CN105262357B - 一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法及装置。该方法包括：获取所述初级电容逆变单元的输入端电压值PV；如果所述输入端电压值PV大于预设电压值FV，则控制至少一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值为所述第一悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和。本发明实施例所采用的技术方案，在增大电平切换单元第一悬浮电容的稳定电压后，实现了降低多电平逆变器中开关管应力，增大开关管选型途径的目的。

Description

一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及电力电子技术，尤其涉及一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法及装置。

背景技术

多电平逆变器电路具有输出谐波小、动态响应快、传输频带宽、电磁兼容性好、重量轻、体积小和效率高等优点，越来越受到光伏行业的重视，从而使多电平逆变器在中压大容量场合得到了广泛应用。如图1所示，为现有技术中的一种多电平逆变器电路的结构示意图，该多电平逆变器电路包括初级电容逆变单元11，以及级联的m个电平切换单元12，m为大于或等于1的整数，其中初级电容逆变单元11的输入端与直流电源相连，用于输入直流电源PV，该初级电容逆变单元11至少能够将直流电源转换为多电平交流电信号，可以由多个电容和开关管组成，m个电平切换单元12主要用于实现更多电平输出。

另外，如图1所示，上述每个电平切换单元12包括第一悬浮电容，第一开关管和第二开关管，其中第一悬浮电容的第一端与第一开关管的第一端电连接，第二电容的第二端与第二开关管的第一端电连接。具体的，第1个电平切换单元12中，其第一悬浮电容C1的第一端还与上述初级电容逆变单元11第一输出端电连接，第一悬浮电容C1的第二端还与上述初级电容逆变单元11第二输出端电连接，第m个电平切换单元12中，第一开关管Q1m的第二端和第二开关管Q2m的第一端电连接，并连接到逆变器的输出端，m≥1；且当m≥2时，则第i(1<i≤m)个电平切换单元12中，第一悬浮电容Ci的第一端与第i-1电平切换单元12的第一开关管Q1i的第二端电连接，第一悬浮电容Ci的第二端与第i-1电平切换单元12的第二开关管Q2i的第二端电连接。

上述逆变器电路中，第一悬浮电容在工作时电压需要达到一定值并且保持稳定，例如，对于第1个电平切换单元12，其第一悬浮电容C1电压值可保持在为PV/4，其中PV两个端点间的电压，即输入到初级电容逆变单元11的直流电源电压值，此时，如图1所示，若控制初级电容逆变单元11中的开关管，使AP两个端点间电位相等，则BN两个端点间承受的电压为整个PV两个端点间的电压减去第一悬浮电容C1两端的电压，即3PV/4，如果PV两个端点间的电压较高，则NB两个端点间初级电容逆变单元11中设置的开关管需要承受较大的电压降；同理，若BN两个端点间的电压相等，则AP两个端点间承受的电压为整个PV两个端点间电压减去第一悬浮电容C1的电压，即3PV/4，如果PV两个端点间电压较高，则AP两端端点间初级电容逆变单元11中设置的开关管承受较大的电压降，而较大的电压降会增大开关管的应力，不便于开关管的选型。

发明内容

本发明提供一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法及装置，实现对悬浮电容电压的动态调整，进而达到降低开关管应力，增大开关管选型途径的目的。

第一方面，本发明实施例提供了一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法，该方法包括：

获取所述初级电容逆变单元的输入端电压值PV；

如果所述输入端电压值PV大于预设电压值FV，则控制至少一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值为所述第一悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和。

进一步的，如果所述输入端电压值PV大于预设电压值FV，则控制第一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值为所述第一悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和。

进一步的，控制m个电平切换单元中各个第一悬浮电容的实际电压值为所述第一悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和。

进一步的，所述多电平逆变电路输出N电平，当N为大于等于5的奇数时，对于第j个电平切换单元中的第一悬浮电容，其预设稳定电压值为PV/2^j+1，1≤j≤m；当N等于4时，第1个电平切换单元中的第一悬浮电容，其预设稳定电压值为PV/3。

进一步的，对于第j个电平切换单元中的第一悬浮电容，其偏置电压值为固定电压值或变化值。

进一步的，所述固定电压值为0～PV/2中的任一数值。

进一步的，所述变化值为动态调节值，如以PV为自变量的因变量。

进一步的，所述预设电压值FV小于等于所述多电平逆变器的最大允许输入电压。

进一步的，所述控制至少一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值为所述第一悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和的步骤包括：监测所述至少一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值；如果第j个电平切换单元中第一悬浮电容的实际电压值低于预设稳定电压值与偏置电压值之和，则对所述第一悬浮电容进行充电，使所述实际电压值达到预设稳定电压值与偏置电压值之和。

进一步的，通过电压传感器监测所述至少一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值；或者，通过电阻分压式电路监测所述至少一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值。

第二方面，本发明实施例提供了一种用于执行上述方法的控制装置。该控制装置包括：

电压值获取模块，用于获取所述初级电容逆变单元的输入端电压值PV；

控制模块，用于如果所述输入端电压值PV大于预设电压值FV，则控制至少一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值为所述第一悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和。

本发明实施例提供的一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法及装置，通过将初级电容逆变单元的输出端电压值与预设电压值比较，来控制至少一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值，使其为第一悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和。利用该方法简单便捷的实现了对至少一个电平切换单元的第一悬浮电容需要保持的平衡电压的动态调控，进而达到降低开关管应力，增大开关管选型途径的目的。

附图说明

图1为现有技术中的一种多电平逆变器电路的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法的流程图；

图3为本发明实施例二提供的一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法的流程图；

图4A为本发明实施三提供的一种初级电容逆变单元电路的结构示意图；

图4B为本发明实施三提供的另一种初级电容逆变单元电路的结构示意图；

图4C为本发明实施三提供的又一种初级电容逆变单元电路的结构示意图；

图4D为本发明实施三提供的再一种初级电容逆变单元电路的结构示意图；

图5A为本发明实施例四提供的一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法的流程图；

图5B为本发明实施例四提供的一种五电平逆变器电路的结构示意图；

图5C为本发明实施例四提供的一种五电平逆变器电路的工作模式；

图5D为本发明实施例四提供的另一种五电平逆变器电路的工作模式；

图6为本发明实施例四提供的一种控制装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图2为本发明实施例一提供的一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法的流程图，本实施例可适用于控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压动态调整的情况，该方法可以由控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的装置来执行，如图2所示，本实施例提供的一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法，多电平逆变器电路的结构可以如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤201、获取初级电容逆变单元11的输入端电压值PV。

在本实施例中，多电平逆变器电路包括初级电容逆变单元11和级联的m个电平切换单元12，初级电容逆变单元11的输入端与直流电源相连；电平切换单元12包括第一悬浮电容，第一开关管和第二开关管，其中第一悬浮电容的第一端与第一开关管的第一端电连接，第一悬浮电容的第二端与第二开关管的第二端电连接，其中，第1个电平切换单元12中，其第一悬浮电容的第一端还与初级电容逆变单元11的第一输出端电连接，第一悬浮电容的第二端还与上述初级电容逆变单元11第二输出端电连接，第m个电平切换单元12中，第一开关管的第二端和第二开关管的第一端电连接，并连接到逆变器的输出端，m≥1；且当m≥2时，则第i个电平切换单元12中，第一悬浮电容的第一端与第i-1个电平切换单元12的第一开关管的第二端电连接，第一悬浮电容的第二端与第i-1个电平切换单元12的第二开关管的第一端电连接，其中1＜i≤m，i、m均为正整数。

在本实施例中，初级电容逆变单元11的输入端可以是与直流电源直接连接，或者在直流电源初级电容逆变单元11之间设置升压电路，因此，输入端电压值PV具体可指由与初级电容逆变单元11的输入端相连的直流电源直接输出的电压或经升压处理后的升值电压。所述输入端电压均为为直流电压。多电平逆变器电路基于本发明所提方法控制第一悬浮电容电压时需要读取所述输入端电压值PV。

步骤202、如果输入端电压值PV大于预设电压值FV，则控制至少一个电平切换单元12中的第一悬浮电容的实际电压值为所述第一悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和。

在本实施例中，所述预设电压值FV具体可指在所述多电平逆变器电路中设定的用来动态调控所述第一悬浮电容电压的电压控制阈值。所述第一悬浮电容的所述预设稳定电压值具体可指多电平逆变器电路中输入端电压值PV不大于预设电压值FV时，第一悬浮电容预定要达到的平衡电压值。所述偏置电压值具体可指在多电平逆变器电路中，对所述第一悬浮电容的预设稳定电压动态调控时要增大的电压值。

优选的，可以控制第一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值为所述第一悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和。

进一步的，控制m个电平切换单元12中各个第一悬浮电容的实际电压值为所述第一悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和。

在本实施例中，由于所述多电平逆变器电路包括初级电容逆变单元11和级联的m个电平切换单元12，所以控制至少一个电平切换单元12中的第一悬浮电容的实际电压值为所述第一悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和，可优选为：控制m个电平切换单元12中第一悬浮电容的实际压值为所述悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和，对于不同的电平切换单元12，其预设稳定电压值和偏置电压值，均可以设置为不同数值。

进一步的，所述多电平逆变电路输出N电平，当N为大于等于5的奇数时，对于第j个电平切换单元中的第一悬浮电容，其预设稳定电压值为PV/2^j+1，1≤j≤m；当N等于4时，第1个电平切换单元中的第一悬浮电容，其预设稳定电压值为PV/3。

在本实施例中，在多电平逆变电路输出N电平，且N为大于等于5的奇数时，对第j个电平切换单元12中的第一悬浮电容预设稳定电压值的设定存在一个规律，即可设定第j个电平切换单元12中第一悬浮电容的预设稳定电压值为PV/2^j+1，示例性的，当N大于等于5时，第1个电平切换单元12中第一悬浮电容的预设稳定电压值为PV/4。还存在一种N等于4时的情况，此时多电平逆变器只存在1个电平切换单元12，对于该电平切换单元12中第一悬浮电容预设稳定电压值的设定记为PV/3。

在本实施例中，对于第j个电平切换单元12中的第一悬浮电容，其偏置电压值可以有两种设置方式，其一是偏置电压值可以是固定值，该固定值大于零，优选地，可以设置为0～PV/2中的任一数值。其二，所述偏置电压值的设置还存在动态调节值的方式，例如对于第j个电平切换单元12中的第一悬浮电容，其偏置电压值为以PV为自变量的因变量，符合函数Y＝F(PV)，其中Y为变量值。优选地，偏置电压值可以设置为PV/2ⁱ⁺²，上述两种设置方式在本发明中所起的作用相同，达到的有益效果也相同。

在本实施例中，需要注意的是，对第一悬浮电容的电压控制可以看作是实时调控的，即完成一次第一悬浮电容的电压调控后，可以返回对初级电容逆变单元11的输入端电压值PV的读取步骤并循环执行。这主要是考虑到输入端电压值PV并不是恒定不变的，因此对悬浮电容的电压进行循环监测并实时调控。

本发明实施例提供的一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法，通过读取所述初级电容逆变单元的输入端电压值PV，在输入端电压值PV大于预设电压值FV时，控制至少一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值为所述悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和。利用该方法简单便捷的实现了对至少一个电平切换单元的第一悬浮电容需要保持的平衡电压的动态调控，进而达到降低开关管应力，增大开关管选型途径的目的。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法的流程图，本实施例在上述各实施例的基础上进行优化，在本实施例中，将步骤控制至少一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值为所述第一悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和，进一步优化为：监测所述至少一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值；如果第j个电平切换单元中第一悬浮电容的实际电压值低于预设稳定电压值与偏置电压值之和，则对所述第一悬浮电容进行充电，使所述实际电压值达到预设稳定电压值与偏置电压值之和。

如图3所示，本发明实施例提供的一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法，多电平逆变器电路的结构可以如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤301、获取初级电容逆变单元11的输入端电压值PV。

在本实施例中，可基于电压传感器或电阻式分压电路获取所述输入端的电压值PV。

步骤302、判定输入端电压值PV是否大于预设电压值FV，若是，则执行步骤303；若否，则执行步骤306。

进一步的，所述预设电压值FV小于或等于所述多电平逆变器的最大允许输入电压。

在本实施例中，所述预设电压值FV可以根据实际情况设定，示例性的，如果所述多电平逆变器的最大允许输入电压为1500V，那么对预设电压值FV的设定可为1200V或者更低。

步骤303、监测至少一个电平切换单元12中的第一悬浮电容的实际电压值。

在本实施例中，由于需要对多电平逆变器电路中的第一悬浮电容进行预充电操作且要求第一悬浮电容的电压保持一个稳定值，所以需要实时监测所述第一悬浮电容的实际电压值。

进一步的，可以通过电压传感器监测所述至少一个电平切换单元12中的第一悬浮电容的实际电压值；或者，通过电阻分压式电路监测所述至少一个电平切换单元12中的第一悬浮电容的实际电压值。

在本实施例中，可以通过在第一悬浮电容两端外接一个电压传感器来监测该第一悬浮电容的实际电压值。进一步的，监测该第一悬浮电容实际电压值的另一种方式是基于电阻分压式电路。所述电阻分压式电路电连接于第一悬浮电容的两端，在电阻分压式电路中，通过计算已知电阻的电压可以得出所述第一悬浮电容的实际电压值。

步骤304、判定第j个电平切换单元12中第一悬浮电容的实际电压值是否达到预设稳定电压值与偏置电压值之和，若否，则执行步骤305；若是，则执行步骤307。

在本实施例中，对所述第一悬浮电容两端的实际电压值的监测，可以实现将预设稳定电压值与偏置电压值之和的结果值与上述实际电压值的比较，如果实际电压值没有达到所述结果值，就可以控制多电平逆变器电路对所述第一悬浮电容的稳定电压进行调整。

在本实施例中，如果多电平逆变器的电平为N，且N为大于等于5的奇数，则将第j个电平切换单元12中第一悬浮电容的预设稳定电压值设定为PV/2^j+1，所述第一悬浮电容偏置电压值的设定可以为一处于0～PV/2之间的任一固定值，也可以为动态调节值，例如所述动态调节值Y满足函数Y＝F(PV)，优选地，可具体为Y＝PV/2^j+2，其中，1≤j≤m。

步骤305、对第i个电平切换单元12中第一悬浮电容进行充电，使所述第一悬浮电容的实际电压达到预设稳定电压值与偏置电压值之和，作为其实际稳定电压值，之后执行步骤307。

在本实施例中，在实际电压值没有达到预设稳定电压值与偏置电压值之和时，需要对所述第一悬浮电容进行充电。所述实际稳定电压值具体记为所述预设稳定电压值与偏置电压值之和。

在本实施例中，对第i个电平切换单元12的第一悬浮电容进行充电具体可为导通第i-1个及其之前所有电平切换单元12中第一悬浮电容两端的第一开关管和第二开关管，同时断开第i个电平切换单元12的第一悬浮电容两端的第一开关管和第二开关管，通过初级电容逆变单元11的输入端电压即可实现对所述第一悬浮电容的充电。

步骤306、控制第一悬浮电容的实际电压值仍保持为预设稳定电压值。

在本实施例中，如果所述初级电容逆变单元11的输入端电压值PV没有大于预设电压值FV，就不需要调控第一悬浮电容的原有稳定电压值。所述控制所述第一悬浮电容的实际电压值保持为预设稳定电压值具体可为：如果所述第一悬浮电容的实际电压值没有大于预设稳定电压值，则对所述第一悬浮电容进行充电，使其达到预设稳定电压值并保持电压稳定。

步骤307、结束本次对第一悬浮电容电压的控制。

在本实施例中，对所述第一悬浮电容的电压控制可以看作实时调控，因此在进行一轮对第一悬浮电容的电压的控制后，还可以跳转至步骤301循环进行输入电压的读取以及第一悬浮电容电压的实时调控。

本发明实施例提供的一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法，首先实时监测并获取初级电容逆变单元的输入端电压值，然后将所述输入端电压值与预设电压值做比较，如果输入电压值大于预设电压值，则基于电压传感器或电阻分压电路实现第i个电平切换单元中第一悬浮电容实际电压值的监测，同时对第一悬浮电容进行充电使实际电压值达到所述第一悬浮电容预设稳定电压值与偏置电压值之和并作为实际稳定电压值。利用该方法，进一步实现了对至少一个电平切换单元的第一悬浮电容需要保持的平衡电压的动态调控，进而达到降低开关管应力，增大开关管选型途径的目的。

实施例三

本发明提供的一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法，具体实施在多电平逆变器中，由图1所示多电平逆变器电路的结构示意图可知，所述多电平逆变器包括初级电容逆变单元11和级联的m个电平切换单元12。其中，初级电容逆变单元11有更多种实现结构，本发明实施例三提供了几种初级电容逆变单元的实施方式，具体可以是图4A、图4B、图4C、图4D，其仅为是本发明实施例三提供的四种优选的初级电容逆变单元11的电路图。

参见图4A所示，该初级电容逆变单元11包括：第二电容C00、第三电容C01、第三开关管Q1、第四开关管Q2、第五开关管Q3、第六开关管Q4、第七开关管Q5和第八开关管Q6。其中，第二电容C00的第一端与电池板的正极，以及第三开关管Q1的第一端连接，第二电容C00的第二端与所述第三电容C01的第一端，以及所述第五开关管Q3的第二端、第六开关管Q4的第一端电连接；第三电容C01的第二端与电池板的负极，以及第八开关管Q6的第二端电连接；第三开关管Q1的第二端与第四开关管Q2的第二端，以及所述第一个电平切换单元中第一电容的第一端电连接；第四开关管Q2的第一端与第五开关管Q3的第一端电连接；第六开关管Q4的第二端和第七开关管Q5的第二端电连接，第七开关管Q5的第一端与第八开关管Q6的第一端，以及所述第一个电平切换单元中第一电容的第二端电连接。

另外，参见图4B所示，该初级电容逆变单元11包括：第二电容C00、第三电容C01、第三开关管Q1、第四开关管Q2、第五开关管Q3、第六开关管Q4、第七开关管Q5和第八开关管Q6。第二电容C00的第一端与所述电池板的正极，以及第三开关管Q1的第一端电连接，第二电容C00的第二端与第三电容C01的第一端，以及第五开关管Q3的第二端、第六开关管Q4的第一端电连接；第三电容C01的第二端与所述电池板的负极，以及第八开关管Q6的第二端电连接；第三开关管Q1的第二端与第四开关管Q2的第一端，以及第五开关管Q3的第一端电连接；第四开关管Q2的第二端与第一个电平切换单元中第一电容的第一端电连接；第六开关管Q4的第二端和第七开关管Q5的第二端，以及第八开关管Q6的第一端电连接；第七开关管Q5的第一端与第一个电平切换单元中第一电容的第二端电连接。

或者，参见图4C所示，初级电容逆变单元11包括：第二电容C00、第三电容C01、第四电容C02、第三开关管Q1、第四开关管Q2、第五开关管Q3、第六开关管Q4、第七开关管Q5和第八开关管Q6；。其中，第二电容C00的第一端与所述电池板的正极，以及第三开关管Q1的第一端电连接，第二电容C00的第二端与第四电容C02的第一端，以及第五开关管Q3的第二端电连接；第四电容C02的第二端与第六开关管Q4的第一端，以及第三电容C01的第一端电连接；第三电容C01的第二端与所述电池板的负极，以及第八开关管Q6的第二端电连接；第三开关管Q1的第二端与第四开关管Q2的第二端，以及所述第一个电平切换单元中第一电容的第一端电连接；第四开关管Q2的第一端与第五开关管Q3的第一端电连接；第六开关管Q4的第二端和第七开关管Q5的第二端电连接，第七开关管Q5的第一端与第八开关管Q6的第一端，以及所述第一个电平切换单元中第一电容的第二端电连接；

或者，参加图4D所示，初级电容逆变单元11包括：第二电容C00、第三电容C01、第四电容C02、第三开关管Q1、第四开关管Q2、第五开关管Q3、第六开关管Q4、第七开关管Q5和第八开关管Q6。其中，第二电容C00的第一端与所述电池板的正极，以及第三开关管Q1的第一端连接，第二电容C00的第二端与第四电容C02的第一端，以及第五开关管Q3的第二端电连接；第四电容C02的第二端与第六开关管Q4的第一端，以及第三电容C01的第一端电连接；第三电容C01的第二端与所述电池板的负极，以及第八开关管Q6的第二端电连接；第三开关管Q1的第二端与第四开关管Q2的第一端，以及第五开关管Q3的第一端电连接；第四开关管Q2的第二端与所述第一个电平切换单元中第一电容的第一端电连接；第六开关管Q4的第二端和第七开关管Q5的第二端，以及第八开关管Q6的第一端电连接；第七开关管Q5的第一端与所述第一个电平切换单元中第一电容的第二端电连接。

需要说明的是，所述电容的第一端是指电容的正极，第二端是指电容的负极，当所述开关管包括金属氧化物半导体场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管时，所述开关管的第一端是指开关管的集电极，第二端是指开关管的发射极。

在本发明实施例三中，需要说明的是，本发明实施例提供的一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法适用于且不限定于由图4A至图4D的任一种初级电容逆变单元11电路与电平切换单元12组成的多电平逆变器。

实施例四

如图5A所示，本发明实施例四提供了一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法的优选实施例。本实施例基于上述实施例，对图1所示的多电平逆变器电路的结构示意图进一步具体化，给出了本发明的方法基于图5B的五电平逆变器中的优选实施例。

在图5B中，所述五电平逆变器的初级电容逆变单元11优选为上述实施例给出的如图4A所示的电路结构，且只包含1个电平转换单元12。所述电平转换单元12包括第一悬浮电容C1、第一开关管Q11和第二开关管Q21。在图5B的五电平逆变器中，通过开关管的开闭可以使端点O和输出端R之间形成五个电平信号输出。

进一步的，本发明实施例四给出了基于图5B所示五电平逆变器的两种工作模式下的优选实施例，两种工作模式分别如图5C和图5D所示。在图5C所示的工作模式中，第三开关管Q1是导通的，第一开关管Q11和第八开关管Q6是关断的，所形成的电流走向通过箭头标注；在图5D所示的工作模式中，第八开关管Q6是导通的，第二开关管Q21和第三开关管Q1是关断的，所形成的电流走向也通过箭头标注。

下面具体结合图5A，详细说明五电平逆变器在如图5C和图5D两种工作模式下对第一悬浮电容电压的控制过程。如图5A所示，给出了本发明实施例的方法基于图5B所给的五电平逆变器实现第一悬浮电容电压控制的流程示意图。具体包括如下步骤：

步骤401、五电平逆变器基于电压测量设备获取初级电容逆变单元11输入端的电压值PV。

示例性的，电压测量设备可为电压传感器等能够测量电压值的设备。

步骤402、判定输入端的电压值PV是否大于预设电压值FV，若是，则执行步骤403；若否，则执行步骤406。

示例性的，可设定预设电压值FV为1000V。在本实施例中，针对图5C所示的第三开关管Q1导通，第一开关管Q11和第八开关管Q6关断的工作模式，此时AP两个端点间的电位相等，而第一悬浮电容C1的预设稳定电压值为PV/4，进而得到NB两个端点的电压为3PV/4，若输入电压值PV大于预设电压值FV，FV＝1000V,可认为输入的电压值PV过高，此时会增大NB两端点间开关管的应力，因此可选择增大第一悬浮电容C1的稳定电压。

在本实施例中，同理，针对图5D所示的第八开关管Q6导通，第二开关管Q21和第三开关管Q1关断的工作模式，此时BN两个端点间的电位相等，而第一悬浮电容C1的预设稳定电压值为PV/4，进而得到AP两个端点的电压为3PV/4，若输入电压值PV大于预设电压值FV，FV＝1000V,可认为输入的电压值PV过高，此时会增大AP两端点间开关管的应力，因此也可选择增大第一悬浮电容C1的稳定电压。

步骤403、基于电压传感器监测第一悬浮电容C1的实际电压值。

在图5C或图5D的工作模式下，均需要对第一悬浮电容C1进行预充电，预充电过程中，第一悬浮电容C1的实际电压值处于变化状态。

步骤404、判定第一悬浮电容C1的实际电压值是否达到预设稳定电压值与偏置电压值的和，若否，则执行步骤405；若是，则执行步骤407。

示例性的，可设定预设稳定电压值为PV/4；同时设定偏置电压值为PV/8或也可设定偏置电压值为固定值0～PV/2的任一值。

步骤405、对第一悬浮电容C1进行充电，使第一悬浮电容C1的实际电压满足预设稳定电压值与偏置电压值之和，作为第一悬浮电容C1的实际稳定电压值。

示例性的，第一悬浮电容C1的实际电压值满足预设稳定电压值与偏置电压值之和，即实际电压值为PV/4加PV/8等于3PV/8，同时其实际稳定电压值就等于此时第一悬浮电容C1的实际电压值为3PV/8。

在本实施例中，所述对第一悬浮电容C1进行充电具体可为同时断开图5B中的开关管第一开关管Q11和第二开关管Q21，闭合第三开关管Q1或第八开关管Q6。由此实现第一悬浮电容C1的充电。

在本实施例中，将第一悬浮电容C1的实际稳定电压值设定为3PV/8，那么在图5C所示的工作模式中，AP两端点的电压降低至5PV/8，由此可以降低AP两端点间开关管的应力；同理，在图5D所示的工作模式中，NB两端点的电压降低至5PV/8，由此可以降低NB两端点间开关管的应力。

步骤406、控制第一悬浮电容C1的实际电压值保持为预设稳定电压值。

示例性的，此时第一悬浮电容C1的实际电压值等于PV/4。

步骤407、结束本次对第一悬浮电容C1稳定电压的控制，并可以返回步骤401继续执行。

本发明实施例四提供了一种提供了一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法的优选实施例，在该优选实施例中，在五电平逆变器的两种工作模式下，只要输入端的电压值大于预设电压值，就可控制电平切换单元第一悬浮电容的稳定电压增大，进而减小不同工作模式下相应端点间的电压降，同时降低相应两端点间开关管的应力，从而达到增大开关管选型范围的目的。

实施例五

图6所示为本发明实施例四提供的一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的装置的结构示意图，上述装置与多电平逆变器的电路结构相连，可适用于多电平逆变器电平切换单元中悬浮电容的稳定电压调控的情况，该装置的具体结构如下：包括：电压值获取模块51和控制模块52。其中，

电压值获取模块51，用于获取所述初级电容逆变单元的输入端电压值PV；

控制模块52，用于如果所述输入端电压值PV大于预设电压值，则控制至少一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值为所述第一悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和。

本发明实施例四提供的一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的装置，通过电压值获取模块获取输入端电压值，当输入端电压值大于设定的预设电压值时，可通过控制模块控制至少一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值，使其为第一悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和。利用该方法简单便捷的实现了对至少一个电平切换单元的第一悬浮电容需要保持的平衡电压的动态调控，进而达到降低开关管应力，增大开关管选型途径的目的。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种控制多电平逆变器电路中悬浮电容电压的方法，所述多电平逆变器电路包括初级电容逆变单元和级联的m个电平切换单元，所述初级电容逆变单元的输入端与直流电源相连；所述电平切换单元包括第一悬浮电容，第一开关管和第二开关管，其中第一悬浮电容的第一端与第一开关管的第一端电连接，第一悬浮电容的第二端与第二开关管的第二端电连接，其中，第1个电平切换单元中，其第一悬浮电容的第一端还与所述初级电容逆变单元的第一输出端电连接，第一悬浮电容的第二端还与上述初级电容逆变单元第二输出端电连接，第m个电平切换单元中，第一开关管的第二端和第二开关管的第一端电连接，并连接到逆变器的输出端，m≥1；且当m≥2时，则第i个电平切换单元中，第一悬浮电容的第一端与第i-1个电平切换单元的第一开关管的第二端电连接，第一悬浮电容的第二端与第i-1个电平切换单元的第二开关管的第一端电连接，且第m个电平切换单元中，第一开关管的第二端和第二开关管的第一端电连接，并连接到逆变器的输出端，其中1＜i≤m，i、m均为正整数；

其特征在于，所述方法包括：

获取所述初级电容逆变单元的输入端电压值PV；

如果所述输入端电压值PV大于预设电压值FV，则控制至少一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值为所述第一悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和，其中，所述偏置电压值为正值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述输入端电压值PV大于预设电压值FV，则控制第一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值为所述第一悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制m个电平切换单元中各个第一悬浮电容的实际电压值为所述第一悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述多电平逆变电路输出N电平，当N为大于等于5的奇数时，对于第j个电平切换单元中的第一悬浮电容，其预设稳定电压值为PV/2^{j +1}，1≤j≤m；当N等于4时，第1个电平切换单元中的第一悬浮电容，其预设稳定电压值为PV/3。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对于第j个电平切换单元中的第一悬浮电容，其偏置电压值为固定电压值或变化值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述固定电压值为(0，PV/2)中的任一数值。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述变化值为动态调节值。

8.根据权利要求1～7任一所述的方法，其特征在于，所述预设电压值FV小于等于所述多电平逆变器的最大允许输入电压。

9.根据权利要求1～7任一所述的方法，其特征在于，所述控制至少一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值为所述第一悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和的步骤包括：

监测所述至少一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值；

如果第j个电平切换单元中第一悬浮电容的实际电压值低于预设稳定电压值与偏置电压值之和，则对所述第一悬浮电容进行充电，使所述实际电压值达到预设稳定电压值与偏置电压值之和。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

通过电压传感器监测所述至少一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值；或者，

通过电阻分压式电路监测所述至少一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值。

11.一种执行权利要求1～10任一所述的方法的控制装置，其特征在于，包括：

电压值获取模块，用于获取所述初级电容逆变单元的输入端电压值PV；

控制模块，用于如果所述输入端电压值PV大于预设电压值FV，则控制至少一个电平切换单元中的第一悬浮电容的实际电压值为所述第一悬浮电容的预设稳定电压值与偏置电压值之和。