法控制单元，用于利用阶梯波算法控制N组光伏电池，控制过程包括：
步骤A1.获取N组光伏电池的输出电压，得到第1，2，…，i，…，N个输出电压，所述N组光伏电池的输出电压均为
Figure 355774DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤A2.计算第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通角，
Figure 392574DEST_PATH_IMAGE006
，…，
Figure 212762DEST_PATH_IMAGE008
，…，
Figure 876831DEST_PATH_IMAGE010
：
Figure 944013DEST_PATH_IMAGE012
对上式计算得到的导通角
Figure 527089DEST_PATH_IMAGE004
，，…，
Figure 544909DEST_PATH_IMAGE008
，…，
Figure 455097DEST_PATH_IMAGE010
向上取整数,得到导通角
Figure 504961DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 919149DEST_PATH_IMAGE016
，…，
Figure 370859DEST_PATH_IMAGE018
，…，
Figure 592893DEST_PATH_IMAGE020
：
Figure 192371DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 79424DEST_PATH_IMAGE024
表示对
Figure 198690DEST_PATH_IMAGE008
向上取整数；
步骤A3.利用步骤A2得出的导通角
Figure 775646DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 862420DEST_PATH_IMAGE016
，…，
Figure 366213DEST_PATH_IMAGE018
，…，
Figure 526936DEST_PATH_IMAGE020
，分别控制第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通，利用阶梯波算法得到阶梯波输出电压；
瞬时值反馈算法控制单元，用于利用瞬时值反馈算法控制m组光伏电池，控制过程包括：
步骤B1.获得m组光伏电池的输出电压，所述m组光伏电池的输出电压均为
Figure 340040DEST_PATH_IMAGE026
；
步骤B2.利用瞬时值反馈算法得到瞬时值反馈输出电压；
电压串联叠加单元，用于将阶梯波输出电压和瞬时值反馈输出电压串联叠加，形成总输出电压，实现直流多电平输入变成交流电平输出；
进一步包括输出电压调整单元，用于调整输出电压，调整过程包括：
Figure 854723DEST_PATH_IMAGE028
其中，n=3，5，7，…，∞；
瞬时值反馈输出电压的表达式为：
    其中，
Figure 239754DEST_PATH_IMAGE032
=m，2m，3m，…，∞；n=
Figure 161442DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure 707961DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 68404DEST_PATH_IMAGE038
，…，∞；M表示调制比，
Figure 200790DEST_PATH_IMAGE040
表示相对载波的谐波次数，n表示相对调制波的谐波次数，kf表示载波与调制波的比值；
总输出电压的表达式为：
Figure 106429DEST_PATH_IMAGE048
    总输出电压的谐波电压表达式为：
根据上式计算总输出电压的谐波电压；
判断计算得到的谐波电压是否小于预置的基准谐波电压，如果是，不调整光伏电池的输出电压，否则，调整光伏电池的输出电压；
所述调整光伏电池的输出电压具体为：调整N组光伏电池的输出电压
Figure 960170DEST_PATH_IMAGE002
和/或m组光伏电池的输出电压
Figure 28620DEST_PATH_IMAGE026
。
6.一种阶梯波算法级联多电平逆变器，其特征在于，包括：
阶梯波算法控制单元，用于利用阶梯波算法控制N组光伏电池，控制过程包括：
步骤A1.获取N组光伏电池的输出电压，得到第1，2，…，i，…，N个输出电压，所述N组光伏电池的输出电压均为；
步骤A2.计算第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通角
Figure 65420DEST_PATH_IMAGE004
，，…，
Figure 549677DEST_PATH_IMAGE008
，…，
Figure 921752DEST_PATH_IMAGE010
：
对上式计算得到的导通角
Figure 354538DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 132001DEST_PATH_IMAGE006
，…，
Figure 799611DEST_PATH_IMAGE008
，…，
Figure 216686DEST_PATH_IMAGE010
向上取整数,得到导通角
Figure 11467DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 833317DEST_PATH_IMAGE016
，…，，…，：
Figure 174671DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 910415DEST_PATH_IMAGE024
表示对
Figure 936140DEST_PATH_IMAGE008
向上取整数；
步骤A3.利用步骤A2得出的导通角
Figure 348315DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 468586DEST_PATH_IMAGE016
，…，
Figure 262099DEST_PATH_IMAGE018
，…，
Figure 458725DEST_PATH_IMAGE020
，分别控制第1，2，…，i，…，N个输出电压的导通，利用阶梯波算法得到阶梯波输出电压；
瞬时值反馈算法控制单元，用于利用瞬时值反馈算法控制m组光伏电池，控制过程包括：
步骤B1.获得m组光伏电池的输出电压，所述m组光伏电池的输出电压均为
Figure 134426DEST_PATH_IMAGE026
；
步骤B2.利用瞬时值反馈算法得到瞬时值反馈输出电压；
电压串联叠加单元，用于将阶梯波输出电压和瞬时值反馈输出电压串联叠加，形成总输出电压，实现直流多电平输入变成交流电平输出；
进一步包括输出电压调整单元，用于调整输出电压，调整过程包括：
其中，n=3，5，7，…，∞；
瞬时值反馈输出电压的表达式为：
Figure 725649DEST_PATH_IMAGE030
    其中，
Figure 201498DEST_PATH_IMAGE032
=m，2m，3m，…，∞；n=
Figure 380807DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure 46144DEST_PATH_IMAGE036
，，…，∞；M表示调制比，表示相对载波的谐波次数，n表示相对调制波的谐波次数，kf表示载波与调制波的比值；
总输出电压的表达式为：
Figure 734461DEST_PATH_IMAGE048
    总输出电压的基波电压表达式为：
Figure 265805DEST_PATH_IMAGE044
其中，
Figure 888417DEST_PATH_IMAGE046
；
根据上式计算总输出电压的基波电压；
总输出电压的谐波电压表达式为：
Figure 522048DEST_PATH_IMAGE050
根据上式计算总输出电压的谐波电压；
如果所述计算得到的基波电压属于预置的基准基波电压范围内，且所述计算得到的谐波电压小于预置的基准谐波电压，则不调整光伏电池的输出电压；否则，调整光伏电池的输出电压；
所述调整光伏电池的输出电压具体为：调整N组光伏电池的输出电压
Figure 862899DEST_PATH_IMAGE002
和/或m组光伏电池的输出电压
Figure 683088DEST_PATH_IMAGE026
。
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