CN103904910B - 单相六开关组mmc ac-ac变换器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单相六开关组MMC AC‑AC变换器及其控制方法。变换器包括交流输入电源、输入电感、第一桥臂、第二桥臂、第一电容和负载；所述第一桥臂和第二桥臂均由上开关组、中开关组、下开关组、第一电感、第二电感串联而成；每个开关组均由N个功率开关单元串联而成；负载的两端作为输出，N为正整数。该变换器采用载波移相PWM控制，交流输入电源变换成2N+1电平的交流输入，经AC‑AC变换成2N+1电平的交流输出后给负载供电，且MMC功率开关单元中每个开关管承受的电压应力仅为直流电源电压的1/N，很好的解决了开关管的均压问题，适合高压和大功率场合的应用。

Description

单相六开关组MMC AC-AC变换器及其控制方法

技术领域

本发明涉及模块组合多电平变换器（MMC）领域，具体涉及一种单相六开关组MMC AC-AC变换器及其控制方法。

背景技术

目前功率变换器正向小型化、高可靠性和低损耗方向发展，在这种趋势下出现两种改进变换器的方向：减少无源器件或者改进变换器拓扑结构以减少有源器件作为减少有源器件方向的新进展。单相六开关AC-AC变换器相对于传统的八开关变换器减少了一个开关及相应的驱动电路，在考虑成本与体积的应用中占有一定的优势。然而，六开关AC-AC变换器的单相输入交流转换为三电平，输出三电平的交流。此外，六个开关中每个开关承受的电压应力为直流母线电压的一半，且存在六个开关的均压问题，这极大的限制了单相六开关AC-AC变换器在高压和大功率场合的应用。

近年来，多电平变换技术得到不断推广，并已成功应用在诸如高压直流输电、电力传动、有源滤波、静止同步补偿等工业领域，目前常见的电压型多电平变换器拓扑大致可分为箱位型和单元级联型两大类。模块组合多电平变换器（Modular Multilevel Converter，MMC）作为一种新型的多电平拓扑，除了具有传统多电平变换器的优点，模块组合多电平变换器采用模块化结构设计，便于系统扩容和冗余工作；具有不平衡运行能力、故障穿越和恢复能力，系统可靠性高；由于具有公共直流母线，模块组合多电平变换器尤其适用于高压直流 输电系统应用。然而，当两条不同频率的交流线路的相连时，需要2个MMC变换器，这极大的增加了工程成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种单相六开关组MMC AC-AC变换器及其控制方法。

本发明采用的技术方案是：包括交流输入电源、输入电感、第一桥臂、第二桥臂、第一电容和负载；所述第一桥臂和第二桥臂均各自由上开关组、中开关组、下开关组、第一电感、第二电感串联而成；第一桥臂的上开关组由N个功率开关单元串联而成，第一桥臂的中开关组由N个功率开关单元串联而成，第一桥臂的下开关组由N个功率开关单元串联而成，第二桥臂的上开关组由N个功率开关单元串联而成，第二桥臂的中开关组由N个功率开关单元串联而成，第二桥臂的下开关组由N个功率开关单元串联而成；负载的两端分别与第一桥臂中开关组的下端和第二桥臂中开关组的下端连接，N为正整数。

第一桥臂的第一电感和第二电感由耦合电感替代，第二桥臂的第一电感和第二电感由耦合电感替代。

第一电容的正极与第一桥臂的上开关组的上端、第二桥臂的上开关组的上端连接；第一桥臂的上开关组的下端与第一桥臂的第一电感的一端连接，第一桥臂的第一电感的另一端与第一桥臂的中开关组的上端连接，第一桥臂的中开关组的下端与第一桥臂的第二电感的一端连接，第一桥臂的第二电感的另一端 与第一桥臂的下开关组的上端连接；第二桥臂的结构与第一桥臂的结构完全一致；第一电容的负极与第一桥臂的下开关组的下端、第二桥臂的下开关组的下端、地端连接；交流输入电源的一端与第一桥臂的中开关组的上端连接，交流输入电源的一端与输入电感的一端连接，输入电感的另一端与第二桥臂的中开关组的上端连接；负载的一端与第一桥臂的中开关组的下端连接，负载和另一端与第二桥臂的中开关组的下端连接。

功率开关单元包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管和第二电容；其中，第二电容的正极与第一开关管的集电极、第一二极管的阴极连接，第一开关管的发射极与第一二极管的阳极、第二开关管的集电极、第二二极管的阴极连接，第二开关管的发射极与第二二极管的阳极、第二电容的负极连接；第二开关管的集电极作为第一输出端，第二开关管的发射极作为第二输出端。

每个开关组的第j个功率开关单元的第二输出端与第j+1个功率开关单元的第一输出端连接，其中j的取值为1～N-1。

上述变换器的控制方法是：采用载波移相PWM控制每个开关组的开关管的开通与关断；第一桥臂的上开关组的第j个功率开关单元、第一桥臂的下开关组的第j个功率开关单元、第二桥臂的上开关组的第j个功率开关单元和第二桥臂的下开关组的第j个功率开关单元采用相同三角波作为第j个载波C_j，其中j的取值为1～N；N个载波依次滞后相角360°/N；第一桥臂的上开关组采用第一正弦波R_i1叠加第一直流偏置R_doi作为第一桥臂的第一调制波R_i1+R_doi， 第一桥臂的下开关组采用第二正弦波R_o1叠加第二直流偏置R_doo作为第一桥臂的第二调制波R_o1+R_doo，第二桥臂的上开关组采用第三正弦波R_i2叠加第一直流偏置R_doi作为第二桥臂的第一调制波R_i2+R_doi，第二桥臂的下开关组采用第四正弦波R_o2叠加第二直流偏置R_doo作为第二桥臂的第二调制波R_o2+R_doo；第一正弦波R_i1与第三正弦波R_i2的频率相同且相位差为180°，第二正弦波R_o1与第四正弦波R_o2的频率相同且相位差为180°。

第一桥臂的第一调制波R_i1+R_doi与第j个载波C_j通过第一比较器得到第一桥臂的上开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平，当第一桥臂的第一调制波R_i1+R_doi大于第j个载波C_j时，第一比较器输出高电平，当第一桥臂的第一调制波R_i1+R_doi小于第j个载波C_j时，第一比较器输出低电平，其中j的取值为1～N；第一桥臂的第二调制波R_o1+R_doo与第j个载波C_j通过第二比较器得到第一桥臂的下开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平，当第一桥臂的第二调制波R_o1+R_doo小于第j个载波C_j时，第二比较器输出高电平，当第一桥臂的第二调制波R_o1+R_doo大于第j个载波C_j时，第二比较器输出低电平；第一桥臂的上开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平和第一桥臂的下开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平通过第一异或门得到第一桥臂的中开关组的第j个功率开关单元中第二开关管门极的控制电平；第二桥臂的第一调制波R_i2+R_doi与第j个载波C_j通过第三比较器得到第二桥臂的上开关组的第j个功率开关单元中第二开关管门极的控制电平，当第二桥臂的第一调制波R_i2+R_doi大于第j个载波C_j时， 第三比较器输出高电平，当第二桥臂的第一调制波R_i2+R_doi小于第j个载波C_j时，第三比较器输出低电平；第二桥臂的第二调制波R_o2+R_doo与第j个载波C_j通过第四比较器得到第二桥臂下开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平，当第二桥臂的第二调制波R_o2+R_doo小于第j个载波C_j时，第四个比较器输出高电平，当第二桥臂的第二调制波R_o2+R_doo大于第j个载波C_j时，第四比较器输出低电平；第二桥臂的上开关组的第j个功率开关单元中第二开关管门极的控制电平和第二桥臂下开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平通过第二异或门得到第二桥臂的中开关组的第j个功率开关单元的第二开关管门极的控制电平；每个开关组的每个功率开关单元中第二开关管门极的控制电平反相后得到该功率开关单元中第一开关管门极的控制电平。

变换器的工作模式包括同频模式和异频模式，同频模式中，交流输入电源与输出的电压频率相同，电压幅值不相同；异频模式中，交流输入电源与输出的电压频率和幅值均不同。

与现有技术相比，本发明具有的优势为：单相交流输入电源均转换为2N+1电平的交流输入，经AC-AC变换成2N+1电平的交流输出，给负载供电；功率开关单元中每个开关管承受的电压应力仅为直流母线电压的1/N，同时能保证变换器工作过程中所有开关管承受的电压相等，很好的解决了开关管的均压问题。与现有的单相六开关AC-AC变换器相比较，本发明所提供的单相六开关组MMC AC-AC变换器的单相交流输入电源均转换为2N+1电平的交流输 入，经AC-AC变换成2N+1电平的交流输出，给负载供电。此外，每个开关管的承受的电压应力仅为直流母线电压的1/N，且本发明所提供的控制方法使变换器工作过程中所有开关管承受的电压相等，很好的解决了开关管的均压问题，这将非常有利于单相六开关组MMC AC-AC变换器在高压和大功率场合的应用。与现有的MMC变换器相比较，本发明所提供的单相六开关组MMC AC-AC变换器仅使用六组开关将两条不同频率的交流线路的相连，极大的降低了工程成本。

附图说明

图1是本发明的单相六开关组MMC AC-AC变换器的电路结构图；

图2是图1所示的单相六开关组MMC AC-AC变换器的功率开关单元的电路结构图；

图3是图1所示的单相六开关组MMC AC-AC变换器的载波移相PWM控制结构图；

图4a、4b是图1所示的单相六开关组MMC AC-AC变换器分别工作于同频模式和异频模式下的调制波；

图5a、5b是单相六开关组九电平MMC AC-AC变换器工作于同频模式和异频模式的仿真波形图。

具体实施方式

为进一步阐述本发明的内容和特点，以下结合附图对本发明的具体实施方案进行具体说明。但本发明的实施不限于此。

参考图1，本发明的单相六开关组MMC AC-AC变换器，包括交流输入电源u_i、输入电感L_i、第一桥臂、第二桥臂、第一电容C₁和负载；所述第一桥臂和第二桥臂均各自由上开关组（H₁、H₂）、中开关组（M₁、M₂）、下开关组（L₁、L₂）、第一电感（L_H1、L_H2）、第二电感（L_L1、L_L2）串联而成；第一桥臂的上开关组H₁由N个功率开关单元（SM_H11、SM_H12、…、SM_H1N）串联而成，第一桥臂的中开关组M₁由N个功率开关单元（SM_M11、SM_M12、…、SM_M1N）串联而成，第一桥臂的下开关组L₁由N个功率开关单元（SM_L11、SM_L12、…、SM_L1N）串联而成，第二桥臂的上开关组H₂由N个功率开关单元（SM_H21、SM_H22、…、SM_H2N）串联而成，第二桥臂的中开关组M₂由N个功率开关单元（SM_M21、SM_M22、…、SM_M2N）串联而成，第二桥臂的下开关组L₂由N个功率开关单元（SM_L21、SM_L22、…、SM_L2N）串联而成；负载的两端分别与第一桥臂中开关组的下端和第二桥臂中开关组的下端连接，N为正整数。

第一电容C₁的正极与第一桥臂的上开关组H₁的上端o、第二桥臂的上开关组H₁的上端连接；第一桥臂的上开关组H₁的下端p与第一桥臂的第一电感L_H1的一端连接，第一桥臂的第一电感L_H1的另一端与第一桥臂的中开关组M₁的上端连接，第一桥臂的中开关组M₁的下端与第一桥臂的第二电感L_L1的一端连接，第一桥臂的第二电感L_L1的另一端与第一桥臂的下开关组L₁的上端连接；第二桥臂的结构与第一桥臂的结构完全一致；第一电容C₁的负极与第一桥臂的下开关组L₁的下端、第二桥臂的下开关组L₁的下端、地端n连接；交流输入电源u_i的一端与第一桥臂的中开关组M₁的上端连接，交流输入电源u_i的一 端与输入电感L_i的一端连接，输入电感L_i的另一端与第二桥臂的中开关组M₂的上端连接；负载的一端与第一桥臂的中开关组M₁的下端连接，负载和另一端与第二桥臂的中开关组M₂的下端连接。

图2示出图1所示的单相六开关组MMC AC-AC变换器的功率开关单元的电路结构，包括第一开关管S₁、第二开关管S₂、第一二极管D₁、第二二极管D₂和电容C_SM；其中，电容C_SM的正极与第一开关管S₁的集电极、第一二极管D₁的阴极连接，第一开关管S₁的发射极与第一二极管D₁的阳极、第二开关管S₂的集电极、第二二极管D₂的阴极连接，第二开关管S₂的发射极与第二二极管D₂的阳极、电容C_SM的负极连接；第二开关管S₂的集电极作为第一输出端，第二开关管S₂的发射极作为第二输出端。

如图1所示，每个开关组的第j个功率开关单元的第二输出端与第j+1个功率开关单元的第一输出端连接，其中j的取值为1～N-1。

令交流输入电源为输出电压为则：

公式中，U_C1为第一电容C₁的电压。

图1所示的单相六开关组MMC AC-AC变换器采用载波移相PWM控制，如图3所示。

第一桥臂的上开关组H₁的第j个功率开关单元SM_H1j、第一桥臂的下开关组L₁的第j个功率开关单元SM_L1j、第二桥臂的上开关组H₂的第j个功率开关 单元SM_H2j和第二桥臂的下开关组L₂的第j个功率开关单元SM_L2j采用相同三角波作为第j个载波C_j，其中j的取值为1～N；N个载波依次滞后相角360°/N；第一桥臂的上开关组H₁采用第一正弦波R_i1叠加第一直流偏置R_doi作为第一桥臂的第一调制波R_i1+R_doi，第一桥臂的下开关组L₁采用第二正弦波R_o1叠加第二直流偏置R_doo作为第一桥臂的第二调制波R_o1+R_doo，第二桥臂的上开关组H₂采用第三正弦波R_i2叠加第一直流偏置R_doi作为第二桥臂的第一调制波R_i2+R_doi，第二桥臂的下开关组L₂采用第四正弦波R_o2叠加第二直流偏置R_doo作为第二桥臂的第二调制波R_o2+R_doo；第一正弦波R_i1与第三正弦波R_i2的频率相同且相位差为180°，第二正弦波R_o1与第四正弦波R_o2的频率相同且相位差为180°。

第一桥臂的第一调制波R_i1+R_doi与第j个载波C_j通过第一比较器301得到第一桥臂的上开关组H₁的第j个功率开关单元SM_H1j的第二开关管S₂门极的控制电平S_H1j，当第一桥臂的第一调制波R_i1+R_doi大于第j个载波C_j时，第一比较器输出高电平，当第一桥臂的第一调制波R_i1+R_doi小于第j个载波C_j时，第一比较器输出低电平，其中j的取值为1～N；第一桥臂的第二调制波R_o1+R_doo与第j个载波C_j通过第二比较器302得到第一桥臂的下开关组L₁的第j个功率开关单元SM_L1j的第二开关管S₂门极的控制电平S_L1j，当第一桥臂的第二调制波R_o1+R_doo小于第j个载波C_j时，第二比较器输出高电平，当第一桥臂的第二调制波R_o1+R_doo大于第j个载波C_j时，第二比较器输出低电平；第一桥臂的上开关组H₁的第j个功率开关单元SM_H1j的第二开关管S₂门极的控制电平S_H1j 和第一桥臂的下开关组L₁的第j个功率开关单元SM_L1j的第二开关管S₂门极的控制电平S_L1j通过第一异或门305得到第一桥臂的中开关组M₁的第j个功率开关单元SM_M1j中第二开关管S₂门极的控制电平S_M1j；第二桥臂的第一调制波R_i2+R_doi与第j个载波C_j通过第三比较器303得到第二桥臂的上开关组H₂的第j个功率开关单元SM_H2j中第二开关管S₂门极的控制电平S_H2j，当第二桥臂的第一调制波R_i2+R_doi大于第j个载波C_j时，第三比较器输出高电平，当第二桥臂的第一调制波R_i2+R_doi小于第j个载波C_j时，第三比较器输出低电平；第二桥臂的第二调制波R_o2+R_doo与第j个载波C_j通过第四比较器304得到第二桥臂下开关组L₂的第j个功率开关单元SM_L2j的第二开关管S₂门极的控制电平S_L2j，当第二桥臂的第二调制波R_o2+R_doo小于第j个载波C_j时，第四个比较器输出高电平，当第二桥臂的第二调制波R_o2+R_doo大于第j个载波C_j时，第四比较器输出低电平；第二桥臂的上开关组H₂的第j个功率开关单元SM_H2j中第二开关管S₂门极的控制电平S_H2j和第二桥臂下开关组L₂的第j个功率开关单元SM_L2j的第二开关管S₂门极的控制电平S_L2j通过第二异或门306得到第二桥臂的中开关组M₂的第j个功率开关单元SM_M2j的第二开关管S₂门极的控制电平S_M2j；每个开关组的每个功率开关单元中第二开关管S₂门极的控制电平反相后得到该功率开关单元中第一开关管S₁门极的控制电平。

所述控制方法可以保证所述逆变器的第一桥臂的上开关组H₁、第一桥臂的中开关组M₁和第一桥臂的下开关组L₁在每一时刻共有N个功率开关单元的输出电压u_SM=E，共有2N个功率开关单元的输出电压u_SM=0，即满足 u_H1+u_M1+u_L1=U_C1；保证第二桥臂的上开关组H₂、第二桥臂的中开关组M₂和第二桥臂的下开关组L₂在每一时刻共有N个功率开关单元的输出电压u_SM=E，共有2N个功率开关单元的输出电压u_SM=0，即满足u_H2+u_M2+u_L2=U_C1；其中u_H1、u_M1、u_L1分别为第一桥臂的上开关组H₁、第一桥臂的中开关组M₁和第一桥臂的下开关组L₁的输出电压，u_H2、u_M2、u_L2分别为第二桥臂的上开关组H₂、第二桥臂的中开关组M₂和第二桥臂的下开关组L₂的输出电压，E为每个开关组的每个功率开关单元的第二电容C_SM的电压，且E=U_C1/N，即功率开关单元中每个开关管承受的电压应力仅为直流母线电压的1/N，同时能保证变换器工作过程中所有开关管承受的电压相等，很好的解决了开关管的均压问题。

图4a示出单相六开关组MMC AC-AC变换器工作于同频模式下第一桥臂的第一调制波R_i1+R_doi、第一桥臂的第二调制波R_o1+R_doo与第j个载波C_j的关系。从图4a可以看出，第一桥臂的第一正弦波和第一桥臂的第二正弦波的电压频率相同，且第一桥臂的第一正弦波和第一桥臂的第二正弦波幅值最大均为1，其中j的取值为1～N。图4b示出单相六开关组MMC AC-AC变换器工作于异频模式下第一桥臂的第一调制波R_i1+R_doa、第一桥臂的第二调制波R_b1+R_dob与第j个载波C_j的关系。从图4b可以看出，第一桥臂的第一正弦波和第一桥臂的第二正弦波的电压频率不相同，且第一桥臂的第一正弦波和第一桥臂的第二正弦波的电压幅值的最大值的和为1/2。第二桥臂的第一调制波R_i2+R_doi和第一桥臂的第一调制波R_i1+R_doi与第j个载波C_j的关系完全相同，第二桥臂的第二调制波R_o2+R_doo和第一桥臂的第二调制波R_o1+R_doo与第j个载波C_j的关系完全相同。

图5a为单相六开关组九电平MMC AC-AC变换器（N=4）工作于同频模式的仿真波形图，依次是交流输入电源u_i、交流输入转换后的多电平输入u_ii、输出电压u_o、输出电流i_o，从图5a可见交流输入和输出的频率相同，电流幅值不相同；图5b为单相六开关组九电平MMC AC-AC变换器工作于异频模式的仿真波形图，依次是交流输入电源u_i、交流输入转换后的多电平输入u_ii、输出电压u_o、输出电流i_o，从图5b可见交流输入和输出的频率和幅值均不相同。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.单相六开关组MMC AC-AC变换器，其特征在于：包括交流输入电源（u _i ）、输入电感（L _i ）、第一桥臂、第二桥臂、第一电容（C ₁）和负载；所述第一桥臂和第二桥臂均各自由上开关组（H₁、H₂）、中开关组（M₁、M₂）、下开关组（L₁、L₂）、第一电感（L _{H 1}、L _{H 2}）、第二电感（L _{L 1}、L _{L 2}）串联而成；第一桥臂的上开关组（H₁）由N个功率开关单元（SM_H11、SM_H12、…、SM_H1N）串联而成，第一桥臂的中开关组（M₁）由N个功率开关单元（SM_M11、SM_M12、…、SM_M1N）串联而成，第一桥臂的下开关组（L₁）由N个功率开关单元（SM_L11、SM_L12、…、SM_L1N）串联而成，第二桥臂的上开关组（H₂）由N个功率开关单元（SM_H21、SM_H22、…、SM_H2N）串联而成，第二桥臂的中开关组（M₂）由N个功率开关单元（SM_M21、SM_M22、…、SM_M2N）串联而成，第二桥臂的下开关组（L₂）由N个功率开关单元（SM_L21、SM_L22、…、SM_L2N）串联而成；负载的两端分别与第一桥臂中开关组的下端和第二桥臂中开关组的下端连接，N为正整数；第一电容（C ₁）的正极与第一桥臂的上开关组（H₁）的上端（o）、第二桥臂的上开关组（H₁）的上端连接；第一桥臂的上开关组（H₁）的下端（p）与第一桥臂的第一电感（L _{H 1}）的一端连接，第一桥臂的第一电感（L _{H 1}）的另一端与第一桥臂的中开关组（M₁）的上端连接，第一桥臂的中开关组（M₁）的下端与第一桥臂的第二电感（L _{L 1}）的一端连接，第一桥臂的第二电感（L _{L 1}）的另一端与第一桥臂的下开关组（L₁）的上端连接；第二桥臂的结构与第一桥臂的结构完全一致；第一电容（C ₁）的负极与第一桥臂的下开关组（L₁）的下端、第二桥臂的下开关组（L₁）的下端、地端（n）连接；交流输入电源（u _i ）的一端与第一桥臂的中开关组（M₁）的上端连接，交流输入电源（u _i ）的另一端与输入电感（L _i ）的一端连接，输入电感（L _i ）的另一端与第二桥臂的中开关组（M₂）的上端连接；负载的一端与第一桥臂的中开关组（M₁）的下端连接，负载和另一端与第二桥臂的中开关组（M₂）的下端连接。

2.根据权利要求1所述的单相六开关组MMC AC-AC变换器，其特征在于：第一桥臂的第一电感（L _{H 1}）和第二电感（L _{L 1}）由耦合电感替代，第二桥臂的第一电感（L _{H 2}）和第二电感（L _{L 2}）由耦合电感替代。

3.根据权利要求1所述的单相六开关组MMC AC-AC变换器，其特征在于：功率开关单元包括第一开关管（S ₁）、第二开关管（S ₂）、第一二极管（D ₁）、第二二极管（D ₂）和第二电容（C _SM ）；其中，第二电容（C _SM ）的正极与第一开关管（S ₁）的集电极、第一二极管（D ₁）的阴极连接，第一开关管（S ₁）的发射极与第一二极管（D ₁）的阳极、第二开关管（S ₂）的集电极、第二二极管（D ₂）的阴极连接，第二开关管（S ₂）的发射极与第二二极管（D ₂）的阳极、第二电容（C _SM ）的负极连接；第二开关管（S ₂）的集电极作为第一输出端，第二开关管（S ₂）的发射极作为第二输出端。

4.根据权利要求1所述的单相六开关组MMC AC-AC变换器，其特征在于：每个开关组的第j个功率开关单元的第二输出端与第j+1个功率开关单元的第一输出端连接，其中j的取值为1~N-1。

5.根据权利要求1所述的单相六开关组MMC AC-AC变换器，其特征在于：变换器的工作模式包括同频模式和异频模式，同频模式中，交流输入电源与输出的电压频率相同，电压幅值不相同；异频模式中，交流输入电源与输出的电压频率和幅值均不同。

6.用于权利要求1所述的单相六开关组MMC AC-AC变换器的控制方法，其特征在于：采用载波移相PWM控制每个开关组的开关管的开通与关断；第一桥臂的上开关组（H₁）的第j个功率开关单元（SM_H1j）、第一桥臂的下开关组（L₁）的第j个功率开关单元（SM_L1j）、第二桥臂的上开关组（H₂）的第j个功率开关单元（SM_H2j）和第二桥臂的下开关组（L₂）的第j个功率开关单元（SM_L2j）采用相同三角波作为第j个载波C _j ，其中j的取值为1~N；N个载波（C ₁ 、 C ₂ 、…、 C _N）依次滞后相角360°/N；第一桥臂的上开关组（H₁）采用第一正弦波R _{i 1}叠加第一直流偏置R _doi 作为第一桥臂的第一调制波R _{i 1}+R _doi ，第一桥臂的下开关组（L₁）采用第二正弦波R _{o 1}叠加第二直流偏置R _doo 作为第一桥臂的第二调制波R _{o 1}+R _doo ，第二桥臂的上开关组（H₂）采用第三正弦波R _{i 2}叠加第一直流偏置R _doi 作为第二桥臂的第一调制波R _{i 2}+R _doi ，第二桥臂的下开关组（L₂）采用第四正弦波R _{o 2}叠加第二直流偏置R _doo 作为第二桥臂的第二调制波R _{o 2}+R _doo ；第一正弦波R _{i 1}与第三正弦波R _{i 2}的频率相同且相位差为180°，第二正弦波R _{o 1}与第四正弦波R _{o 2}的频率相同且相位差为180°。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：第一桥臂的第一调制波R _{i 1}+R _doi 与第j个载波C _j 通过第一比较器得到第一桥臂的上开关组（H₁）的第j个功率开关单元（SM_H1j）的第二开关管（S ₂）门极的控制电平（S _{H 1j} ），当第一桥臂的第一调制波R _{i 1}+R _doi 大于第j个载波C _j 时，第一比较器输出高电平，当第一桥臂的第一调制波R _{i 1}+R _doi 小于第j个载波C _j 时，第一比较器输出低电平，其中j的取值为1~N；第一桥臂的第二调制波R _{o 1}+R _doo 与第j个载波C _j 通过第二比较器得到第一桥臂的下开关组（L₁）的第j个功率开关单元（SM_L1j）的第二开关管（S ₂）门极的控制电平（S _L1j ），当第一桥臂的第二调制波R _{o 1}+R _doo 小于第j个载波C _j 时，第二比较器输出高电平，当第一桥臂的第二调制波R _{o 1}+R _doo 大于第j个载波C _j 时，第二比较器输出低电平；第一桥臂的上开关组（H₁）的第j个功率开关单元（SM_H1j）的第二开关管（S ₂）门极的控制电平（S _{H 1j} ）和第一桥臂的下开关组（L₁）的第j个功率开关单元（SM_L1j）的第二开关管（S ₂）门极的控制电平（S _{L 1j} ）通过第一异或门得到第一桥臂的中开关组（M₁）的第j个功率开关单元（SM_M1j）中第二开关管（S ₂）门极的控制电平（S _{M 1j} ）；第二桥臂的第一调制波R _{i 2}+R _doi 与第j个载波C _j 通过第三比较器得到第二桥臂的上开关组（H₂）的第j个功率开关单元（SM_H2j）中第二开关管（S ₂ ）门极的控制电平（S _{H 2j} ），当第二桥臂的第一调制波R _{i 2}+R _doi 大于第j个载波C _j 时，第三比较器输出高电平，当第二桥臂的第一调制波R _{i 2}+R _doi 小于第j个载波C _j 时，第三比较器输出低电平；第二桥臂的第二调制波R _{o 2}+R _doo 与第j个载波C _j 通过第四比较器得到第二桥臂下开关组（L₂）的第j个功率开关单元（SM_L2j）的第二开关管（S ₂）门极的控制电平（S _{L 2j} ），当第二桥臂的第二调制波R _{o 2}+R _doo 小于第j个载波C _j 时，第四个比较器输出高电平，当第二桥臂的第二调制波R _{o 2}+R _doo 大于第j个载波C _j 时，第四比较器输出低电平；第二桥臂的上开关组（H₂）的第j个功率开关单元（SM_H2j）中第二开关管（S ₂）门极的控制电平（S_H2j）和第二桥臂下开关组（L₂）的第j个功率开关单元（SM_L2j）的第二开关管（S ₂）门极的控制电平（S _{L 2j} ）通过第二异或门得到第二桥臂的中开关组（M₂）的第j个功率开关单元（SM_M2j）的第二开关管（S ₂）门极的控制电平（S _{M 2j} ）；每个开关组的每个功率开关单元中第二开关管（S ₂）门极的控制电平反相后得到该功率开关单元中第一开关管（S ₁）门极的控制电平。