CN108123592A - 用于功率变流器母线电容的放电控制方法 - Google Patents

用于功率变流器母线电容的放电控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于功率变流器母线电容的放电控制方法，包含步骤11：通过控制器判断功率变流器的工作状态以及功率变流器的主断路器的状态，当功率变流器的工作状态为放电状态且主断路器的状态为断开时，输出多个脉冲控制信号至对应的多个功率半导体开关组；步骤12：多个脉冲控制信号分别对应地控制多个功率半导体开关组导通和关断，以使母线电容的正极端和负极端之间在至少一预设时间内形成放电回路，进而使母线电容放电。本发明的放电控制方法通过桥臂与母线电容形成短路回路，将母线电容能量消耗在功率器件上，有效控制放电电流峰值和放电速率且无需增加额外放电元件。

Description

用于功率变流器母线电容的放电控制方法
技术领域
本发明涉及一种母线电容的放电控制方法，具体地说，尤其涉及一种用于功率变流器母线电容的放电控制方法。
背景技术
随着现代工业的发展，中压大功率变流器广泛应用于钢铁冶金、石油化工、轨道交通等工业生产场合。
中压大功率变流器在应用中也发现了一些问题:功率变流器系统在正常停机或故障停机时，需快速将高达十几kV的母线电压卸放，以保证相关人身安全或防止功率变流器系统的故障扩大化。传统的母线电容放电方案采用高压继电器串联放电电阻后并联到直流母线电容的两端，当母线电容需要放电时，控制高压继电器导通，使得母线电容通过放电电阻进行放电。在上述方案中，需选用相应高耐压的继电器，而且继电器低压控制端也需做相应的安全隔离、绝缘措施，这将增加了功率变流器系统的成本和复杂度。在上述方案中，放电电阻的选择也难以在放电电阻的功耗和放电时间上两者兼顾。当放电电阻的阻值过小时，要求放电电阻的功耗足够大；当放电电阻的阻值过大时，放电的时间过长，从而增加功率变流器系统的调试和检修等待的时间。当功率变流器系统故障时，也可能导致功率变流器系统的故障扩大化。
目前，母线电容的放电方法大致分为以下两种模式：
(1)直流放电模式：开关元件和放电元件串联后并联到直流母线电容的两端，正常运行时，开关元件断开；变换系统停机或故障时，开关元件导通以卸放母线电容上的电能。选择开关元件时，需考虑开关元件的耐压及低压控制端的安全绝缘问题。选择放电元件时，需要考虑放电元件的功率损耗和放电时间等要求。这种模式需要额外增加耐高压的开关元件和功耗要求较大的放电元件，增加了系统成本、体积和复杂度。
(2)交流放电模式：该模式通过对逆变侧功率器件进行调制，将母线电容的电能转移到逆变器的交流输出端，通过相应负载进行放电。根据负载类型的不同，可以分为阻性负载放电、感性负载放电、容性负载放电以及它们的组合方式。交流放电模式不增加额外的交流负载，往往通过功率变流器系统拓扑自身的LC滤波回路(电感的DCR和电容的ESR)来消耗能量。这种模式的放电能力有限，且放电时间较长。
为了克服上述缺陷，因此急需开发一种新型的用于功率变流器母线电容的放电控制方法。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的一个目的在于提供一种用于功率变流器母线电容的放电控制方法，所述功率变流器包括并联连接的桥臂和母线电容，所述桥臂包括多个功率半导体开关组，其中，所述放电控制方法包含如下步骤：
步骤11：通过控制器判断所述功率变流器的工作状态以及所述功率变流器的主断路器的状态，当所述功率变流器的工作状态为放电状态且所述主断路器的状态为断开时，输出多个脉冲控制信号至对应的所述多个功率半导体开关组；以及
步骤12：所述多个脉冲控制信号分别对应地控制所述多个功率半导体开关组导通和关断，以使所述母线电容的正极端和负极端之间在预设时间内形成放电回路，进而使所述母线电容放电。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，多个所述脉冲控制信号的脉冲宽度全部交叠或部分交叠，所述交叠时间为所述预设时间。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述预设时间为可调值。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述桥臂包括第一功率半导体开关组和第二功率半导体开关组，所述第一功率半导体开关组和所述第二功率半导体开关组串联连接后分别并联连接于所述母线电容的所述正极端和所述负极端；所述多个脉冲控制信号包括第一脉冲控制信号和第二脉冲控制信号，分别控制所述第一功率半导体开关组和所述第二功率半导体开关组的导通和关断，以使所述母线电容的所述正极端、所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组和所述母线电容的所述负极端之间在所述预设时间内形成所述放电回路。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述第一脉冲控制信号的脉冲宽度和所述第二脉冲控制信号的脉冲宽度全部交叠或部分交叠，所述交叠时间为所述预设时间。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述桥臂包括第一功率半导体开关组、第二功率半导体开关组、第三功率半导体开关组和第四功率半导体开关组，所述母线电容包括串联连接的第一母线电容和第二母线电容，所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组和所述第四功率半导体开关组串联连接后并联连接于所述第一母线电容的正极端和所述第二电容母线的负极端；所述功率变流器还包括第五开关组和第六开关组，所述第五开关组的一端连接于所述第一母线电容和所述第二母线电容的连接点，所述第五开关组的另一端连接于所述第一功率半导体开关组和所述第二功率半导体开关组的连接点，所述第六开关组的一端连接于所述第一母线电容和所述第二母线电容的连接点，所述第六开关组的另一端连接于所述第三功率半导体开关组和所述第四功率半导体开关组的连接点。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述多个脉冲控制信号包括第一脉冲控制信号、第二脉冲控制信号、第三脉冲控制信号和第四脉冲控制信号，分别控制所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组和所述第四功率半导体开关组的导通和关断，以使所述第一母线电容、所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组、所述第四功率半导体开关组和所述第二母线电容在所述预设时间内形成所述放电回路。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述第一脉冲控制信号的脉冲宽度、所述第二脉冲控制信号的脉冲宽度、所述第三脉冲控制信号的脉冲宽度和所述第四脉冲控制信号的脉冲宽度全部交叠或部分交叠，且所述交叠时间为所述预设时间。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述第一脉冲控制信号和所述第二脉冲控制信号相同，所述第三脉冲控制信号和所述第四脉冲控制信号相同。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述至少一预设时间包括第一预设时间和第二预设时间；所述多个脉冲控制信号包括第一脉冲控制信号、第二脉冲控制信号、第三脉冲控制信号和第四脉冲控制信号，分别控制所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组和所述功率半导体开关组的导通和关断，以使所述第一母线电容、所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组和所述第六开关组在所述第一预设时间内形成放电回路，以及所述第五开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组、所述第四功率半导体开关组和所述第二母线电容在第二预设时间内形成放电回路。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述第一预设时间和所述第二预设时间相同或不相同。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述第一脉冲控制信号的脉冲宽度、所述第二脉冲控制信号的脉冲宽度和所述第三脉冲控制信号的脉冲宽度部分交叠，所述交叠时间为所述第一预设时间；所述第二脉冲控制信号的脉冲宽度、所述第三脉冲控制信号的脉冲宽度和所述第四脉冲控制信号的脉冲宽度部分交叠，所述交叠时间为所述第二预设时间。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述第二脉冲控制信号和所述第三脉冲控制信号相同。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述桥臂包括第一功率半导体开关组、第二功率半导体开关组、第三功率半导体开关组和第四功率半导体开关组，所述母线电容包括串联连接的第一母线电容和第二母线电容，所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组和所述第四功率半导体开关组串联连接后并联连接于所述第一母线电容的正极端和所述第二电容母线的负极端；所述功率变流器还包括第五功率半导体开关组和第六功率半导体开关组，所述第五功率半导体开关组和所述第六功率半导体开关组形成串联支路，所述串联支路的一端连接于所述第一母线电容和所述第二母线电容的连接点，所述串联支路的另一端连接于所述第二功率半导体开关组和所述第三功率半导体开关组的连接点。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述多个脉冲控制信号包括第一脉冲控制信号、第二脉冲控制信号、第三脉冲控制信号和第四脉冲控制信号，分别控制所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组和所述第四功率半导体开关组的导通和关断，以使所述第一母线电容、所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组、所述第四功率半导体开关组和所述第二母线电容在所述预设时间内形成所述放电回路。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述第一脉冲控制信号的脉冲宽度、所述第二脉冲控制信号的脉冲宽度、所述第三脉冲控制信号的脉冲宽度和所述第四脉冲控制信号的脉冲宽度全部交叠或部分交叠，且所述交叠时间为所述预设时间。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述至少一预设时间包括第一预设时间和第二预设时间；所述多个脉冲控制信号包括第一脉冲控制信号、第二脉冲控制信号、第三脉冲控制信号、第四脉冲控制信号、第五脉冲控制信号和第六脉冲控制信号，分别控制所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组、所述第四功率半导体开关组、所述第五功率半导体开关组和所述第六功率半导体开关组的导通和关断，以使所述第一母线电容、所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第五功率半导体开关组和所述第六功率半导体开关组在所述第一预设时间内形成放电回路，以及所述第二母线电容、所述第五功率半导体开关组、所述第六功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组和所述第四功率半导体开关组在第二预设时间内形成放电回路。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述第一预设时间和所述第二预设时间相同或不相同。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述第一脉冲控制信号的脉冲宽度、所述第二脉冲控制信号的脉冲宽度和所述第六脉冲控制信号的脉冲宽度完全交叠或部分交叠，所述交叠时间为所述第一预设时间；以及所述第三脉冲控制信号的脉冲宽度、所述第四脉冲控制信号的脉冲宽度和所述第五脉冲控制信号的脉冲宽度完全交叠或部分交叠，所述交叠时间为所述第二预设时间。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述第一脉冲控制信号和所述第二脉冲控制信号相同，所述第三脉冲控制信号和所述第四脉冲控制信号相同。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述桥臂包括第一功率半导体开关组、第二功率半导体开关组、第三功率半导体开关组和第四功率半导体开关组，所述母线电容包括串联连接的第一母线电容和第二母线电容，所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组和所述第四功率半导体开关组串联连接后并联连接于所述第一母线电容的正极端和所述第二电容母线的负极端；所述功率变流器还包括第一电容组，所述第一电容组的一端连接于所述第一功率半导体开关组和所述第二功率半导体开关组的连接点，所述第一电容组的另一端连接于所述第三功率半导体开关组和所述第四功率半导体开关组的连接点。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述至少一预设时间包括第一预设时间和第二预设时间；所述多个脉冲控制信号包括第一脉冲控制信号、第二脉冲控制信号、第三脉冲控制信号和第四脉冲控制信号，分别控制所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组和所述第四功率半导体开关组的导通和关断，以使所述第一电容组、所述第二功率半导体开关组和所述第三功率半导体开关组之间在第一预设时间内形成放电回路，以及所述第一母线电容、所述第一功率半导体开关组、所述第一电容组、所述第四功率半导体开关组以及所述第二母线电容之间在所述第二预设时间内形成放电回路。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述第二脉冲控制信号的脉冲宽度和所述第三脉冲控制信号的脉冲宽度全部交叠或部分交叠，所述交叠时间为所述第一预设时间；所述第一脉冲控制信号的脉冲宽度和所述第四脉冲控制信号的脉冲宽度全部交叠或部分交叠，所述交叠时间为所述第二预设时间。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述第一电容组包括串联连接的第一电容和第二电容，所述第一功率半导体开关组包括两个串联连接的第一功率半导体开关，所述第二功率半导体开关组包括两个串联连接的第二功率半导体开关，所述第三功率半导体开关组包括两个相互串联连接的第三功率半导体开关，所述第四功率半导体开关组包括两个串联连接的第四功率半导体开关，还包括第五功率半导体开关组和第六功率半导体开关组，其中所述第五功率半导体开关组包括两个串联连接的第五功率半导体开关，以及所述第六功率半导体开关组包括两个串联连接的第六功率半导体开关，所述第五功率半导体开关组连接在所述第一母线电容和所述第二母线电容的连接点与所述第一电容和所述第二电容的连接点之间，所述第六功率半导体开关组连接在所述第一电容和所述第二电容的连接点与所述第二功率半导体开关组和所述第三功率半导体开关组的连接点之间。
上述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其中，所述至少一预设时间包括第一预设时间和第二预设时间；当所述母线电容的母线电压处于高压状态时，所述交叠时间为所述第一预设时间；当所述母线电容的所述母线电压处于低压状态时，所述交叠时间为所述第二预设时间；其中所述第一预设时间小于所述第二预设时间。
本发明还提供一种用于功率变流器母线电容的放电控制方法，所述功率变流器包括并联连接的第一、第二和第三桥臂和母线电容，所述第一桥臂、所述第二桥臂和所述第三桥臂中均包括多个功率半导体开关组，其中，所述放电控制方法包含如下步骤：
步骤21：通过控制器判断所述功率变流器的工作状态以及所述功率变流器的主断路器的状态，当所述功率变流器的工作状态为放电状态且所述主断路器的状态为断开时，输出多个脉冲控制信号至对应的所述多个功率半导体开关组；以及
步骤22：所述多个脉冲控制信号分别对应地控制所述多个功率半导体开关组导通和关断，以使所述母线电容的正极端和负极端之间在至少一预设时间内形成放电回路，进而使所述母线电容放电，其中，在一个工作周期内，所述第一桥臂的所述功率半导体开关组对应的脉冲控制信号的脉冲宽度具有第一交叠时间；所述第二桥臂的所述功率半导体开关组对应的脉冲控制信号的脉冲宽度具有第二交叠时间；所述第三桥臂的所述功率半导体开关组对应的脉冲控制信号的脉冲宽度具有第三交叠时间；所述第一交叠时间、所述第二交叠时间以及所述第三交叠时间之间差120°，且在所述第一交叠时间内，所述第一桥臂的所述功率半导体开关组处于导通状态，所述母线电容与所述第一桥臂的所述功率半导体开关组形成放电回路；所述第二交叠时间内，所述第二桥臂的所述功率半导体开关组处于导通状态，所述母线电容与所述第二桥臂的所述功率半导体开关组形成放电回路；所述第三交叠时间内，所述第三桥臂的所述功率半导体开关组处于导通状态，所述母线电容与所述第三桥臂的所述功率半导体开关组形成放电回路。
与现有技术相比，本发明具有以下全部或部分有益的技术效果：
通过桥臂上的功率半导体开关对母线电容直接形成放电回路，使得桥臂与母线电容形成短路回路，将母线电容上的电能消耗在功率半导体开关器件上。当母线电容上的电压很高时，施加在桥臂上的有效窄脉冲使母线电容被短路后形成放电回路，保证流过功率半导体开关器件的放电电流在允许的重复峰值的电流范围内，本发明对桥臂上的功率半导体开关器件的控制采用错相调制方式，以得到所需的有效宽度的窄的脉冲控制信号，从而有效控制放电电流峰值和放电速率且无需增加额外放电元件。
附图说明
图1为本发明用于功率变流器母线电容的一实施例放电控制方法流程图；
图2为电压源型两电平变流器中母线电容的放电回路的原理图；
图3为图2的脉冲控制信号与放电电流的波形图；
图4为一种二极管钳位三电平变流器中母线电容的放电回路的原理图；
图5为图4的脉冲控制信号与放电电流的波形图；
图6为另一种二极管钳位三电平变流器中母线电容的放电回路的原理图；
图7为图6的脉冲控制信号的波形图；
图8为一种T型三电平功率变流器中母线电容的放电回路的放电原理图；
图9为图8的脉冲控制信号的波形图；
图10为另一种T型三电平功率变流器中母线电容的放电回路的放电原理图；
图11为图10的脉冲控制信号的波形图；
图12为包含飞跨电容三电平功率变流器中母线电容的放电回路的原理图；
图13为图12的脉冲控制信号的波形图；
图14为5L-NPP拓扑构成的功率变流器中母线电容的放电回路的放电原理图；
图15为本发明用于功率变流器母线电容的另一实施例放电控制方法流程图；
图16为三相变流器中母线电容的放电原理图。
具体实施方式
兹有关本发明的详细内容及技术说明，现以一较佳实施例来作进一步说明，但不应被解释为本发明实施的限制。
请参照图1，图1为本发明用于功率变流器母线电容的放电控制方法流程图。如图1所示，本发明用于功率变流器母线电容的放电控制方法，功率变流器包括并联连接的桥臂和母线电容，桥臂包括多个功率半导体开关组，其中，放电控制方法包含如下步骤：
步骤1：通过控制器判断功率变流器的工作状态以及功率变流器的主断路器的状态，当功率变流器的工作状态为放电状态且主断路器的状态为断开时，输出多个脉冲控制信号至对应的多个功率半导体开关组；
步骤2：多个脉冲控制信号分别对应地控制多个功率半导体开关组导通和关断，以使母线电容的正极端和负极端之间在预设时间内形成放电回路，进而使母线电容放电。
其中，多个脉冲控制信号的脉冲宽度全部交叠或部分交叠，交叠时间为预设时间，预设时间为可调值，其中预设时间的大小决定了母线电容放电的速度，因而可以根据放电速度而选择相应的预设时间，使得母线电容的放电速度可控，但本发明并不以此为限。
请参见图2-3，图2为电压源型两电平变流器中母线电容的放电回路的电原理图，图3为图2的脉冲控制信号和放电电流的波形图。如图2-3所示，电压源型两电平变流器包含桥臂及母线电容C1，桥臂包括第一功率半导体开关组Sa1和第二功率半导体开关组Sa2，第一功率半导体开关组Sa1和第二功率半导体开关组Sa2串联连接后分别并联连接于母线电容C1的正极端(+)和负极端(-)。在本实施例中，第一功率半导体开关组Sa1或第二功率半导体开关组Sa2可以是单个功率半导体开关，也可以是由多个串联连接的功率半导体开关构成，其中功率半导体开关可以是IGBT、IGCT以及Mosfet等。第一脉冲控制信号S1和第二脉冲控制信号S2分别控制第一功率半导体开关组Sa1和第二功率半导体开关组Sa2的导通和关断，以使母线电容C1的正极端、第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2和母线电容C1的负极端之间在预设时间T1内形成放电回路。其中，在本实施例中，第一脉冲控制信号S1的脉冲宽度和第二脉冲控制信号S2的脉冲宽度部分交叠，交叠时间为预设时间T1，亦即，将第一脉冲控制信号S1和第二脉冲控制信号S2进行错相调制，使得第一脉冲控制信号S1和第二脉冲控制信号S2部分交叠，交叠时间为在预设时间T1，且在交叠时间内产生百ns量级的窄脉冲，该窄脉冲的脉冲宽度可以根据需求灵活调节，且在预设时间T1内，放电电流Is是线性上升的，母线电容C1上的电能消耗在第一功率半导体开关组Sa1和第二功率半导体开关组Sa2上；但本发明并不以此为限，在其他实施例中，第一脉冲控制信号S1的脉冲宽度和第二脉冲控制信号S2的脉冲宽度可以全部交叠，交叠时间为预设时间T1，在预设时间T1内产生百ns量级的窄脉冲，在预设时间T1内，放电电流Is是线性上升的，母线电容C1的电能消耗在第一功率半导体开关组Sa1和第二功率半导体开关组Sa2上。
值得注意的是，图2仅给出了电压源型两电平变流器中母线电容与单相桥臂之间形成的放电回路的原理图，三相电源型两电平变流器中将三个单相桥臂并联连接在一起，依次导通每个桥臂上的功率半导体开关，使得母线电容C1依次与每个桥臂中的功率半导体开关之间形成放电回路，用以对母线电容进行放电，换言之，当三相电源型两电平变流器中的一个桥臂的第一功率半导体开关Sa1和第二功率半导体开关组Sa2在预设时间T1中处于导通状态，电容母线C1、第一功率半导体开关Sa1和第二功率半导体开关组Sa2形成放电回路；然后另一个桥臂的第一功率半导体开关Sa1和第二功率半导体开关组Sa2在预设时间T1中处于导通状态，电容母线C1、第一功率半导体开关Sa1和第二功率半导体开关组Sa2形成放电回路；最后又一个桥臂(不同于之前的两个桥臂)的第一功率半导体开关Sa1和第二功率半导体开关组Sa2在预设时间T1中处于导通状态，电容母线C1、第一功率半导体开关Sa1和第二功率半导体开关组Sa2形成放电回路，上述三个桥臂轮流将母线电容C1上的电能卸放掉，且三个桥臂中第一脉冲控制信号的相位差为120°，第二脉冲控制信号的相位差为120°，而且三个桥臂的第一脉冲控制信号S1的脉冲宽度和频率相同，第二脉冲控制信号S2的脉冲宽度和频率相同。本实施例中第一脉冲控制信号S1和第二脉冲控制信号S2的频率fs均为1kHz，第一脉冲控制信号S1和第二脉冲控制信号S2的脉冲宽度Width均为3μs，其中第一脉冲控制信号S1和第二脉冲控制信号S2的脉冲宽度的交叠时间T1为100ns，即，有效的窄脉冲控制信号的宽度为100ns，母线电压为10kV，母线电容C1为140uF，放电电流Is的峰值Ispeak为200A，放电时间约为30s。
请参见图4-5，图4为一种二极管钳位三电平变流器中母线电容的放电回路的原理图，图5为图4的脉冲控制信号和放电电流的波形图。如图4-5所示，二极管钳位三电平变流器包含第一母线电容C11和第二母线电容C12、第五开关组Da5和第六开关组Da6及单相桥臂，其中第五开关Da5和第六开关Da6也是功率半导体开关，例如功率二极管。第一母线电容C11和第二母线电容C12串联连接，单相桥臂包括第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3和第四功率半导体开关组Sa4，第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3和第四功率半导体开关组Sa4串联连接后并联连接于第一母线电容C11的正极端和所述第二电容母线C12的负极端，第五开关组Da5的一端连接于第一母线电容C11和第二母线电容C12的连接点，第五开关组Da5的另一端连接于第一功率半导体开关组Sa1和第二功率半导体开关组Sa2的连接点，第六开关组Da6的一端连接于第一母线电容C11和第二母线电容C12的连接点，第六开关组Da6的另一端连接于第三功率半导体开关组Sa3和第四功率半导体开关组Sa4的连接点。第一脉冲控制信号S1、第二脉冲控制信号S2、第三脉冲控制信号S3和第四脉冲控制信号S4分别控制第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3和第四功率半导体开关组Sa4的导通和关断，以使第一母线电容C11、第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3和第四功率半导体开关组Sa4和第二母线电容C12在预设时间T1内形成放电回路。
进一步地，第一脉冲控制信号S1、第二脉冲控制信号S2、第三脉冲控制信号S3和第四脉冲控制信号S4的脉冲宽度部分交叠，交叠时间为预设时间T1，其中第一脉冲控制信号S1、第二脉冲控制信号S2、第三脉冲控制信号S3和第四脉冲控制信号S4采样错相调制，第一脉冲控制信号Sa1和第二脉冲控制信号Sa2先开通，第三脉冲控制信号Sa3和第四脉冲控制信号Sa4滞后第一脉冲控制信号Sa1和第二脉冲控制信号Sa2导通，且第一脉冲控制信号Sa1和第二脉冲控制信号Sa2相同，第三脉冲控制信号Sa3和第四脉冲控制信号Sa4相同，第一脉冲控制信号Sa1(或第二脉冲控制信号Sa2)与第三脉冲控制信号Sa3(第四脉冲控制信号Sa4)部分交叠，交叠时间为预设时间T1，亦即，在预设时间T1内，第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3和第四功率半导体开关组Sa4均处于导通状态，使得母线电容C1和C2与第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3和第四功率半导体开关组Sa4之间形成放电回路，从而母线电容C1和C2的电能消耗在第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3和第四功率半导体开关组Sa4上。在母线电容的放电过程中，放电电流Is在预设时间T1内线性上升，其中预设时间T1为对母线电容的电能卸放的有效时间。第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3和第四功率半导体开关组Sa4各承受一半的母线电压。由于第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3和第四功率半导体开关组Sa4各自对应的驱动器本身的离散性比较大，采用错相调制时，最晚导通的功率半导体开关将面临承受整个母线电压而导致过压的风险，因而需要为每个功率半导体开关配置有源钳位电路，当功率半导体开关两端承受的电压快速上升的过程中，有源钳位电路会往功率半导体开关的控制极注入电荷，加快功率半导体开关的导通，使得功率半导体开关工作在线性放大区，以使得功率半导体开关两端承受的电压在其能承受的电压范围内，保护功率半导体开关不会因为过压而失效。但本发明并不以此为限，在其他实施例中，第一脉冲控制信号S1、第二脉冲控制信号S2、第三脉冲控制信号S3和第四脉冲控制信号S4的脉冲宽度全部交叠。值得注意的是，第一脉冲控制信号S1和第二脉冲控制信号S2相同，第三脉冲控制信号S3和所述第四脉冲控制信号S4相同。
请参见图6-7，图6为另一种二极管钳位三电平变流器中母线电容的放电回路的原理图，图7为图6的脉冲控制信号的波形图。图6-7所示出的二极管钳位三电平变流器单相桥臂结构与图4-5所示出的完全相同，因此在此就不再赘述了，现将不同之处说明如下。所述至少一预设时间包括第一预设时间T1和第二预设时间T2；第一脉冲控制信号S1、第二脉冲控制信号S2、第三脉冲控制信号S3和第四脉冲控制信号S4分别控制第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3和第四功率半导体开关组Sa4的导通和关断，以使第一母线电容C11、第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3和第六开关组Da6在第一预设时间T1内形成放电回路，以及第五开关组Da5、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3、第四功率半导体开关组Sa4和第二母线电容C12在第二预设时间T2内形成放电回路。其中，第一预设时间T1和第二预设时间T2可以相同或不相同。
进一步地，第一脉冲控制信号S1的脉冲宽度Width1、第二脉冲控制信号S2的脉冲宽度Width2及第三脉冲控制信号S3的脉冲宽度Width2部分交叠，交叠时间为第一预设时间T1；第二脉冲控制信号S2的脉冲宽度Width2、第三脉冲控制信号S3的脉冲宽度Width2及第四脉冲控制信号S4的脉冲宽度Width1部分交叠，交叠时间为第二预设时间T2。在本实施例中，第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3之间进行错相调制，对第一母线电容C11进行放电；其中，第二脉冲控制信号S2和第三脉冲控制信号S3相同，但是它们的上升沿滞后于第一控制信号S1的上升沿。在第一控制信号S1、第二脉冲控制信号S2和第三脉冲控制信号S3的交叠时间内(亦即，第一预设时间T1)，第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3均处于到通过状态，第一母线电容C11、第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3之间形成放电回路，第一母线电容C11的电能消耗在第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3上。第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3、第四功率半导体开关组Sa4之间进行错相调制，对第二母线电容C12进行放电；其中，第二脉冲控制信号S2和第三脉冲控制信号S3相同，但是它们的下降沿滞后于第四控制信号S4的上升沿,。在第二脉冲控制信号S2、第三脉冲控制信号S3和第四脉冲控制信号S4的交叠时间内(亦即，第二预设时间)，第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3和第四功率半导体开关组Sa4均处于导通状态，第二母线电容C12、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3和第四功率半导体开关组Sa4之间形成放电回路，第二母线电容C12的电能消耗在第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3和第四功率半导体开关组Sa4上。在本实施例中，第一母线电容C11和第二母线电容C12轮流均衡放电。相比于图4和图5的放电控制方法，此种放电控制方法的优点在于可避免图4和图5的放电控制方法下某个功率半导体开关组因其所对应的驱动器故障或脉冲控制信号丢失等原因未开通而造成的过压失效风险。
值得注意的是，在其他实施例中，第一脉冲控制信号S1、第二脉冲控制信号S2和第三脉冲控制信号S3的上升沿相同，而第二脉冲控制信号S2、第三脉冲控制信号S3和第四脉冲控制信号S4的下降沿相同，亦即，第一脉冲控制信号S1的脉冲宽度为第一预设时间T1，而第四脉冲控制信号S4的脉冲宽度为第二预设时间T2，其中第一预设时间T1和第二预设时间T2可以相同，也可以不相同。
请参照图8-9，图8为一种T型三电平功率变流器中母线电容的放电回路的放电原理图，图9为图8的脉冲控制信号的波形图。如图8-9所示，T型三电平功率变流器包含第一母线电容C11、第二母线电容C12及单相桥臂，第一母线电容C11和第二母线电容C12串联连接，单相桥臂包含第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3、第四功率半导体开关组Sa4、第五功率半导体开关组Sa5和第六功率半导体开关组Sa6，第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3、第四功率半导体开关组Sa4串联连接后并联连接于第一母线电容C11的正极端和第二电容母线C12的负极端，第五功率半导体开关组Sa5和第六功率半导体开关组Sa6形成串联支路，串联支路的一端连接于第一母线电容C11和第二母线电容C12的连接点，串联支路的另一端连接于第二功率半导体开关组Sa2和第三功率半导体开关组的连接点Sa3，第一脉冲控制信号S1、第二脉冲控制信号S2、第三脉冲控制信号S3和第四脉冲控制信号S4分别控制第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3、第四功率半导体开关组Sa4的导通和关断，以使第一母线电容C11、第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3、第四功率半导体开关组Sa4和第二母线电容C12在预设时间T1内形成放电回路。
进一步地，当第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3和第四功率半导体开关组Sa4采用错相调制方式时，第一脉冲控制信号S1的脉冲宽度Width1、第二脉冲控制信号S2的脉冲宽度Width1、第三脉冲控制信号S3的脉冲宽度Width2和第四脉冲控制信号S4的脉冲宽度Width2部分交叠，交叠时间为预设时间T1，但本发明并不以此为限，在其他实施例中第一脉冲控制信号S1的脉冲宽度、第二脉冲控制信号S2的脉冲宽度、第三脉冲控制信号S3的脉冲宽度和第四脉冲控制信号S4的脉冲宽度可以全部交叠。在本实施例中，在预设时间T1内，第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3、第四功率半导体开关组Sa4均处于导通状态，第一母线电容C11和第二母线电容C12的电能消耗在第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3、第四功率半导体开关组Sa4上，以实现对第一母线电容C11和第二母线电容C12电能的卸放。
值得注意的是，在本实施例中第一脉冲控制信号S1和第二脉冲控制信号S2的脉冲宽度相同及第三脉冲控制信号S3和第四脉冲控制信号S4的脉冲宽度相同。
请参照图10-11，图10为T型三电平功率变流器中母线电容的放电回路的原理图，图11为图10的脉冲控制信号的波形图。图10-11所示出的T型三电平功率变流器结构与图8-9所示出的完全相同，因此在此就不再赘述了，现将不同之处说明如下。第一脉冲控制信号S1、第二脉冲控制信号S2、第三脉冲控制信号S3和第四脉冲控制信号S4、第五脉冲控制信号S5和第六脉冲控制信号S6，分别控制第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3、第四功率半导体开关组Sa4、第五功率半导体开关组Sa5和第六功率半导体开关组Sa6的导通和关断，以使第一母线电容C11、第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第五功率半导体开关组Sa5和第六功率半导体开关组Sa6在第一预设时间T1内形成放电回路，以及第二母线电容C12、第五功率半导体开关组Sa5、第六功率半导体开关组Sa6、第三功率半导体开关组Sa3和第四功率半导体开关组Sa4在第二预设时间T2内形成放电回路。其中，第一预设时间T1和第二预设时间T2可以相同或不相同。
进一步地，当第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3、第四功率半导体开关组Sa4、第五功率半导体开关组Sa5和第六功率半导体开关组Sa6采用错相调制方式时，第一脉冲控制信号S1的脉冲宽度Width1、第二脉冲控制信号S2的脉冲宽度Width1和第六脉冲控制信号S6的脉冲宽度Width4部分交叠，交叠时间为第一预设时间T1；第三脉冲控制信号S3的脉冲宽度Width2、第四脉冲控制信号S4的脉冲宽度Width2和第五脉冲控制信号S5的脉冲宽度Width3部分交叠，交叠时间为第二预设时间T2。但本发明并不以此为限，在其他实施例中第一脉冲控制信号S1的脉冲宽度、第二脉冲控制信号S2的脉冲宽度和第六脉冲控制信号S6的脉冲宽度能够全部交叠，第三脉冲控制信号S3的脉冲宽度、第四脉冲控制信号S4的脉冲宽度和第五脉冲控制信号S5的脉冲宽度也能够全部交叠。在本实施例中，在第一预设时间T1内，第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第五功率半导体开关组Sa5和第六功率半导体开关组Sa6均处于导通状态，母线电容C11的电能通过第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第五功率半导体开关组Sa5和第六功率半导体开关组Sa6进行卸放；在第二预设时间T2内，第三功率半导体开关组Sa3、第四功率半导体开关组Sa4、第五功率半导体开关组Sa5和第六功率半导体开关组Sa6均处于导通状态，母线电容C12的电能通过第三功率半导体开关组Sa3、第四功率半导体开关组Sa4、第五功率半导体开关组Sa5和第六功率半导体开关组Sa6进行卸放。
值得注意的是，在本实施例中第一脉冲控制信号S1和第二脉冲控制信号S2相同，第三脉冲控制信号S3和第四脉冲控制信号S4相同。
为充分利用功率半导体开关组的通流能力，提高放电速度，在其他实施例中还可将第一母线电容C11和第二母线电容C12的放电控制方法细分为高压状态下的放电控制方法和低压状态下的放电控制方法。通过母线电压检测电路实时采集母线电压并将母线电压传输至控制器，当控制器判定母线电压处于高压状态还是低压状态，再来执行相应的放电控制方法。在本实施例中，当母线电压处于高压状态，例如1kV～10kV之间时，控制器执行高压状态下的放电控制方法，通过错相调制方式，产生相应的且部分交叠的第一脉冲控制信号S1、第二脉冲控制信号S2、第三脉冲控制信号S3和第四脉冲控制信号S4，交叠时间为预设时间，例如100ns，该第一预设时间较短；当母线电压处于低压状态，例如小于1kv时，控制器执行低压状态下的放电控制方法，通过错相调制方式，产生相应的且部分交叠的第一脉冲控制信号S1、第二脉冲控制信号S2、第三脉冲控制信号S3和第四脉冲控制信号S4，交叠时间为第二预设时间，例如270ns，该第二预设时间较长；其中低压状态下的脉冲控制信号的交叠时间大于高压状态下的脉冲控制信号的交叠时间，亦即，第一预设时间小于第二预设时间，低压状态下母线电容的放电速度慢于高压状态下母线电容的放电速度；当母线电压低于30V时，控制器停止产生第一脉冲控制信号S1、第二脉冲控制信号S2、第三脉冲控制信号S3和第四脉冲控制信号S4，第一母线电容C11和第二母线电容C12的放电结束。
请参照图12-13，图12为包含飞跨电容三电平功率变流器中母线电容的放电回路的原理图，图13为图12的脉冲控制信号的波形图。如图12-13所示，包含飞跨电容三电平功率变流器包含第一母线电容C11、第二母线电容C12、第一电容组C21及单相桥臂，第一母线电容C11与第二母线电容C12串联连接，单相桥臂包含第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3及第四功率半导体开关组Sa4，第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3及第四功率半导体开关组Sa4串联连接后并联连接于第一母线电容C11的正极端和第二母线电容C12的负极端，第一电容组C21的一端连接于第一功率半导体开关组Sa1和第二功率半导体开关组Sa2的连接点，第一电容组C21的另一端连接于第三功率半导体开关组Sa3和第四功率半导体开关组Sa4的连接点。第一脉冲控制信号S1、第二脉冲控制信号S2、第三脉冲控制信号S3和第四脉冲控制信号S4分别控制第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3及第四功率半导体开关组Sa4的导通和关断，以使第一电容组C21、第二功率半导体开关组Sa2和第三功率半导体开关组Sa3之间在第一预设时间T1内形成放电回路，以及第一母线电容C11、第一功率半导体开关组Sa1、第一电容组C21、第四功率半导体开关组Sa4以及第二母线电容C12之间在第二预设时间T2内形成放电回路。
进一步地，第二脉冲控制信号S2的脉冲宽度Width2和第三脉冲控制信号S3的脉冲宽度Width3部分交叠，交叠时间为第一预设时间T1；第一脉冲控制信号S1的脉冲宽度Width1和第四脉冲控制信号S4的脉冲宽度Width4部分交叠，交叠时间为第二预设时间T2，但本发明并不以此为限，在在其他实施例中，第二脉冲控制信号S2的脉冲宽度和第三脉冲控制信号S3的脉冲宽度全部交叠；第一脉冲控制信号S1的脉冲宽度和第四脉冲控制信号S4的脉冲宽度全部交叠。在本实施例中，对第二功率半导体开关组Sa2和第三功率半导体开关组Sa3进行错相调制，第一功率半导体开关组Sa1和第四功率半导体开关组Sa4保持关断，第一电容组C21的电能通过第二功率半导体开关组Sa2和第三功率半导体开关组Sa3进行卸放；再对第一功率半导体开关组Sa1和第四功率半导体开关组Sa4进行错相调制，第二功率半导体开关组Sa2和第三功率半导体开关组Sa3保持关断，即第一母线电容C11和第二母线电容C12的电能通过第一功率半导体开关组Sa1和第四功率半导体开关组Sa4充到第一电容组C21上，重复上述对第一功率半导体开关组Sa1、第二功率半导体开关组Sa2、第三功率半导体开关组Sa3及第四功率半导体开关组Sa4的错相调制，以实现最终对第一母线电容C11和第二母线电容C12电能的卸放。在对第一电容组C21放电的过程中，当第一母线电容C11、第二母线电容C12和第一电容组C21之差超过设定值，第二功率半导体开关组Sa2和第三功率半导体开关组Sa3关断，以维持第一母线电容C11、第二母线电容C12和第一电容组C21均衡放电。在对第一电容C21组充电的过程中，如果第一电容组C21电压超过设定值，第一功率半导体开关组Sa1和第四功率半导体开关组Sa4关断，以保证第一电容组C21不会出现过压情况。
请参照图14，图14为5L-NPP拓扑构成的功率变流器中母线电容的放电回路的原理图，5L-NPP功率变流器包含第一母线电容C11、第二母线电容C12、第一电容组包括第一电容C21和第二电容C22，第一功率半导体开关组包括两个串联的第一功率半导体开关Sa11和Sa12，第二功率半导体开关组包括两个串联连接的第二功率半导体开关Sa21和Sa22，第三功率半导体开关组包括两个串联连接的第三功率半导体开关Sa31和Sa32，第四功率半导体开关组包括两个串联连接的第三功率半导体开关Sa41和Sa42，第五功率半导体开关组包括两个串联连接的第三功率半导体开关Sa51和Sa52以及第六功率半导体开关组包括两个串联连接的第三功率半导体开关Sa61和Sa62，其中第一母线电容C11、第二母线电容C12、第一电容组、第一功率半导体开关组、第二功率半导体开关组、第三功率半导体开关组和第四功率半导体开关组的连接关系与图12相同，且第一母线电容C11和第二母线电容C12的放电控制方法与图13相同，因此在此就不再赘述了，现将不同之处说明如下。两个串联连接的功率半导体开关Sa7和Sa8连接在第一母线C11和第二母线C12的连接点与第一电容C21和电容C22的连接点之间；两个串联连接的功率半导体开关Sa5和Sa6连接在第一电容C21和电容C22的连接点与第二功率半导体开关Sa22和第三功率半导体开关Sa31的连接点之间。
请参照图15-16，图15为本发明用于功率变流器母线电容的另一实施例放电控制方法流程图；图16为三相变流器中母线电容的放电回路的原理图。
如图15所示的一种用于功率变流器母线电容的放电控制方法，包含如下步骤：
步骤21：通过控制器判断功率变流器的工作状态以及功率变流器的主断路器的状态，当功率变流器的工作状态为放电状态且主断路器的状态为断开时，输出多个脉冲控制信号至对应的多个功率半导体开关组；以及
步骤22：多个脉冲控制信号分别对应地控制多个功率半导体开关组导通和关断，以使母线电容的正极端和负极端之间在至少一预设时间内形成放电回路，进而使母线电容放电，其中，在一个工作周期内，例如一个工频周期内，第一桥臂的功率半导体开关组对应的脉冲控制信号的脉冲宽度具有第一交叠时间；第二桥臂的所述功率半导体开关组对应的脉冲控制信号的脉冲宽度具有第二交叠时间；第三桥臂的功率半导体开关组对应的脉冲控制信号的脉冲宽度具有第三交叠时间；第一交叠时间、第二交叠时间以及第三交叠时间之间差120°，且在第一交叠时间内，第一桥臂的功率半导体开关组处于导通状态，母线电容与第一桥臂的功率半导体开关组形成放电回路；第二交叠时间内，第二桥臂的所述功率半导体开关组处于导通状态，母线电容与第二桥臂的功率半导体开关组形成放电回路；第三交叠时间内，第三桥臂的功率半导体开关组处于导通状态，母线电容与第三桥臂的功率半导体开关组形成放电回路。
如图16所示，三相变流器包含第一母线电容C11、第二母线电容C12及三个单相桥臂A、B、C，第一母线电容C11与第二母线电容C12串联连接，三个单相桥臂A、B、C并联连接后的一端连接于第一母线电容C11的正极端，三个单相桥臂A、B、C并联连接后的另一端连接于第二母线电容C12的负极端。桥臂A包括功率半导体开关组Sa1、Sa2、Sa3和Sa4，桥臂B包括功率半导体开关组Sb1、Sb2、Sb3和Sb4，桥臂C功率半导体开关组Sc1、Sc2、Sc3和Sc4，其中功率半导体开关组Sa1、Sa2、Sa3和Sa4对应的脉冲控制信号具有第一交叠时间，功率半导体开关组Sb1、Sb2、Sb3和Sb4对应的脉冲控制信号具有第二交叠时间，功率半导体开关组Sc1、Sc2、Sc3和Sc4对应的脉冲控制信号具有第三交叠时间，第一交叠时间、第二交叠时间和第三交叠时间之间差120°。在第一交叠时间内，第一母线电容C11与第二母线电容C12和桥臂A上的功率半导体开关组Sa1、Sa2、Sa3和Sa4形成放电回路，通过桥臂A上的功率半导体开关组Sa1、Sa2、Sa3和Sa4将第一母线电容C11与第二母线电容C12的电能进行卸放；在第二交叠时间内，第一母线电容C11与第二母线电容C12和桥臂B上的功率半导体开关组Sb1、Sb2、Sb3和Sb4形成放电回路，通过桥臂B上的功率半导体开关组Sb1、Sb2、Sb3和Sb4将第一母线电容C11与第二母线电容C12的电能进行卸放；在第三交叠时间内，第一母线电容C11与第二母线电容C12和桥臂C上的功率半导体开关组Sc1、Sc2、Sc3和Sc4形成放电回路，通过桥臂C上的功率半导体开关组Sc1、Sc2、Sc3和Sc4将第一母线电容C11与第二母线电容C12的电能进行卸放。通过三个桥臂的功率半导体开关组来轮流将第一母线电容C11和第二母线电容C12的电能卸放掉。当某个功率半导体开关组对应的驱动器故障时，控制器将停止发送脉冲控制信号至该驱动器，以至于该驱动器所述驱动的功率半导体开关组所在的桥臂不参与对第一母线电容C11和第二母线电容C12的放电，使得放电更加灵活。在本实施例中，三相桥臂中每一单相桥臂的放电方式如前所述，在此就不再赘述了。
本发明利用功率半导体开关自身损耗进行母线电容的放电，可节省传统放电控制方法中的高压继电器和放电电阻，有利于降低系统成本和复杂度；该放电控制方法采用固定脉冲控制信号的脉冲宽度，通过使得同一桥臂上的功率半导体开关对应的脉冲控制信号具有交叠时间(亦即，有效的导通窄脉冲)控制放电电流，不仅不受功率半导体开关对应的驱动器的最小脉冲宽度的限制，而且能精准地实现放电电流的控制；该放电控制方法适用于所有变流器中对母线电容进行放电，包括但不限于电压源型两电平拓扑，二极管钳位三电平拓扑(NPC)，飞跨电容三电平拓扑(FCC)，NPP拓扑。
需要说明的是：以上实施例仅仅用以说明本发明，而并非限制本发明所描述的技术方案；同时，尽管本说明书参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；因此，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明所附权利要求的保护范围之内。

Claims (26)

1.一种用于功率变流器母线电容的放电控制方法，所述功率变流器包括并联连接的桥臂和母线电容，所述桥臂包括多个功率半导体开关组，其特征在于，所述放电控制方法包含如下步骤：
步骤11：通过控制器判断所述功率变流器的工作状态以及所述功率变流器的主断路器的状态，当所述功率变流器的工作状态为放电状态且所述主断路器的状态为断开时，输出多个脉冲控制信号至对应的所述多个功率半导体开关组；以及
步骤12：所述多个脉冲控制信号分别对应地控制所述多个功率半导体开关组导通和关断，以使所述母线电容的正极端和负极端之间在至少一预设时间内形成放电回路，进而使所述母线电容放电。
2.如权利要求1所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，多个所述脉冲控制信号的脉冲宽度全部交叠或部分交叠，所述交叠时间为所述预设时间。
3.如权利要求1所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述预设时间为可调值。
4.如权利要求1所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述桥臂包括第一功率半导体开关组和第二功率半导体开关组，所述第一功率半导体开关组和所述第二功率半导体开关组串联连接后分别并联连接于所述母线电容的所述正极端和所述负极端；所述多个脉冲控制信号包括第一脉冲控制信号和第二脉冲控制信号，分别控制所述第一功率半导体开关组和所述第二功率半导体开关组的导通和关断，以使所述母线电容的所述正极端、所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组和所述母线电容的所述负极端之间在所述预设时间内形成所述放电回路。
5.如权利要求4所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述第一脉冲控制信号的脉冲宽度和所述第二脉冲控制信号的脉冲宽度全部交叠或部分交叠，所述交叠时间为所述预设时间。
6.如权利要求1所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述桥臂包括第一功率半导体开关组、第二功率半导体开关组、第三功率半导体开关组和第四功率半导体开关组，所述母线电容包括串联连接的第一母线电容和第二母线电容，所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组和所述第四功率半导体开关组串联连接后并联连接于所述第一母线电容的正极端和所述第二电容母线的负极端；所述功率变流器还包括第五开关组和第六开关组，所述第五开关组的一端连接于所述第一母线电容和所述第二母线电容的连接点，所述第五开关组的另一端连接于所述第一功率半导体开关组和所述第二功率半导体开关组的连接点，所述第六开关组的一端连接于所述第一母线电容和所述第二母线电容的连接点，所述第六开关组的另一端连接于所述第三功率半导体开关组和所述第四功率半导体开关组的连接点。
7.如权利要求6所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述多个脉冲控制信号包括第一脉冲控制信号、第二脉冲控制信号、第三脉冲控制信号和第四脉冲控制信号，分别控制所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组和所述第四功率半导体开关组的导通和关断，以使所述第一母线电容、所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组、所述第四功率半导体开关组和所述第二母线电容在所述预设时间内形成所述放电回路。
8.如权利要求7所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述第一脉冲控制信号的脉冲宽度、所述第二脉冲控制信号的脉冲宽度、所述第三脉冲控制信号的脉冲宽度和所述第四脉冲控制信号的脉冲宽度全部交叠或部分交叠，且所述交叠时间为所述预设时间。
9.如权利要求8所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述第一脉冲控制信号和所述第二脉冲控制信号相同，所述第三脉冲控制信号和所述第四脉冲控制信号相同。
10.如权利要求6所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述至少一预设时间包括第一预设时间和第二预设时间；所述多个脉冲控制信号包括第一脉冲控制信号、第二脉冲控制信号、第三脉冲控制信号和第四脉冲控制信号，分别控制所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组和所述功率半导体开关组的导通和关断，以使所述第一母线电容、所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组和所述第六开关组在所述第一预设时间内形成放电回路，以及所述第五开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组、所述第四功率半导体开关组和所述第二母线电容在第二预设时间内形成放电回路。
11.如权利要求10所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述第一预设时间和所述第二预设时间相同或不相同。
12.如权利要求10所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述第一脉冲控制信号的脉冲宽度、所述第二脉冲控制信号的脉冲宽度和所述第三脉冲控制信号的脉冲宽度部分交叠，所述交叠时间为所述第一预设时间；所述第二脉冲控制信号的脉冲宽度、所述第三脉冲控制信号的脉冲宽度和所述第四脉冲控制信号的脉冲宽度部分交叠，所述交叠时间为所述第二预设时间。
13.如权利要求12所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述第二脉冲控制信号和所述第三脉冲控制信号相同。
14.如权利要求1所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述桥臂包括第一功率半导体开关组、第二功率半导体开关组、第三功率半导体开关组和第四功率半导体开关组，所述母线电容包括串联连接的第一母线电容和第二母线电容，所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组和所述第四功率半导体开关组串联连接后并联连接于所述第一母线电容的正极端和所述第二电容母线的负极端；所述功率变流器还包括第五功率半导体开关组和第六功率半导体开关组，所述第五功率半导体开关组和所述第六功率半导体开关组形成串联支路，所述串联支路的一端连接于所述第一母线电容和所述第二母线电容的连接点，所述串联支路的另一端连接于所述第二功率半导体开关组和所述第三功率半导体开关组的连接点。
15.如权利要求14所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述多个脉冲控制信号包括第一脉冲控制信号、第二脉冲控制信号、第三脉冲控制信号和第四脉冲控制信号，分别控制所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组和所述第四功率半导体开关组的导通和关断，以使所述第一母线电容、所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组、所述第四功率半导体开关组和所述第二母线电容在所述预设时间内形成所述放电回路。
16.如权利要求15所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述第一脉冲控制信号的脉冲宽度、所述第二脉冲控制信号的脉冲宽度、所述第三脉冲控制信号的脉冲宽度和所述第四脉冲控制信号的脉冲宽度全部交叠或部分交叠，且所述交叠时间为所述预设时间。
17.如权利要求14所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述至少一预设时间包括第一预设时间和第二预设时间；所述多个脉冲控制信号包括第一脉冲控制信号、第二脉冲控制信号、第三脉冲控制信号、第四脉冲控制信号、第五脉冲控制信号和第六脉冲控制信号，分别控制所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组、所述第四功率半导体开关组、所述第五功率半导体开关组和所述第六功率半导体开关组的导通和关断，以使所述第一母线电容、所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第五功率半导体开关组和所述第六功率半导体开关组在所述第一预设时间内形成放电回路，以及所述第二母线电容、所述第五功率半导体开关组、所述第六功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组和所述第四功率半导体开关组在第二预设时间内形成放电回路。
18.如权利要求17所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述第一预设时间和所述第二预设时间相同或不相同。
19.如权利要求17所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述第一脉冲控制信号的脉冲宽度、所述第二脉冲控制信号的脉冲宽度和所述第六脉冲控制信号的脉冲宽度完全交叠或部分交叠，所述交叠时间为所述第一预设时间；以及所述第三脉冲控制信号的脉冲宽度、所述第四脉冲控制信号的脉冲宽度和所述第五脉冲控制信号的脉冲宽度完全交叠或部分交叠，所述交叠时间为所述第二预设时间。
20.如权利要求19所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述第一脉冲控制信号和所述第二脉冲控制信号相同，所述第三脉冲控制信号和所述第四脉冲控制信号相同。
21.如权利要求1所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述桥臂包括第一功率半导体开关组、第二功率半导体开关组、第三功率半导体开关组和第四功率半导体开关组，所述母线电容包括串联连接的第一母线电容和第二母线电容，所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组和所述第四功率半导体开关组串联连接后并联连接于所述第一母线电容的正极端和所述第二电容母线的负极端；所述功率变流器还包括第一电容组，所述第一电容组的一端连接于所述第一功率半导体开关组和所述第二功率半导体开关组的连接点，所述第一电容组的另一端连接于所述第三功率半导体开关组和所述第四功率半导体开关组的连接点。
22.如权利要求21所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述至少一预设时间包括第一预设时间和第二预设时间；所述多个脉冲控制信号包括第一脉冲控制信号、第二脉冲控制信号、第三脉冲控制信号和第四脉冲控制信号，分别控制所述第一功率半导体开关组、所述第二功率半导体开关组、所述第三功率半导体开关组和所述第四功率半导体开关组的导通和关断，以使所述第一电容组、所述第二功率半导体开关组和所述第三功率半导体开关组之间在第一预设时间内形成放电回路，以及所述第一母线电容、所述第一功率半导体开关组、所述第一电容组、所述第四功率半导体开关组以及所述第二母线电容之间在所述第二预设时间内形成放电回路。
23.如权利要求22所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述第二脉冲控制信号的脉冲宽度和所述第三脉冲控制信号的脉冲宽度全部交叠或部分交叠，所述交叠时间为所述第一预设时间；所述第一脉冲控制信号的脉冲宽度和所述第四脉冲控制信号的脉冲宽度全部交叠或部分交叠，所述交叠时间为所述第二预设时间。
24.如权利要求21所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述第一电容组包括串联连接的第一电容和第二电容，所述第一功率半导体开关组包括两个串联连接的第一功率半导体开关，所述第二功率半导体开关组包括两个串联连接的第二功率半导体开关，所述第三功率半导体开关组包括两个相互串联连接的第三功率半导体开关，所述第四功率半导体开关组包括两个串联连接的第四功率半导体开关，还包括第五功率半导体开关组和第六功率半导体开关组，其中所述第五功率半导体开关组包括两个串联连接的第五功率半导体开关，以及所述第六功率半导体开关组包括两个串联连接的第六功率半导体开关，所述第五功率半导体开关组连接在所述第一母线电容和所述第二母线电容的连接点与所述第一电容和所述第二电容的连接点之间，所述第六功率半导体开关组连接在所述第一电容和所述第二电容的连接点与所述第二功率半导体开关组和所述第三功率半导体开关组的连接点之间。
25.如权利要求2所述的用于功率变流器母线电容的放电控制方法，其特征在于，所述至少一预设时间包括第一预设时间和第二预设时间；当所述母线电容的母线电压处于高压状态时，所述交叠时间为所述第一预设时间；当所述母线电容的所述母线电压处于低压状态时，所述交叠时间为所述第二预设时间；其中所述第一预设时间小于所述第二预设时间。
26.一种用于功率变流器母线电容的放电控制方法，所述功率变流器包括并联连接的第一、第二和第三桥臂和母线电容，所述第一桥臂、所述第二桥臂和所述第三桥臂中均包括多个功率半导体开关组，其特征在于，所述放电控制方法包含如下步骤：
步骤21：通过控制器判断所述功率变流器的工作状态以及所述功率变流器的主断路器的状态，当所述功率变流器的工作状态为放电状态且所述主断路器的状态为断开时，输出多个脉冲控制信号至对应的所述多个功率半导体开关组；以及
步骤22：所述多个脉冲控制信号分别对应地控制所述多个功率半导体开关组导通和关断，以使所述母线电容的正极端和负极端之间在至少一预设时间内形成放电回路，进而使所述母线电容放电，其中，在一个工作周期内，所述第一桥臂的所述功率半导体开关组对应的脉冲控制信号的脉冲宽度具有第一交叠时间；所述第二桥臂的所述功率半导体开关组对应的脉冲控制信号的脉冲宽度具有第二交叠时间；所述第三桥臂的所述功率半导体开关组对应的脉冲控制信号的脉冲宽度具有第三交叠时间；所述第一交叠时间、所述第二交叠时间以及所述第三交叠时间之间差120°，且在所述第一交叠时间内，所述第一桥臂的所述功率半导体开关组处于导通状态，所述母线电容与所述第一桥臂的所述功率半导体开关组形成放电回路；所述第二交叠时间内，所述第二桥臂的所述功率半导体开关组处于导通状态，所述母线电容与所述第二桥臂的所述功率半导体开关组形成放电回路；所述第三交叠时间内，所述第三桥臂的所述功率半导体开关组处于导通状态，所述母线电容与所述第三桥臂的所述功率半导体开关组形成放电回路。
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