CN105141158B - 一种多电平逆变器的控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多电平逆变器的控制方法、装置及系统，所述多电平逆变器为四电平或者四电平以上的逆变器，所述方法包括：检测到多电平逆变器的直流母线电压大于预设阈值；提高第二储能单元两端的电压；在多电平逆变器处于高电压启动或者低电压穿越时，控制多电平逆变器工作在两电平或者三电平工作模式。由于在多电平逆变器中，第二储能单元与第一开关管和第二开关管组成的串联电路并联，处于关断状态的第一开关管或者第二开关管承受的电压等于第二储能单元两端的电压，因此直流母线电压比较高时，提高第二储能单元两端的电压，这样第一开关管组和第二开关管组的开关管两端的电压将会下降，因此无需选取电压应力较大的开关管，提高系统效率。

Description

一种多电平逆变器的控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及逆变器控制领域，尤其是涉及一种多电平逆变器的控制方法、装置及系统。

背景技术

在光伏发电等新能源发电领域，传统的二电平和三电平逆变器由于存在系统开关频率低，体积和重量较大等缺点，在很多情况下已经不能满足基本需求。而四电平、五电平甚至更高电平的逆变器的应用则越来越广泛。

图1为一种常用的五电平逆变器，该逆变器能够输出“+1”、“+2”、“0”、“-1”和“-2”五种电平。其中，当输出“+2”电平时，开关管Q1和开关管Q3导通，此时开关管Q6两端的电压通常为直流母线电压的3/4，当直流母线电压比较大时，例如为1500V，此时会导致开关管Q6两端的电压较大，例如会达到1125V，如果考虑到悬浮电容和母线电容电压波动，开关管Q6两端的电压可能会超过1200V。因此为了保证开关管Q6能够正常工作，需要选取电压应力较大的开关管。同样，该逆变器输出“-2”电平时，开关管Q3两端的电压也通常较大，需要选取电压应力较大的开关管。为了满足开关管Q6和开关管Q3的电压降额，提高可靠性，开关管Q3和开关管Q6一般至少要选择电压应力为1700V的开关管。然而，电压应力较大的开关管存在较大的开关损耗和导通损耗，导致系统效率较低。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种多电平逆变器的控制方法、装置及系统，以实现在直流母线电压比较高时降低开关管两端的电压，因此无需选取电压应力较大的开关管，从而降低开关损耗和导通损耗，提高系统效率。

为此，本发明解决技术问题的技术方案是：

本发明提供了一种多电平逆变器的控制方法，所述多电平逆变器为四电平或者四电平以上的逆变器，包括第一开关管组、第二开关管组、第三开关管组、第一开关管、第二开关管、第一储能单元和第二储能单元，其中，所述第一开关管组包括至少一个串联的开关管，所述第二开关管组包括至少一个串联的开关管，所述第三开关管组包括至少两个开关管；

所述第一储能单元的第一端连接直流电源的正极和所述第一开关管组的第一端，所述第一储能单元的第二端连接所述直流电源的负极和所述第二开关管组的第一端；所述第一开关管组的第二端连接所述第二储能单元的第一端和第一开关管的第一端，所述第二开关管组的第二端连接所述第二储能单元的第二端和所述第二开关管的第二端，所述第三开关管组连接所述第一储能单元的中点、所述第一开关管组的第二端和所述第二开关管组的第二端；所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端，作为所述多电平逆变器的输出端；

所述方法包括：

检测到所述多电平逆变器的直流母线电压大于预设阈值；

提高所述第二储能单元两端的电压；

在所述多电平逆变器处于高电压启动或者低电压穿越时，控制所述多电平逆变器工作在两电平或者三电平工作模式。

可选的，所述提高所述第二储能单元两端的电压，包括：

提高所述第二储能单元两端的电压，以使得所述第二储能单元两端的电压大于直流母线电压的1/4。

可选的，所述控制所述多电平逆变器工作在两电平工作模式，包括：

控制所述多电平逆变器输出“+1”和“-1”电平；其中，当输出“+1”电平时，所述第一开关管组中的各个开关管和所述第一开关管导通，其他开关管关断；当输出“-1”电平时，所述第二开关管组中的各个开关管和所述第二开关管导通，其他开关管关断。

可选的，所述控制所述多电平逆变器工作在三电平工作模式，包括：

控制所述多电平逆变器输出“+1”、“-1”和“0”电平；其中，当输出“+1”电平时，所述第一开关管组中的各个开关管和所述第一开关管导通，其他开关管关断；当输出“-1”电平时，所述第二开关管组中的各个开关管和所述第二开关管导通，其他开关管关断；当输出“0”电平时，所述第三开关管组中的部分或者全部开关管导通，所述第一开关管或者所述第二开关管导通。

可选的，提高所述第二储能单元两端的电压之后，所述方法还包括：

检测到所述直流母线电压小于所述预设阈值；

降低所述第二储能单元两端的电压。

本发明提供了一种多电平逆变器的控制装置，所述多电平逆变器为四电平或者四电平以上的逆变器，包括第一开关管组、第二开关管组、第三开关管组、第一开关管、第二开关管、第一储能单元和第二储能单元，其中，所述第一开关管组包括至少一个串联的开关管，所述第二开关管组包括至少一个串联的开关管，所述第三开关管组包括至少两个开关管；

所述第一储能单元的第一端连接直流电源的正极和所述第一开关管组的第一端，所述第一储能单元的第二端连接所述直流电源的负极和所述第二开关管组的第一端；所述第一开关管组的第二端连接所述第二储能单元的第一端和第一开关管的第一端，所述第二开关管组的第二端连接所述第二储能单元的第二端和所述第二开关管的第二端，所述第三开关管组连接所述第一储能单元的中点、所述第一开关管组的第二端和所述第二开关管组的第二端；所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端，作为所述多电平逆变器的输出端；

所述装置包括：

检测单元，用于检测到所述多电平逆变器的直流母线电压大于预设阈值；

调节单元，用于在所述检测单元检测到所述多电平逆变器的直流母线电压大于预设阈值之后，提高所述第二储能单元两端的电压；

控制单元，用于在所述多电平逆变器处于高电压启动或者低电压穿越时，控制所述多电平逆变器工作在两电平或者三电平工作模式。

可选的，所述调节单元具体用于，在所述检测单元检测到所述多电平逆变器的直流母线电压大于预设阈值之后，提高所述第二储能单元两端的电压，以使得所述第二储能单元两端的电压大于直流母线电压的1/4。

可选的，当控制所述多电平逆变器工作在两电平工作模式时，所述控制单元具体用于，

控制所述多电平逆变器输出“+1”和“-1”电平；其中，当输出“+1”电平时，所述第一开关管组中的各个开关管和所述第一开关管导通，其他开关管关断；当输出“-1”电平时，所述第二开关管组中的各个开关管和所述第二开关管导通，其他开关管关断。

可选的，当控制所述多电平逆变器工作在三电平工作模式时，所述控制单元具体用于，

控制所述多电平逆变器输出“+1”、“-1”和“0”电平；其中，当输出“+1”电平时，所述第一开关管组中的各个开关管和所述第一开关管导通，其他开关管关断；当输出“-1”电平时，所述第二开关管组中的各个开关管和所述第二开关管导通，其他开关管关断；当输出“0”电平时，所述第三开关管组中的部分或者全部开关管导通，所述第一开关管或者所述第二开关管导通。

可选的，

所述检测单元还用于，检测到所述直流母线电压小于所述预设阈值；

所述调节单元还用于，在所述检测单元检测到所述直流母线电压小于所述预设阈值之后，降低所述第二储能单元两端的电压。

本发明提供了一种多电平逆变器系统，所述系统包括：多电平逆变器和多电平逆变器的控制装置；所述多电平逆变器为四电平或者四电平以上的逆变器，包括第一开关管组、第二开关管组、第三开关管组、第一开关管、第二开关管、第一储能单元和第二储能单元，其中，所述第一开关管组包括至少一个串联的开关管，所述第二开关管组包括至少一个串联的开关管，所述第三开关管组包括至少两个开关管；

所述第一储能单元的第一端连接直流电源的正极和所述第一开关管组的第一端，所述第一储能单元的第二端连接所述直流电源的负极和所述第二开关管组的第一端；所述第一开关管组的第二端连接所述第二储能单元的第一端和第一开关管的第一端，所述第二开关管组的第二端连接所述第二储能单元的第二端和所述第二开关管的第二端，所述第三开关管组连接所述第一储能单元的中点、所述第一开关管组的第二端和所述第二开关管组的第二端；所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端，作为所述多电平逆变器的输出端；

所述控制装置包括：

检测单元，用于检测到所述多电平逆变器的直流母线电压大于预设阈值；

调节单元，用于在所述检测单元检测到所述多电平逆变器的直流母线电压大于预设阈值之后，提高所述第二储能单元两端的电压；

控制单元，用于在所述多电平逆变器处于高电压启动或者低电压穿越时，控制所述多电平逆变器工作在两电平或者三电平工作模式。

通过上述技术方案可知，本发明实施例中，对四电平或者四电平以上的多电平逆变器的工作模式进行控制，当直流母线电压比较高时，即大于预设阀值时，则提高第二储能单元两端的电压，并且当处于高电压启动或者低电压穿越模式时，控制所述多电平逆变器工作在两电平或者三电平工作模式。其中，由于在所述多电平逆变器中，第二储能单元与第一开关管和第二开关管组成的串联电路并联，处于关断状态的第一开关管或者第二开关管承受的电压等于第二储能单元两端的电压，因此直流母线电压比较高时(比如1500V)，提高第二储能单元两端的电压，这样第一开关管组和第二开关管组的开关管两端的电压将会下降，因此无需选取电压应力较大的开关管，从而降低开关损耗和导通损耗，提高系统效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为一种五电平逆变器的具体结构图；

图2为本发明提供的一种方法实施例的流程示意图；

图3为本发明提供的一种四电平或者四电平以上的逆变器的结构示意图；

图4为图1所示的逆变器工作在“+1”电平时的电流流向图；

图5为图1所示的逆变器工作在“-1”电平时的电流流向图；

图6为图1所示的逆变器工作在“+0”电平时的电流流向图；

图7为图1所示的逆变器工作在“-0”电平时的电流流向图；

图8为本发明提供的一种装置实施例的结构示意图。

具体实施方式

在光伏发电等新能源发电领域，传统的二电平和三电平逆变器由于存在系统开关频率低，体积和重量较大等缺点，在很多情况下已经不能满足基本需求。尤其是直流电源为1500V等高电压时，二电平和三电平逆变器已基本不再适用。而四电平、五电平甚至更高电平的逆变器由于其存在的输出功率大、系统开关频率高、输出谐波小、动态响应快、传输频带宽、电磁兼容性好、重量轻、体积小和工作效率高等优点，其应用越来越广泛。

图1为一种常用的五电平逆变器，该逆变器包括开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7和Q8，以及电容C1、C2和C3。其中每个开关管都具有反并联二极管。该逆变器能够输出“+1”、“+2”、“0”、“-1”和“-2”五种电平。其中，当输出“+2”电平时，开关管Q1和开关管Q3导通，此时开关管Q2和开关管Q6两端的电压为直流母线电压，即PV电源输出的电压。由于电容C3两端的电压，即开关管Q2两端的电压通常为直流母线电压的1/4，因此开关管Q6两端的电压通常为直流母线电压的3/4。当直流母线电压比较大时，例如为1500V，此时会导致开关管Q6两端的电压较大，例如可能会达到1125V如果考虑到悬浮电容和母线电容电压波动，开关管Q6两端电压可能会超过1200V。同样，该逆变器输出“-2”电平时，开关管Q3两端的电压也通常较大。在实际应用中开关管Q3和开关管Q6最好选择电压应力为1700V的开关管，电压应力为1700V的开关管的开关损耗和导通损耗都相对比较大，系统效率较低。

本发明实施例提供一种多电平逆变器的控制方法、装置及系统，以实现在直流母线电压比较高时降低开关管两端的电压，因此无需选取电压应力较大的开关管，从而降低开关损耗和导通损耗，提高系统效率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参阅图2，本发明提供了多电平逆变器的控制方法的一种方法实施例。本实施例所用于的多电平逆变器为四电平或者四电平以上的逆变器，例如五电平逆变器、七电平逆变器、九电平逆变器等。

如图3所示，所述多电平逆变器包括第一开关管组301、第二开关管组302、第三开关管组303、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一储能单元304和第二储能单元305。其中，第一开关管组包括至少一个串联的开关管，第二开关管组包括至少一个串联的开关管，第三开关管组包括至少两个开关管。第一开关管组和第二开关管组可以为对称结构，也可以为不对称结构。下面说明所述多电平逆变器的具体结构。

第一储能单元304的第一端连接直流电源306的正极和第一开关管组301的第一端。第一储能单元304的第二端连接直流电源306的负极和第二开关管组302的第一端。其中，第一开关管组301包括至少一个串联的开关管，因此第一开关管组301的第一端指的是第一开关管组301中至少一个串联的开关管的一端。第二开关管组302的第一端指的是第二开关管组302中至少一个串联的开关管的一端。第一储能单元为对称结构，例如包括至少两个对称的电容，图3中的N点为所述第一储能单元的中点。

第一开关管组301的第二端连接第二储能单元305的第一端和第一开关管Q1的第一端，第二开关管组302的第二端连接第二储能单元305的第二端和第二开关管Q2的第二端。其中第一开关管组301的第二端指的是第一开关管组301中至少一个串联的开关管的另一端，第二开关管组302的第二端指的是第二开关管组302中至少一个串联的开关管的另一端；第二储能单元305可以包括至少一个电容。

第三开关管组303连接第一储能单元304的中点、第一开关管组301的第二端和第二开关管组302的第二端。

第一开关管Q1的第二端连接第二开关管Q2的第一端，作为所述多电平逆变器的输出端，即图3中的A点。

实际上，本实施例中的所述多电平逆变器，通过第一开关管组301中的各个开关管、第二开关管组302中的各个开关管、第三开关管组中的各个开关管、第一开关管Q1和第二开关管Q2，分别处于导通或者关断状态，能够工作在四电平或者四电平以上的工作模式。其中，本实施例的所述直流电源可以包括PV电源、直流升压电路等。本实施例的所有开关管均可以具有反并联二极管。

本实施例的所述方法包括：

S201：检测到所述多电平逆变器的直流母线电压大于预设阀值。

当直流母线电压比较大时，第一开关管组301或者第二开关管组302中开关管的两端电压比较大，因此需要选择电压应力比较大的开关管。因此本实施例在检测到所述直流母线电压比较大，即大于所述预设阈值时，降低第一开关管组301或第二开关管组302两端的电压。

S202：提高第二储能单元305两端的电压。其中，步骤S202在步骤S201之后执行。

由于在所述多电平逆变器中，第二储能单元305与第一开关管Q1和第二开关管Q2组成的串联电路并联，当多电平逆变器工作在两电平或者三电平工作模式时，处于关断状态的第一开关管Q1或者第二开关管Q2承受的电压等于第二储能单元305两端的电压，因此直流母线电压比较高时(比如1500V)，调节第二储能单元305两端的电压升高一定的值，能够降低第一开关管组301中的开关管或者第二开关管组302中的开关管的电压，升高的这个值不能使得升高后的第二储能单元305两端的电压大于第一开关管Q1或者第二开关管Q2的额定电压，并且通常留有一定的余量。

例如，当所述多电平逆变器的具体结构如图1所示时，第一开关管组301包括开关管Q3，第二开关管组302包括开关管Q6，第二储能单元305包括悬浮电容C3，所述直流电源为PV电源。若不提高悬浮电容C3两端的电压，则悬浮电容C3两端的电压一般为直流母线电压的1/4，因此当第一开关管Q1和开关管Q3导通时，开关管Q6两端的电压为直流母线电压的3/4，当所述多电平逆变器的母线电压比较高时，例如为1500V，此时开关管Q6两端的电压能达到1125V，例如考虑实际情况悬浮电容C3和母线电容上的电压波动，开关管Q6两端的电压可能会达到1200V。因此为了保证开关管Q6能够正常工作，需要至少选择电压应力为1700V的开关管。在本实施例的S202中，调节第二储能单元305两端的电压升高一定的值，比如第一开关管Q1或者第二开关管Q2选择电压应力为650V或者600V的开关管，则可以调节第二储能单元305两端的电压升高到500V左右，这样第一开关管组301和第二开关管组302的开关管只需要承受1000V，因此，可以选择电压应力为1200V的开关管，避免选择电压应力为1700V的开关管，提高系统效率。

其中，本实施例具体可以提高第二储能单元305两端的电压，以使得第二储能单元305两端的电压大于直流母线电压的1/4。

S203：在所述多电平逆变器处于高电压启动或者低电压穿越时，控制所述多电平逆变器工作在两电平或者三电平工作模式。

其中高电压启动指的是逆变器在直流母线电压大于一个阈值时启动，例如，在直流母线电压大于或等于1500V时启动。低电压穿越指的是在逆变器并网点电压跌落时，逆变器能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间(或区域)。

本实施例除了提高第二储能单元305两端的电压，还会在所述多电平逆变器处于高电压启动或者低电压穿越时，控制所述多电平逆变器退化成两电平或者三电平的低电平工作模式。由于在低电压穿越时，所述多电平逆变器的调制比通常比较低，因此使得所述多电平逆变器工作在低电平模式。

本实施例可以是在提高第二储能单元305两端的电压后，执行步骤S203。

通过上述技术方案可知，本发明实施例中，对四电平或者四电平以上的多电平逆变器的工作模式进行控制，当直流母线电压比较高时，即大于预设阀值时，则提高第二储能单元305两端的电压，并且当处于高电压启动或者低电压穿越模式时，控制所述多电平逆变器工作在两电平或者三电平工作模式。其中，由于在所述多电平逆变器中，第二储能单元305与第一开关管Q1和第二开关管Q2组成的串联电路并联，处于关断状态的第一开关管Q1或者第二开关管Q2承受的电压等于第二储能单元305两端的电压，因此直流母线电压比较高时(比如1500V)，调节第二储能单元305两端的电压升高一定的值，这个值不能使得升高后的第二储能单元305两端的电压大于第一开关管Q1或者第二开关管Q2的额定电压，并且留有一定的余量，比如第一开关管Q1或者第二开关管Q2选择650V或者600V开关管，则可以调节第二储能单元305两端的电压升高到500V左右，这样第一开关管组301和第二开关管组302的开关管只需要承受1000V，因此，可以选择电压应力为1200V的开关管，避免选择电压应力为1700V的开关管，从而降低开关损耗和导通损耗，提高系统效率。

而且，由于在低电压穿越时，所述多电平逆变器的调制比比较低，此时使得所述多电平逆变器工作在低电平模式，并且很好地避免第二储能单元305的电压波动过大。

在本发明实施例中，在提高第二储能单元305两端的电压之后，可以在当所述直流母线电压降低到一定的值，降低第二储能单元305两端的电压。具体地，在执行S202之后，本实施例还包括：检测到直流母线电压小于所述预设阈值；降低所述第二储能单元两端的电压。或者，本实施例还可以包括：检测到直流母线电压小于所述预设阈值之后，控制所述多电平逆变器恢复工作在四电平或者四电平以上的工作模式。

下面具体说明S203中对所述多电平逆变器的控制方式。首先说明将所述多电平逆变器的工作模式控制在两电平模式的控制方式。

S203中的控制所述多电平逆变器工作在两电平工作模式，包括：

控制所述多电平逆变器输出“+1”和“-1”电平。

其中，当输出“+1”电平时，所述第一开关管组301中的各个开关管和第一开关管Q1导通，其他开关管，即第二开关管组302中的各个开关管、第三开关管组303中的各个开关管以及第二开关管Q2关断。

例如当所述多电平逆变器的具体结构如图1所示时，第一开关管组301包括开关管Q3，第二开关管组302包括开关管Q6，第二储能单元305包括悬浮电容C3，所述直流电源为PV电源，所述多电平逆变器中的所有开关管均具有反并联二极管。其中，第一开关管Q1和开关管Q3构成上桥臂，第二开关管Q2和开关管Q6构成下桥臂。如图4所示，在输出“+1”电平时，第一开关管Q1和开关管03导通，若所述多电平逆变器工作在有功模式时，电流方向如图4中的实线箭头所示，若所述多电平逆变器工作在无功模式时，电流方向如图4中的虚线箭头所示。

其中，当输出“-1”电平时，第二开关管组302中的各个开关管和第二开关管Q2导通，其他开关管，即第一开关管组301中的各个开关管、第三开关管组303中的各个开关管以及第一开关管Q1关断。

例如当所述多电平逆变器的具体结构如图1所示时，如图5所示，在输出“-1”电平时，第二开关管Q2和开关管06导通，若所述多电平逆变器工作在有功模式时，电流方向如图5中的实线箭头所示，若所述多电平逆变器工作在无功模式时，电流方向如图5中的虚线箭头所示。

下面说明将所述多电平逆变器的工作模式控制在三电平模式的控制方式。

S203中的所述控制所述多电平逆变器工作在三电平工作模式，包括：

控制所述多电平逆变器输出“+1”、“-1”和“0”电平；

其中，当输出“+1”电平时，第一开关管组301中的各个开关管和所述第一开关管Q1导通，其他开关管关断；当输出“-1”电平时，第二开关管组302中的各个开关管和第二开关管Q2导通，其他开关管关断。具体请参见对上述两电平工作模式的介绍，这里不再赘述。

当输出“0”电平时，第三开关管组303中的部分或者全部开关管导通，第一开关管Q1或者第二开关管Q2导通。例如仍以图1所示的具体结构为例，如图6所示，在输出“+0”电平时，第一开关管Q1、开关管04和开关管Q7导通，其他开关管关断，若所述多电平逆变器工作在有功模式时，电流方向如图6中的实线箭头所示，若所述多电平逆变器工作在无功模式时，电流方向如图6中的虚线箭头所示。如图7所示，在输出“-0”电平时，第二开关管Q2、开关管05和开关管Q8导通，其他开关管关断，若所述多电平逆变器工作在有功模式时，电流方向如图7中的实线箭头所示，若所述多电平逆变器工作在无功模式时，电流方向如图7中的虚线箭头所示。

对应上述方法实施例，本发明还提供了多电平逆变器的控制装置的装置实施例。

请参阅图8，本发明还提供了多电平逆变器的控制装置的一种装置实施例。本实施例所用于的多电平逆变器为四电平或者四电平以上的逆变器，例如五电平逆变器、七电平逆变器、九电平逆变器等。

如图3所示，所述多电平逆变器包括第一开关管组301、第二开关管组302、第三开关管组303、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一储能单元304和第二储能单元305。其中，第一开关管组包括至少一个串联的开关管，第二开关管组包括至少一个串联的开关管，第三开关管组包括至少两个开关管。第一开关管组和第二开关管组可以为对称结构，也可以为不对称结构。下面说明所述多电平逆变器的具体结构。

第一储能单元304的第一端连接直流电源306的正极和第一开关管组301的第一端。第一储能单元304的第二端连接直流电源306的负极和第二开关管组302的第一端。其中，第一开关管组301包括至少一个串联的开关管，因此第一开关管组301的第一端指的是第一开关管组301中至少一个串联的开关管的一端。第二开关管组302的第一端指的是第二开关管组302中至少一个串联的开关管的一端。第一储能单元为对称结构，例如包括至少两个对称的电容，图3中的N点为所述第一储能单元的中点。

第一开关管组301的第二端连接第二储能单元305的第一端和第一开关管Q1的第一端，第二开关管组302的第二端连接第二储能单元305的第二端和第二开关管Q2的第二端。其中第一开关管组301的第二端指的是第一开关管组301中至少一个串联的开关管的另一端，第二开关管组302的第二端指的是第二开关管组302中至少一个串联的开关管的另一端；第二储能单元305可以包括至少一个电容。

第三开关管组303连接第一储能单元304的中点、第一开关管组301的第二端和第二开关管组302的第二端。

第一开关管Q1的第二端连接第二开关管Q2的第一端，作为所述多电平逆变器的输出端，即图3中的A点。

实际上，本实施例中的所述多电平逆变器，通过第一开关管组301中的各个开关管、第二开关管组302中的各个开关管、第三开关管组中的各个开关管、第一开关管Q1和第二开关管Q2，分别处于导通或者关断状态，能够工作在四电平或者四电平以上的工作模式。其中，本实施例的所述直流电源可以包括PV电源、直流升压电路等。本实施例的所有开关管均可以具有反并联二极管。

本实施例的所述控制装置包括：检测单元801、调节单元802和控制单元803。

检测单元801用于，检测到所述多电平逆变器的直流母线电压大于预设阀值。

当直流母线电压比较大时，第一开关管组301或者第二开关管组302中开关管的两端电压比较大，因此需要选择电压应力比较大的开关管。因此本实施例在检测到所述直流母线电压比较大，即大于所述预设阈值时，降低第一开关管组301或第二开关管组302两端的电压。

调节单元802用于，在检测单元801检测到所述多电平逆变器的直流母线电压大于预设阀值之后，提高第二储能单元305两端的电压。

由于在所述多电平逆变器中，第二储能单元305与第一开关管Q1和第二开关管Q2组成的串联电路并联，当多电平逆变器工作在两电平或者三电平工作模式时，处于关断状态的第一开关管Q1或者第二开关管Q2承受的电压等于第二储能单元305两端的电压，因此直流母线电压比较高时(比如1500V)，调节第二储能单元305两端的电压升高一定的值，能够降低第一开关管组301中的开关管或者第二开关管组302中的开关管的电压，升高的这个值不能使得升高后的第二储能单元305两端的电压大于第一开关管Q1或者第二开关管Q2的额定电压，并且通常留有一定的余量。

其中，调节单元802可以具体用于，在检测单元801检测到所述多电平逆变器的直流母线电压大于预设阀值之后，提高第二储能单元305两端的电压，以使得第二储能单元305两端的电压大于直流母线电压的1/4。

控制单元803用于，在所述多电平逆变器处于高电压启动或者低电压穿越时，控制所述多电平逆变器工作在两电平或者三电平工作模式。

本实施例除了提高第二储能单元305两端的电压，还会在所述多电平逆变器处于高电压启动或者低电压穿越时，控制所述多电平逆变器退化成两电平或者三电平的低电平工作模式。由于在低电压穿越时，所述多电平逆变器的调制比通常比较低，因此使得所述多电平逆变器工作在低电平模式。

本实施例中控制单元803可以是在调节单元802提高第二储能单元305两端的电压后，控制所述多电平逆变器工作在两电平或者三电平工作模式。

通过上述技术方案可知，本发明实施例中，对四电平或者四电平以上的多电平逆变器的工作模式进行控制，当直流母线电压比较高时，即大于预设阀值时，则提高第二储能单元305两端的电压，并且当处于高电压启动或者低电压穿越模式时，控制所述多电平逆变器工作在两电平或者三电平工作模式。其中，由于在所述多电平逆变器中，第二储能单元305与第一开关管Q1和第二开关管Q2组成的串联电路并联，处于关断状态的第一开关管Q1或者第二开关管Q2承受的电压等于第二储能单元305两端的电压，因此直流母线电压比较高时(比如1500V)，调节第二储能单元305两端的电压升高一定的值，这个值不能使得升高后的第二储能单元305两端的电压大于第一开关管Q1或者第二开关管Q2的额定电压，并且留有一定的余量，比如第一开关管Q1或者第二开关管Q2选择650V或者600V开关管，则可以调节第二储能单元305两端的电压升高到500V左右，这样第一开关管组301和第二开关管组302的开关管只需要承受1000V，因此，可以选择电压应力为1200V的开关管，避免选择电压应力为1700V的开关管，从而降低开关损耗和导通损耗，提高系统效率。

而且，由于在低电压穿越时，所述多电平逆变器的调制比比较低，此时使得所述多电平逆变器工作在低电平模式，并且很好地避免第二储能单元305的电压波动过大。

在本发明实施例中，在提高第二储能单元305两端的电压之后，可以在当所述直流母线电压降低到一定的值，降低第二储能单元305两端的电压。具体地，检测单元801还用于，检测到所述直流母线电压小于所述预设阈值；调节单元802还用于，在检测单元801检测到所述直流母线电压小于所述预设阈值之后，降低所述第二储能单元两端的电压。或者，本实施例中，控制单元803还可以用于，在检测单元801检测到所述直流母线电压小于所述预设阈值之后，控制所述多电平逆变器恢复工作在四电平或者四电平以上的工作模式。

下面具体说明控制单元803对所述多电平逆变器的控制方式。

当控制所述多电平逆变器工作在两电平工作模式时，控制单元803具体用于，控制所述多电平逆变器输出“+1”和“-1”电平；其中，当输出“+1”电平时，所述第一开关管组中的各个开关管和所述第一开关管导通，其他开关管关断；当输出“-1”电平时，所述第二开关管组中的各个开关管和所述第二开关管导通，其他开关管关断。

当控制所述多电平逆变器工作在三电平工作模式时，控制单元803具体用于，控制所述多电平逆变器输出“+1”、“-1”和“0”电平；其中，当输出“+1”电平时，所述第一开关管组中的各个开关管和所述第一开关管导通，其他开关管关断；当输出“-1”电平时，所述第二开关管组中的各个开关管和所述第二开关管导通，其他开关管关断；当输出“0”电平时，所述第三开关管组中的部分或者全部开关管导通，所述第一开关管或者所述第二开关管导通。

本发明还提供了多电平逆变器系统的一种装置实施例。本实施例所述的系统包括：多电平逆变器和多电平逆变器的控制装置，所述多电平逆变器如图3所示，所述控制装置如图8所示，具体请见上述方法实施例和装置实施例的相关描述，这里不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种多电平逆变器的控制方法，其特征在于，所述多电平逆变器为四电平或者四电平以上的逆变器，包括第一开关管组、第二开关管组、第三开关管组、第一开关管、第二开关管、第一储能单元和第二储能单元，其中，所述第一开关管组包括至少一个开关管或至少两个串联的开关管，所述第二开关管组包括至少一个开关管或至少两个串联的开关管，所述第三开关管组包括至少两个开关管；

所述第一储能单元的第一端连接直流电源的正极和所述第一开关管组的第一端，所述第一储能单元的第二端连接所述直流电源的负极和所述第二开关管组的第一端；所述第一开关管组的第二端连接所述第二储能单元的第一端和第一开关管的第一端，所述第二开关管组的第二端连接所述第二储能单元的第二端和所述第二开关管的第二端，所述第三开关管组连接所述第一储能单元的中点、所述第一开关管组的第二端和所述第二开关管组的第二端；所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端，作为所述多电平逆变器的输出端；

所述方法包括：

检测到所述多电平逆变器的直流母线电压大于预设阈值；

提高所述第二储能单元两端的电压，以降低所述第一开关管组中开关管上的电压或第二开关管组中开关管上的电压；

在所述多电平逆变器处于高电压启动或者低电压穿越时，控制所述多电平逆变器工作在两电平或者三电平工作模式。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提高所述第二储能单元两端的电压，包括：

提高所述第二储能单元两端的电压，以使得所述第二储能单元两端的电压大于直流母线电压的1/4。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述多电平逆变器工作在两电平工作模式，包括：

控制所述多电平逆变器输出“+1”和“-1”电平；其中，当输出“+1”电平时，所述第一开关管组中的各个开关管和所述第一开关管导通，其他开关管关断；当输出“-1”电平时，所述第二开关管组中的各个开关管和所述第二开关管导通，其他开关管关断。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述多电平逆变器工作在三电平工作模式，包括：

控制所述多电平逆变器输出“+1”、“-1”和“0”电平；其中，当输出“+1”电平时，所述第一开关管组中的各个开关管和所述第一开关管导通，其他开关管关断；当输出“-1”电平时，所述第二开关管组中的各个开关管和所述第二开关管导通，其他开关管关断；当输出“0”电平时，所述第三开关管组中的部分或者全部开关管导通，所述第一开关管或者所述第二开关管导通。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提高所述第二储能单元两端的电压之后，所述方法还包括：

检测到所述直流母线电压小于所述预设阈值；

降低所述第二储能单元两端的电压。

6.一种多电平逆变器的控制装置，其特征在于，所述多电平逆变器为四电平或者四电平以上的逆变器，包括第一开关管组、第二开关管组、第三开关管组、第一开关管、第二开关管、第一储能单元和第二储能单元，其中，所述第一开关管组包括至少一个开关管或至少两个串联的开关管，所述第二开关管组包括至少一个开关管或至少两个串联的开关管，所述第三开关管组包括至少两个开关管；

所述第一储能单元的第一端连接直流电源的正极和所述第一开关管组的第一端，所述第一储能单元的第二端连接所述直流电源的负极和所述第二开关管组的第一端；所述第一开关管组的第二端连接所述第二储能单元的第一端和第一开关管的第一端，所述第二开关管组的第二端连接所述第二储能单元的第二端和所述第二开关管的第二端，所述第三开关管组连接所述第一储能单元的中点、所述第一开关管组的第二端和所述第二开关管组的第二端；所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端，作为所述多电平逆变器的输出端；

所述装置包括：

检测单元，用于检测到所述多电平逆变器的直流母线电压大于预设阈值；

调节单元，用于在所述检测单元检测到所述多电平逆变器的直流母线电压大于预设阈值之后，提高所述第二储能单元两端的电压，以降低所述第一开关管组中开关管上的电压或第二开关管组中开关管上的电压；

控制单元，用于在所述多电平逆变器处于高电压启动或者低电压穿越时，控制所述多电平逆变器工作在两电平或者三电平工作模式。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述调节单元具体用于，在所述检测单元检测到所述多电平逆变器的直流母线电压大于预设阈值之后，提高所述第二储能单元两端的电压，以使得所述第二储能单元两端的电压大于直流母线电压的1/4。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，当控制所述多电平逆变器工作在两电平工作模式时，所述控制单元具体用于，

控制所述多电平逆变器输出“+1”和“-1”电平；其中，当输出“+1”电平时，所述第一开关管组中的各个开关管和所述第一开关管导通，其他开关管关断；当输出“-1”电平时，所述第二开关管组中的各个开关管和所述第二开关管导通，其他开关管关断。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，当控制所述多电平逆变器工作在三电平工作模式时，所述控制单元具体用于，

控制所述多电平逆变器输出“+1”、“-1”和“0”电平；其中，当输出“+1”电平时，所述第一开关管组中的各个开关管和所述第一开关管导通，其他开关管关断；当输出“-1”电平时，所述第二开关管组中的各个开关管和所述第二开关管导通，其他开关管关断；当输出“0”电平时，所述第三开关管组中的部分或者全部开关管导通，所述第一开关管或者所述第二开关管导通。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述检测单元还用于，检测到所述直流母线电压小于所述预设阈值；

所述调节单元还用于，在所述检测单元检测到所述直流母线电压小于所述预设阈值之后，降低所述第二储能单元两端的电压。

11.一种多电平逆变器系统，其特征在于，所述系统包括：多电平逆变器和多电平逆变器的控制装置；所述多电平逆变器为四电平或者四电平以上的逆变器，包括第一开关管组、第二开关管组、第三开关管组、第一开关管、第二开关管、第一储能单元和第二储能单元，其中，所述第一开关管组包括至少一个开关管或至少两个串联的开关管，所述第二开关管组包括至少开关管或至少两个一个串联的开关管，所述第三开关管组包括至少两个开关管；

所述第一储能单元的第一端连接直流电源的正极和所述第一开关管组的第一端，所述第一储能单元的第二端连接所述直流电源的负极和所述第二开关管组的第一端；所述第一开关管组的第二端连接所述第二储能单元的第一端和第一开关管的第一端，所述第二开关管组的第二端连接所述第二储能单元的第二端和所述第二开关管的第二端，所述第三开关管组连接所述第一储能单元的中点、所述第一开关管组的第二端和所述第二开关管组的第二端；所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端，作为所述多电平逆变器的输出端；

所述控制装置包括：

检测单元，用于检测到所述多电平逆变器的直流母线电压大于预设阈值；

调节单元，用于在所述检测单元检测到所述多电平逆变器的直流母线电压大于预设阈值之后，提高所述第二储能单元两端的电压，以降低所述第一开关管组中开关管上的电压或第二开关管组中开关管上的电压；

控制单元，用于在所述多电平逆变器处于高电压启动或者低电压穿越时，控制所述多电平逆变器工作在两电平或者三电平工作模式。