CN103956921B - 六开关组mmc混合变换器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供六开关组MMC混合变换器及其控制方法。变换器包括交流输入电源、交流输入电感、第一直流电源、第一直流输入电感、第二直流电源、第二直流输入电感、第一桥臂、第二桥臂和负载；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、第一桥臂电感、第二桥臂电感串联而成；每个开关组均由N个功率开关单元串联而成；N为正整数。该变换器采用载波移相PWM控制，交流输入电源转换成2N+1电平的交流输入，直流输入电源转换成多电平，经变换器变换成直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，适合分布式发电直接接入高压直流输电的应用。

Description

六开关组MMC混合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，具体涉及一种六开关组MMC混合变换器及其控制方法。

背景技术

随着分布式发电和高压直流输电的不断发展，越来越多的低压直流电源和低压交流电源直接接入高压直流电网中。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。单相六开关变换器可以将直流电源与交流电源直接与直流电源连接，单相六开关变换器相对于传统的八开关变换器减少了两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，六开关变换器的单相输入交流转换为三电平。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，当多个直流电源和交流电源通过MMC变换器接入电网时，需要多套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，提出一种六开关组MMC混合变换器及其控制方法。

本发明采用的技术方案是：

六开关组MMC混合变换器，包括交流输入电源、交流输入电感、第一直流电源、第一直流输入电感、第二直流电源、第二直流输入电感、第一桥臂、第二桥臂和负载；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、第一桥臂电感、第二桥臂电感串联而成；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；N为正整数。

进一步地，所述第一桥臂的第一桥臂电感和第二桥臂电感由耦合电感替代，第二桥臂的第一桥臂电感和第二桥臂电感由耦合电感替代。

进一步地，所述第一桥臂的上开关组的下端与第一桥臂的第一桥臂电感的一端连接，第一桥臂的第一桥臂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桥臂电感的一端连接，第一桥臂的第二桥臂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；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交流输入电感的一端连接，交流输入电感的另一端与第二桥臂的中开关组的上端连接；第一直流电源的正极与第一直流输入电感的一端连接，第一直流输入电感的另一端与第一桥臂的中开关组的下端连接；第二直流电源的正极与第二直流输入电感的一端连接，第二直流输入电感的另一端与第二桥臂的中开关组的下端连接；第一桥臂的上开关组的上端与第二桥臂的上开关组的上端、负载的一端连接，负载的另一端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。

进一步地，所述功率开关单元包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管和电容；其中，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、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。

上述六开关组MMC混合变换器中，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_ac1叠加直流偏置R_do作为第一桥臂的第一调制波R_ac1+R_do，第一桥臂的下开关组采用常数值作为第一桥臂的第二调制波R_dc1，第二桥臂的上开关组采用第二正弦波R_ac2叠加直流偏置R_do作为第二桥臂的第一调制波R_ac2+R_do，第二桥臂的下开关组采用常数值作为第二桥臂的第二调制波R_dc2；第一正弦波R_ac1与第二正弦波R_ac2的频率相同且相位差为180°，第一桥臂的第二调制波R_dc1与第二桥臂的第二调制波R_dc2的大小相同。

第一桥臂的第一调制波R_ac1+R_do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_ac1+R_do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_ac1+R_do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_dc1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_dc1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_dc1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_ac2+R_do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_ac2+R_do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_ac2+R_do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_dc2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_dc2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_dc2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。

与现有技术相比，本发明具有的优势为：单相交流输入电源转换为2N+1电平的交流输入；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变换器相比较，本发明所提供的六开关组MMC混合变换器的单相交流输入电源转换为2N+1电平的交流输入。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，这将非常有利于六开关组MMC混合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，本发明所提供的六开关组MMC混合变换器仅使用六组开关将两个直流电源和一个交流电源接入直流电网，极大的降低了工程成本。

附图说明

图1是本发明的六开关组MMC混合变换器的电路结构图；

图2是图1所示的六开关组MMC混合变换器的功率开关单元的电路结构图；

图3是图1所示的六开关组MMC混合变换器的载波移相PWM控制结构图；

图4是图1所示的六开关组MMC混合变换器第一桥臂的第一调制波和第二调制波与载波的关系；

图5是六开关组MMC混合变换器的仿真波形图。

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，本发明的六开关组MMC混合变换器，包括交流输入电源u_ac、交流输入电感L_ac、第一直流电源u_dc1、第一直流输入电感L_dc1、第二直流电源u_dc2、第二直流输入电感L_dc2、第一桥臂、第二桥臂和负载R；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）、第一桥臂电感（L_H1、L_H2）、第二桥臂电感（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；N为正整数。

第一桥臂的上开关组H₁的下端p与第一桥臂的第一桥臂电感L_H1的一端连接，第一桥臂的第一桥臂电感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桥臂电感L_L1的一端连接，第一桥臂的第二桥臂电感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；交流输入电源u_ac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_ac的一端与交流输入电感L_ac的一端连接，交流输入电感L_ac的另一端与第二桥臂的中开关组M₂的上端连接；第一直流电源u_dc1的正极与第一直流输入电感L_dc1的一端连接，第一直流输入电感L_dc1的另一端与第一桥臂的中开关组M₁的下端连接；第二直流电源u_dc2的正极与第二直流输入电感L_dc2的一端连接，第二直流输入电感L_dc2的另一端与第二桥臂的中开关组M₂的下端连接；第一桥臂的上开关组H₁的上端与第二桥臂的上开关组H₂的上端、负载R的一端连接，负载R的另一端与第一桥臂的下开关组L₁的下端、第二桥臂的下开关组L₂的下端、地端n连接。

图2示出图1所示的六开关组MMC混合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。

令交流输入电源为第一直流电源的电压为u_dc1＝U_dc1，第二直流电源的电压为u_dc2＝U_dc2，则：

$\begin{array}{cc}{R}_{\mathrm{dc}1}=\frac{U_{\mathrm{dc}1}}{U_R/2}& R_{\mathrm{dc}2}=\frac{U_{\mathrm{dc}2}}{U_R/2}\end{array}$

公式中，U_R为负载R的电压。

图1所示的六开关组MMC混合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（C₁、C₂、…、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_ac1叠加直流偏置R_do作为第一桥臂的第一调制波R_ac1+R_do，第一桥臂的下开关组L₁采用常数值作为第一桥臂的第二调制波R_dc1，第二桥臂的上开关组H₂采用第二正弦波R_ac2叠加直流偏置R_do作为第二桥臂的第一调制波R_ac2+R_do，第二桥臂的下开关组L₂采用常数值作为第二桥臂的第二调制波R_dc2；第一正弦波R_ac1与第二正弦波R_ac2的频率相同且相位差为180°，第一桥臂的第二调制波R_dc1与第二桥臂的第二调制波R_dc2的大小相同。

第一桥臂的第一调制波R_ac1+R_do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_ac1+R_do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_ac1+R_do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_dc1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_dc1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_dc1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_ac2+R_do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_ac2+R_do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_ac2+R_do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_dc2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_dc2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_dc2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变换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_R；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_R；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电容C_SM的电压，且E=U_R/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4示出六开关组MMC混合变换器第一桥臂的第一调制波R_ac1+R_do、第一桥臂的第二调制波R_dc1与第j个载波C_j的关系。从图4可以看出，第一调制波R_ac1+R_do的值始终大于第一桥臂的第二调制波R_dc1。第二桥臂的第一调制波R_ac2+R_do和第一桥臂的第一调制波R_ac1+R_do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_dc2和第一桥臂的第二调制波R_dc1与第j个载波C_j的关系完全相同。

图5为六开关组MMC混合变换器（N=4）的仿真波形图，依次是交流输入电源u_ac、交流输入电源转换后的多电平输入u_acz、第一直流电源u_dc1、第一直流电源转换后的多电平输入u_dcz1、第二直流电源u_dc2、第二直流电源转换后的多电平输入u_dcz2、负载R的电压U_R。从图5可见，交流输入电源和直流输入电源均转化为多电平，然后经MMC变换器变换得到直流输出电压给负载供电，与理论分析一致。

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 (6)

1.六开关组MMC混合变换器，其特征在于：包括交流输入电源（u _ac ）、交流输入电感（L _ac ）、第一直流电源（u _{dc 1}）、第一直流输入电感（L _{dc 1}）、第二直流电源（u _{dc 2}）、第二直流输入电感（L _{dc 2}）、第一桥臂、第二桥臂和负载（R）；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）、第一桥臂电感（L _{H 1}、L _{H 2}）、第二桥臂电感（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；N为正整数；

第一桥臂的上开关组（H₁）的下端（p）与第一桥臂的第一桥臂电感（L _{H 1}）的一端连接，第一桥臂的第一桥臂电感（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桥臂电感（L _{L 1}）的一端连接，第一桥臂的第二桥臂电感（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；交流输入电源（u _ac ）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 _ac ）的一端与交流输入电感（L _ac ）的一端连接，交流输入电感（L _ac ）的另一端与第二桥臂的中开关组（M₂）的上端连接；第一直流电源（u _{dc 1}）的正极与第一直流输入电感（L _{dc 1}）的一端连接，第一直流输入电感（L _{dc 1}）的另一端与第一桥臂的中开关组（M₁）的下端连接；第二直流电源（u _{dc 2}）的正极与第二直流输入电感（L _{dc 2}）的一端连接，第二直流输入电感（L _{dc 2}）的另一端与第二桥臂的中开关组（M₂）的下端连接；第一桥臂的上开关组（H₁）的上端与第二桥臂的上开关组（H₂）的上端、负载（R）的一端连接，负载（R）的另一端与第一桥臂的下开关组（L₁）的下端、第二桥臂的下开关组（L₂）的下端、地端（n）连接。

2.根据权利要求1所述的六开关组MMC混合变换器，其特征在于：第一桥臂的第一桥臂电感（L _{H 1}）和第二桥臂电感（L _{L 1}）由耦合电感替代，第二桥臂的第一桥臂电感（L _{H 2}）和第二桥臂电感（L _{L 2}）由耦合电感替代。

3.根据权利要求1所述的六开关组MMC混合变换器，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）和电容（C _SM ）；其中，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、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所述的六开关组MMC混合变换器，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.用于权利要求1所述的六开关组MMC混合变换器的控制方法，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 _{ac 1}叠加直流偏置R _do 作为第一桥臂的第一调制波R _{ac 1}+R _do ，第一桥臂的下开关组（L₁）采用常数值作为第一桥臂的第二调制波R _{dc 1}，第二桥臂的上开关组（H₂）采用第二正弦波R _{ac 2}叠加直流偏置R _do 作为第二桥臂的第一调制波R _{ac 2}+R _do ，第二桥臂的下开关组（L₂）采用常数值作为第二桥臂的第二调制波R _{dc 2}；第一正弦波R _{ac 1}与第二正弦波R _{ac 2}的频率相同且相位差为180°，第一桥臂的第二调制波R _{dc 1}与第二桥臂的第二调制波R _{dc 2}的大小相同。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：第一桥臂的第一调制波R _{ac 1}+R _do 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 _{ac 1}+R _do 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 _{ac 1}+R _do 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 _{dc 1}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 _{dc 1}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 _{dc 1}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 _{ac 2}+R _do 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 _{ac 2}+R _do 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 _{ac 2}+R _do 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 _{dc 2}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 _{dc 2}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 _{dc 2}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。