CN109905048B - 三电平电路中点电压平衡控制方法 - Google Patents

三电平电路中点电压平衡控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种平衡三电平电路中点电压的控制方法，通过采样，得到中点电压，当中点电压的绝对值大于一阈值时，调节某相零电平占空比，以保持中点电压平衡，并分配该相正、负电平的占空比，使得该相开关桥臂输出电压在至少一个开关周期内含有正，负，零三种电平。本发明可在三相四线系统和三相三线系统中实施；在三相三线系统中，还可以与零序电压注入法结合，形成混合调制方法，以获得更有效的中点平衡控制性能，并减小开关损耗。

Description

三电平电路中点电压平衡控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体地说，本发明涉及一种三电平中点电压平衡控制方法及使用该中点电压平衡控制方法的三电平电路。
背景技术
逆变器，是一种实现直流电到交流电转换的设备，具有多种拓扑结构，其中三电平拓扑结构，具有输出容量大、输出电压高、电流谐波含量小等优点，在交流电机调速，新能源发电，储能，静止无功补偿，柔性输电等领域得到了广泛的应用。中点钳位(NPC,NeutralPoint Clamped)三电平逆变器是一种常见的三电平拓扑结构逆变器，包括二极管钳位型NPC，T型NPC，ANPC(Active Neutral Point Clamped)等，如图1A所示即为三相二极管钳位型NPC三电平拓扑结构，该拓扑的直流侧是由串联的容量均为C的两个(组)电容组成的电容桥臂，上、下电容可以分别由一个或多个电容器件构成。该三电平拓扑结构存在中点电压不平衡现象，即上下两电容电压不相等的现象，该中点电压不平衡的问题一直难以解决，特别是在纯无功、不平衡、非线性等交流负载工况下，更容易出现直流侧中点电压不平衡现象。对此现象若不进行抑制，则输出电压越来越差，输出电流更加恶化，导致直流过压或交流过流而故障停机。因此，设计合理的控制方法，进行中点电压不平衡抑制，对于三电平拓扑的广泛应用具有重要意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明设计了一种三电平电路中点电压平衡控制方法。
具体来说，本发明涉及一种三电平电路中点电压平衡控制方法，用于一中点钳位型三电平电路，其中该三电平电路包含一电容桥臂和三个与该电容桥臂电性连接的开关桥臂，该三个开关桥臂分别为a，b，c相开关桥臂，该三电平电路用于将一直流电压转换为三相交流电压，该电容桥臂包含了串联连接的上电容和下电容，每个该开关桥臂包含了至少四个开关器件以输出正电平或零电平或负电平，其特征在于，包括如下步骤：
步骤11，得到第一中点电压，以表征该上电容和该下电容的电压差；
步骤12，通过x相的待调制参考电压和该直流电压，获得该x相开关桥臂零电平占空比的第一取值区间，x表示该三电平电路包含的该a，b，c相开关桥臂之一，并在该第一取值区间内预先设定该x相开关桥臂零电平占空比的第一给定值；
步骤13，当该第一中点电压的绝对值大于第一阈值时，调节该第一给定值，调节后的该第一给定值位于该第一取值区间内，且根据调节后的该第一给定值调节分配用于该x相开关桥臂正电平占空比的第二给定值和用于该x相开关桥臂负电平占空比的第三给定值，并根据调节后的该第一给定值、该第二给定值和该第三给定值调制该x相开关桥臂的该开关器件，以使得该第一中点电压的绝对值小于该第一阈值。
本发明所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其中步骤12还包括：
步骤121，通过
Figure BDA0001500020660000021
得到该x相开关桥臂零电平占空比的该第一取值区间的最大值dxomax，uxref为该x相的该待调制参考电压，ud为该直流电压；在该第一取值区间(0,dxomax]内预先设定该x相零电平占空比的该第一给定值。
本发明所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其中步骤12还包括：
步骤122，将该第一给定值预先设定为该x相该第一取值区间的最大值dxomax。
本发明所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其中该三电平电路输出该三相交流电压于一负载，步骤13还包括：
步骤131，根据该第一中点电压，当判断得到该上电容的电压大于该下电容的电压时：当x相的电流从该三电平电路流向该负载时，则减小该x相的零电平占空比的该第一给定值，当该x相的电流从该负载流向该三电平电路时，则增大该x相的零电平占空比的该第一给定值；或者根据该第一中点电压，当判断得到该上电容的电压小于该下电容的电压时：当x相的电流从该三电平电路流向该负载，则增大该x相的零电平占空比的该第一给定值，当该x相的电流从该负载流向该三电平电路，则减小该x相的零电平占空比的该第一给定值。
步骤132，通过下列公式调节该第一给定值dxo：
Figure BDA0001500020660000031
其中，kp为中点电压的比例控制参数，uo为该第一中点电压，ix为该x相的输出电流，uth为该第一阈值，uxref为该x相的该待调制参考电压，ud为该直流电压。
步骤133，当调节后的该第一给定值为dxo时，根据面积等效原理，分配用于该x相开关桥臂正电平占空比的该第二给定值dxp和用于该x相开关桥臂负电平占空比的该第三给定值dxn为：
Figure BDA0001500020660000032
其中，uxref为该x相的该待调制参考电压，ud为该直流电压。
本发明所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其中该x相开关桥臂调节后的该第一给定值、该第二给定值和该第三给定值在至少一个开关周期内均不等于零，以使得该x相开关桥臂输出电压在至少一个开关周期内含有正电平、负电平、零电平三种电平。
本发明所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其中该三电平电路的该a，b，c相开关桥臂中的至少两相开关桥臂的输出电压在至少一个开关周期内均含有正电平、负电平、零电平三种电平。
本发明所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其中当该a，b，c三相的待调制参考电压不同时，该a，b，c三相零电平的占空比不同。
本发明所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其中当该三电平电路用于三相三线制电气系统时，所述方法还包括：
步骤14，当该第一中点电压的绝对值小于一第二阈值时，注入零序电压，该第二阈值小于或等于该第一阈值。
本发明还涉及一种三电平电路，其中该三电平电路包含一电容桥臂和三个与该电容桥臂电性连接的开关桥臂，该三个开关桥臂分别为a，b，c相开关桥臂，该三电平电路用于将一直流电压转换为三相交流电压，该电容桥臂包含了串联连接的上电容和下电容，每个该开关桥臂包含了至少四个开关器件以输出正电平或零电平或负电平，其中该三电平电路采用一种三电平电路中点电压平衡控制方法。
本发明所述的三电平电路，其中该电容桥臂包含第一直流输入端、中点电平端、第二直流输入端，该上电容的第一端和该第一直流输入端电性连接，该上电容的第二端和该中点电平端电性连接，该下电容的第一端和该中点电平端电性连接，该下电容的第二端和该第二直流输入端电性连接；该a，b，c相开关桥臂的任一相开关桥臂均包含：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件，以及第一二极管、第二二极管；该第一开关器件的第一端电性连接该上电容的第一端，该第一开关器件的第二端电性连接该第二开关器件的第一端，该第二开关器件的第二端电性连接该第三开关器件的第一端，该第三开关器件的第二端电性连接该第四开关器件的第一端，该第四开关器件的第二端电性连接该下电容的第二端；该第一二极管的阳极和该第二二极管的阴极电性连接且电性连接于该中点电平端，该第一二极管的阴极电性连接该第一开关器件的第二端，该第二二极管的阳极电性连接于该第三开关器件的第二端。
本发明所述的三电平电路，其中该电容桥臂包含第一直流输入端、中点电平端、第二直流输入端，该上电容的第一端和该第一直流输入端电性连接，该上电容的第二端和该中点电平端电性连接，该下电容的第一端和该中点电平端电性连接，该下电容的第二端和该第二直流输入端电性连接；该a，b，c相开关桥臂的任一相开关桥臂均包含：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件；该第一开关器件的第一端电性连接该上电容的第一端，该第一开关器件的第二端电性连接该第四开关器件的第一端和该第三开关器件的第二端，该第二开关器件的第一端电性连接该第三开关器件的第一端，该第二开关器件的第二端电性连接该中点电平端，该第四开关器件的第二端电性连接该下电容的第二端。
本发明所述的三电平电路，其中该电容桥臂包含第一直流输入端、中点电平端、第二直流输入端，该上电容的第一端和该第一直流输入端电性连接，该上电容的第二端和该中点电平端电性连接，该下电容的第一端和该中点电平端电性连接，该下电容的第二端和该第二直流输入端电性连接；该a，b，c相开关桥臂的任一相开关桥臂均包含：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件；该第一开关器件的第一端电性连接该上电容的第一端，该第一开关器件的第二端电性连接该第二开关器件的第一端和该第五开关器件的第一端，该第二开关器件的第二端电性连接该第三开关器件的第一端，该第三开关器件的第二端电性连接该第四开关器件的第一端和该第六开关器件的第二端，该第四开关器件的第二端电性连接该下电容的第二端，该第五开关器件的第二端电性连接该第六开关器件的第一端和该中点电平端。
本发明所述的三电平电路，其中该三电平电路用于三相三线制电气系统或三相四线制电气系统。
本发明所述的三电平电路，其中该三电平电路电性连接一LC滤波器，该LC滤波器包含星型连接的至少三个滤波电容，该滤波电容的中点连接至该三电平电路上电容和下电容的连接点。
本发明所述的三电平电路，其中该三电平电路还包括与该电容桥臂电性连接的第四开关桥臂，该第四开关桥臂和该a，b，c相开关桥臂具有相同的拓扑。
本发明还涉及一种三电平电路中点电压平衡控制方法，用于中点钳位型三电平电路，其中该三电平电路包含一电容桥臂和三个与该电容桥臂电性连接的开关桥臂，该三个开关桥臂分别为a，b，c相开关桥臂，该三电平电路用于将一直流电压转换为三相交流电压，该电容桥臂包含了串联连接的上电容和下电容，每个该开关桥臂包含了至少四个开关器件以输出正电平或零电平或负电平，其特征在于，包括如下步骤：
步骤21，得到第一中点电压，以表征该上电容和该下电容的电压差；
步骤22，调节该x相开关桥臂零电平占空比的一第一给定值，且在同一开关周期内，当该a，b，c三相的待调制参考电压不同时，使得该a，b，c三相零电平的占空比不同，其中，x表示该三电平电路包含的该a，b，c相开关桥臂之一；
步骤23，根据该第一给定值分配用于该x相开关桥臂正电平占空比的第二给定值和用于该x相开关桥臂负电平占空比的第三给定值，并根据该第一给定值、该第二给定值和该第三给定值调制该x相开关桥臂的该开关器件，以使得该x相开关桥臂的输出电压在至少一个开关周期内含有正，负，零三种电平，以使得该第一中点电压的绝对值小于第一阈值。
本发明所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其中步骤22还包括：
步骤221，通过
Figure BDA0001500020660000061
得到该x相该零电平占空比可调范围的最大值dxomax，uxref为该x相的待调制参考电压，ud为该直流电压；在取值区间(0,dxomax]内预先设定该x相零电平占空比的该第一给定值。
步骤222，将该第一给定值预先设定为该x相该取值区间的最大值dxomax。
步骤223，根据该第一中点电压，当判断得到该上电容的电压大于该下电容的电压时：当x相的电流从该三电平电路流向该负载时，则减小该x相的零电平占空比的该第一给定值，当该x相的电流从该负载流向该三电平电路时，则增大该x相的零电平占空比的该第一给定值；或者根据该第一中点电压，当判断得到该上电容的电压小于该下电容的电压时：当x相的电流从该三电平电路流向该负载，则增大该x相的零电平占空比的该第一给定值，当该x相的电流从该负载流向该三电平电路，则减小该x相的零电平占空比的该第一给定值。
本发明所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其中步骤23所述的根据该第一给定值分配用于该x相开关桥臂正电平占空比的该第二给定值和用于该x相开关桥臂负电平占空比的该第三给定值，具体包括：
步骤231，当该第一给定值为dxo时，根据面积等效原理，分配用于该x相开关桥臂正电平占空比的第二给定值dxp和用于该x相开关桥臂负电平占空比的该第三给定值dxn为：
Figure BDA0001500020660000062
其中，uxref为该x相的该待调制参考电压，ud为该直流电压。
本发明所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其中该三电平电路的该a，b，c相开关桥臂中的至少两相开关桥臂的输出电压在至少一个开关周期内均含有正电平、负电平、零电平三种电平。
本发明所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其中当该三电平电路用于三相三线制电气系统时，所述方法还包括：
步骤24，当该第一中点电压的绝对值小于第二阈值时，注入零序电压，以实现中点电压平衡控制，该第二阈值小于该第一阈值。
本发明还涉及一种三电平电路，其中该三电平电路包含一电容桥臂和三个与该电容桥臂电性连接的开关桥臂，该三个开关桥臂分别为a，b，c相开关桥臂，该三电平电路用于将一直流电压转换为三相交流电压，该电容桥臂包含了串联连接的上电容和下电容，每个该开关桥臂包含了至少四个开关器件以输出正电平或零电平或负电平，其中该三电平电路采用一种三电平电路中点电压平衡控制方法。
本发明所述的三电平电路，其中该电容桥臂包含第一直流输入端、中点电平端、第二直流输入端，该上电容的第一端和该第一直流输入端电性连接，该上电容的第二端和该中点电平端电性连接，该下电容的第一端和该中点电平端电性连接，该下电容的第二端和该第二直流输入端电性连接；该a，b，c相开关桥臂的任一相开关桥臂均包含：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件，以及第一二极管、第二二极管；该第一开关器件的第一端电性连接该上电容的第一端，该第一开关器件的第二端电性连接该第二开关器件的第一端，该第二开关器件的第二端电性连接该第三开关器件的第一端，该第三开关器件的第二端电性连接该第四开关器件的第一端，该第四开关器件的第二端电性连接该下电容的第二端；该第一二极管的阳极和该第二二极管的阴极电性连接且电性连接于该中点电平端，该第一二极管的阴极电性连接该第一开关器件的第二端，该第二二极管的阳极电性连接于该第三开关器件的第二端。
本发明所述的三电平电路，其中该电容桥臂包含第一直流输入端、中点电平端、第二直流输入端，该上电容的第一端和该第一直流输入端电性连接，该上电容的第二端和该中点电平端电性连接，该下电容的第一端和该中点电平端电性连接，该下电容的第二端和该第二直流输入端电性连接；该a，b，c相开关桥臂的任一相开关桥臂均包含：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件；该第一开关器件的第一端电性连接该上电容的第一端，该第一开关器件的第二端电性连接该第四开关器件的第一端和该第三开关器件的第二端，该第二开关器件的第一端电性连接该第三开关器件的第一端，该第二开关器件的第二端电性连接该中点电平端，该第四开关器件的第二端电性连接该下电容的第二端。
本发明所述的三电平电路，其中该电容桥臂包含第一直流输入端、中点电平端、第二直流输入端，该上电容的第一端和该第一直流输入端电性连接，该上电容的第二端和该中点电平端电性连接，该下电容的第一端和该中点电平端电性连接，该下电容的第二端和该第二直流输入端电性连接；该a，b，c相开关桥臂的任一相开关桥臂均包含：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件；该第一开关器件的第一端电性连接该上电容的第一端，该第一开关器件的第二端电性连接该第二开关器件的第一端和该第五开关器件的第一端，该第二开关器件的第二端电性连接该第三开关器件的第一端，该第三开关器件的第二端电性连接该第四开关器件的第一端和该第六开关器件的第二端，该第四开关器件的第二端电性连接该下电容的第二端，该第五开关器件的第二端电性连接该第六开关器件的第一端和该中点电平端。
本发明所述的三电平电路，其中该三电平电路用于三相三线制电气系统或三相四线制电气系统。
本发明所述的三电平电路，其中该三电平电路连接一LC滤波器，该LC滤波器包含星型连接的至少三个滤波电容，该滤波电容的中点连接至该三电平电路上电容和下电容的连接点。
本发明所述的三电平电路，其中该三电平电路还包括与该电容桥臂电性连接的第四开关桥臂，该第四开关桥臂和该a，b，c相开关桥臂具有相同的拓扑。
综上，通过本发明所涉及的三电平控制方法，可以获得与现有技术相比更佳的中点不平衡控制性能，而且实现方便，非常有利于三电平拓扑在各种运行环境下的应用。
附图说明
图1A是本发明实施例采用的DNPC三电平电路拓扑图。
图1B是本发明实施例采用的T型NPC三电平电路拓扑图。
图1C是本发明实施例采用的ANPC三电平电路拓扑图。
图1D是本发明实施例采用的三相四桥臂NPC三电平电路拓扑图。
图2是本发明实施例所述的三电平电路中点电压平衡控制方法中x相正负零电平占空比示意图。
图3A、3B是本发明第一实施例的流程图。
图4A、4B是本发明第二实施例的流程图。
图5是本发明第三实施例的流程图。
图6是本发明第四实施例的流程图。
图7是本发明第五实施例的流程图。
图8是本发明第六实施例的流程图。
图9是本发明第六实施例的当a、b、c三相开关桥臂中两相开关桥臂输出电压在一个开关周期内含有正电平、负电平、零电平示意图。
图10A、10B是本发明第八实施例的流程图。
图11A、11B是本发明第九实施例的流程图。
图12A是本发明第九实施例中a、b、c三相开关桥臂待调制参考电压变化示意图。
图12B是本发明第九实施例中a、b、c三相开关桥臂零电平占空比变化示意图。
图13A、13B是本发明第十实施例的流程图。
图14A、14B是本发明第十一实施例的流程图。
其中，附图标记为：
S11、S11-1、S12、S12-1、S12-2、S13、S13’、S14、S14-1、S14-2、S14-3、S14-4、S14-5、S14-6、S14-7、S15、S16、S21、S21-1、S22、S22’、S22-1、S22-2、S22-3、S24、S24’、S24-1、S25、S26、S27：步骤
Cd1：上电容 Cd2：下电容
Sa1、Sa2、Sa3、Sa4、Sa5、Sa6、Sb1、Sb2、Sb3、Sb4、Sb5、Sb6、Sc1、Sc2、Sc3、Sc4、Sc5、Sc6、Sn1、Sn2、Sn3、Sn4：开关器件
Da1、Da2、Db1、Db2、Dc1、Dc2、Dd1、Dd2：二极管
L：LC滤波器电感 C：LC滤波器电容
Za、Zb、Zc：负载 L'：负载回路电感
n：负载连接中点 nc：滤波器电容连接中点
O：中点电平端 ud：直流电压
ud1：上电容电压 ud2：下电容电压
ux：x相桥臂的交流输出电压 dxp：x相桥臂正电平占空比
dxn：x相桥臂负电平占空比 dxo：x相桥臂零电平占空比
ua、ub、uc：a、b、c相桥臂的交流输出电压
dap、dan、dao：a相桥臂正、负、零电平占空比
dbp、dbn、dbo：b相桥臂正、负、零电平占空比
dcp、dcn、dco：c相桥臂正、负、零电平占空比
ia、ib、ic：a、b、c相桥臂的输出电流
iNP：流出电容桥臂中点O的平均电流
in：中线电流 t：时间
a、b、c、n：a、b、c、n相桥臂
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步的详细描述。
针对中点电压不平衡现象，目前业内采用的三电平控制方法分为基于空间矢量的控制方法和基于载波的控制方法，空间矢量法实现较为复杂，而且在调制度较大、功率因数低的情况下调制效果不好；基于载波的控制方法中，常见的有零序电压注入法，零序电压注入法相比空间矢量法，实现较为简单。但空间矢量法和零序电压注入法都不适用于三相四线制电气系统。为弥补现有算法的一些缺陷，本发明公开了一种三电平电路中点电压平衡控制方法。
本发明控制方法适用的硬件电路拓扑可以为中点钳位型三电平电路，例如图1A所示的二极管中点钳位型(DNPC)三电平电路拓扑。三电平电路用于将一直流电压转换为三相交流电压。三电平电路包括直流侧的电容桥臂和交流侧的至少三个开关桥臂，三电平电路的每个开关桥臂包含了至少四个开关器件以输出正电平或零电平或负电平，电容桥臂包括串联的上电容和下电容，上电容和下电容实际可以分别包含一个或多个电容器件，本发明并不以此为限。其中，上电容Cd1和下电容Cd2的容量相同，中点电压不平衡现象是指上电容电压与下电容电压不相等的现象。
中点钳位型三电平电路交流侧的开关桥臂分为a、b、c三相，用变量x表示a，b，c三相之一，x相在一个调制周期(或开关周期)T里的零电平占空比为dxo，正电平占空比为dxp，负电平占空比为dxn，则它们的和为1，如图2所示，即满足
dxo+dxp+dxn＝1(1)
以uxref表征x相的待调制参考电压，待调制参考电压可以是控制系统预先设计的，也可以接受外部反馈计算得到的，或接受外部指令得到的。以ud表征直流电压，例如图1A等所示，ud也可以等于上下电容的电压之和。根据面积等效原理，每相正负零三种电平占空比满足的关系为
Figure BDA0001500020660000111
当设置零电平占空比dxo为零时，三电平逆变器完全退化为两电平逆变器，不再具有三电平逆变器谐波小、电平跳变幅度小等优点，在本发明中不设置零电平占空比dxo为零。
在公式(1)和公式(2)中存在dxo、dxp、dxn三个未知数，而且dxo＞0、dxp≥0、dxn≥0，因此零电平占空比dxo在某一取值区间内是可调节的。
中点电压uo通常用于表征三电平电路的不平衡程度，可以用来表征该上电容和该下电容的电压差。在对应于图示的电路拓扑中，一般而言，中点电压uo满足的数学模型为
Figure BDA0001500020660000112
公式(3)右边为一个开关周期里流出电容桥臂中点O的平均电流iNP，ix为x相桥臂的交流输出电流，定义ix>0表示电流从逆变器流向负载，ix<0表示电流从负载流向逆变器，in表征中线电流，如果没有中线，in＝0。根据公式(3)，通过调节零电平占空比dxo的大小，可以调节中点电压uo，即调节零电平占空比dxo来抑制中点电压不平衡现象。
图3A是本发明第一实施例的三电平电路中点电压平衡控制方法流程图。请参考图3A，在本实施例中包括：
步骤S11，获取第一中点电压uo。获取第一中点电压uo可采用多种方法，如采样直流端上电容电压ud1和下电容电压ud2，得到第一中点电压为uo＝(ud1-ud2)/2，或采用其他已知方法获取第一中点电压uo，如uo＝ud1-ud2，uo＝ud-2*ud2等，能够表征上电容和下电容的电压差，亦即表征三电平电路的不平衡程度即可；
步骤S12，通过x相的待调制参考电压uxref和直流电压ud，获得x相开关桥臂零电平占空比的第一给定值dxo的取值区间，并在取值区间内预先选取某一值，作为第一给定值dxo的预先设定值；
步骤S13，判断第一中点电压uo是否需要进行平衡控制，具体为设定判断第一中点电压uo是否大于第一阈值uth，当第一中点电压uo的绝对值小于第一阈值uth时，可以视为第一中点电压uo达到平衡状态，此时可以不予处理或采用传统的注入零序电压的方法进行控制，本发明并不以此为限。当第一中点电压uo的绝对值大于第一阈值uth时，按照后续控制方法进行第一中点电压uo的平衡控制；
步骤S14，当第一中点电压uo的绝对值大于第一阈值uth时，在第一取值区间范围内对x相的第一给定值dxo进行调节，调节后的该第一给定值仍然位于该第一取值区间内，并根据调节后的第一给定值分配x相正电平占空比的第二给定值dxp和x相负电平占空比的第三给定值dxn，在一个或多个开关周期内，以调节后的第一给定值dxo、第二给定值dxp和第三给定值dxn对x相的开关器件进行调制，从而得以减小第一中点电压uo的绝对值；
步骤S15，当第一中点电压uo的绝对值小于第一阈值uth，可以认为达到第一中点电压uo的平衡状态。
以上所述的步骤，可以合并或拆分，仍可认为是相同的方法内容。例如步骤S13、S14、S15分列谨为表述方便，可以合并为一个步骤S13'，如图3B所示，即，当该第一中点电压的绝对值大于第一阈值时，调节第一给定值，调节后的该第一给定值位于该第一取值区间内，且根据调节后的该第一给定值分配用于x相开关桥臂正电平占空比的第二给定值和用于x相开关桥臂负电平占空比的第三给定值，并根据调节后的第一给定值、第二给定值和第三给定值调制x相开关桥臂的开关器件，以使得第一中点电压的绝对值小于第一阈值。
图4A是本发明第二实施例的三电平电路中点电压平衡控制方法流程图。请参照图4A，在本实施例中，步骤S11、S13、S14、S15与第一实施例中对应步骤相同，步骤S13、S14、S15也可以合并为步骤S13'，如图4B所示，故不再赘述，本实施例与第一实施例的区别在于，在步骤S11后，即在得到第一中点电压uo后，进行步骤S12-1，详细来说，即采用公式(4)获得x相开关桥臂零电平占空比dxo的第一取值区间(0，dxomax]的最大值dxomax，
Figure BDA0001500020660000131
其中，uxref为该x相的待调制参考电压，ud为三电平电路直流侧接收的直流电压；进而在获得的第一取值区间(0，dxomax]内选取某一值，作为第一给定值dxo的预先设定值。
另一实施例是第二实施例的延续，如图4A中虚框部分所示，相较于第二实施例，在步骤S12-1完成后，即当获得x相开关桥臂零电平占空比dxo的第一取值区间(0，dxomax]中的最大值dxomax后，进行步骤S12-2，预先设定第一给定值dxo为第一取值区间的最大值dxomax。相比于在可调区间内任选一个值作为预定值，在预先设定零电平占空比dxo为最大值dxomax的基础上对零电平占空比dxo进行减小，可以降低三种电平之间的切换次数，从而降低开关损耗。
图5是本发明第三实施例的三电平电路中点电压平衡控制方法流程图。请参照图5，在本实施例中，步骤S11、S12、S13、S15与第一实施例中对应步骤相同，步骤S13、S14、S15也可以合并，故不再赘述，本实施例与第一实施例的区别在于，步骤14可以进一步细化，当第一中点电压uo大于第一阈值uth时，进行步骤S14-1，根据第一中点电压和x相的电流流向对x相开关桥臂零电平占空比的第一给定值dxo进行调节，具体来说，当判断得到电容桥臂的上电容的电压大于下电容的电压时：当x相的电流从三电平电路流向负载时，减小x相的零电平占空比的第一给定值dxo，当x相的电流从负载流向三电平电路时，增大x相的零电平占空比的第一给定值dxo；而当电容桥臂的上电容的电压小于下电容的电压时：当x相的电流从三电平电路流向负载时，增大x相的零电平占空比的第一给定值dxo，当x相的电流从负载流向三电平电路时，减小x相的零电平占空比的第一给定值dxo；
步骤S14-1后可以进行步骤S14-3，根据调节后的第一给定值dxo，分配x相第二给定值dxp和x相第三给定值dxn，并以调节后的第一给定值dxo、第二给定值dxp和第三给定值dxn对x相开关桥臂的开关器件进行调制。
图6是本发明第四实施例的三电平电路中点电压平衡控制方法流程图。请参照图6，在本实施例中，步骤S11、S12、S13、S15与第一实施例中对应步骤相同，步骤S13、S14、S15也可以合并，故不再赘述。本实施例与第一实施例的区别在于，步骤14可以进一步细化，当第一中点电压uo大于第一阈值uth时，可以执行步骤S14-2，根据公式(5)对x相开关桥臂零电平占空比的第一给定值dxo进行调节；
Figure BDA0001500020660000141
之后可以执行步骤S14-3，根据调节后的第一给定值dxo，分配x相第二给定值dxp和x相第三给定值dxn，并以调节后的第一给定值dxo、第二给定值dxp和第三给定值dxn对x相开关桥臂的开关器件进行调制。
在本实施例中，kp为比例控制参数，该比例控制参数kp的取值越大，不平衡的抑制速度越快，一般从中点电压的抑制的稳定性和快速性方面折衷选取，所以在一些实施例中，可以取
Figure BDA0001500020660000142
其中Im为三电平电路系统允许的最大电流。此外，在另一些实施例中，还可以采用如比例积分、比例谐振等控制器对零电平占空比的第一给定值dxo进行调节，这些方法属于现有技术，这里不再赘述。
采用公式(5)的好处在于，相比于在可调区间内任选一个值作为预定值，优先公式可以是在预先设定零电平占空比dxo为最大值dxomax的基础上对零电平占空比dxo进行减小，当x相的输出电流ix与中点电压uo的符号不相同时，x相的零电平占空比dxo可以不用变化，这样，只用对x相的正电平占空比dxp和负电平占空比dxn进行调节，可以降低三种电平之间的切换次数，从而降低开关损耗。
图7是本发明第五实施例的三电平电路中点电压平衡控制方法流程图。请参照图7，在本实施例中，步骤S11、S12、S13、S14-1、S15与上述实施例中对应步骤相同，步骤S13-S15也可以合并，故不再赘述，本实施例与第一实施例的区别在于，步骤14可以进一步细化，在步骤S14-1后，即对x相开关桥臂零电平占空比的第一给定值dxo进行调节后，进入步骤S14-4；步骤S14-4，根据面积等效原理，通过公式(6)，分配该x相开关桥臂正电平占空比的第二给定值dxp和该x相开关桥臂负电平占空比的第三给定值dxn为，
Figure BDA0001500020660000151
Figure BDA0001500020660000152
在步骤S14-4后可以执行步骤S14-5，根据调节后的第一给定值dxo、第二给定值dxp和第三给定值dxn对x相开关桥臂的开关器件进行调制。
在采用本发明各实施例的方法时，根据第一给定值的不同以及分配的第二给定值、第三给定值的不同，在至少一个开关周期内，至少一个桥臂的输出电压可以含有正电平、负电平、零电平三种电平，如图9中的(a)(c)所示，为两个桥臂的输出电压在某一个开关周期内均含有正电平、负电平、零电平三种电平。图9同样可以看出，在一个到多个开关周期内，当a，b，c三相的待调制参考电压不同时，a，b，c三相零电平的占空比不同。这些特征也可以通过方法步骤的形式进一步描述。
图8是本发明第六实施例的三电平电路中点电压平衡控制方法流程图。请参照图8，在本实施例中，步骤S11、S12、S13、S14、S15与第一实施例中对应步骤相同，故不再赘述。在某一个开关周期中，在步骤S14后，当第一中点电压uo大于第一阈值uth时，调节第一给定值dxo，根据调节后第一给定值dxo分配第二给定值dxp和第三给定值dxn，并以此对x相开关桥臂的开关器件进行调制。如步骤S14-6描述，此时x相开关桥臂调节后的第一给定值dxo、第二给定值dxp和第三给定值dxn均不等于零，使得x相开关桥臂输出电压在至少一个开关周期内含有正电平、负电平、零电平三种电平。进一步的，在第七实施例中延续第六实施例，如图8虚框部分所示，在步骤S14-6后，即在当x相开关桥臂调节后的第一给定值dxo、第二给定值dxp和第三给定值dxn均不等于零，使得x相开关桥臂输出电压在至少一个开关周期内含有正电平、负电平、零电平三种电平时，如步骤S14-7描述，此时三电平电路的a，b，c相开关桥臂中的包含x相开关桥臂在内的至少两相开关桥臂的输出电压在至少一个开关周期内均含有正电平、负电平、零电平三种电平，其结果如图9所示。
此外，本发明以上实施例所公开的三电平电路中点电压平衡控制方法，采用了正负零三种电平来调制，使得x相电压的零电平占空比可调，并利用可调的零电平来抑制中点不平衡，且可以不注入零序电压，可以适用于三相三线制系统和三相四线制系统。在本发明的一些实施例中，也可以在中点不平衡程度较低时采取注入零序电压的方法，以使本发明在三相三线制电气系统中产生更为明显的技术效果，如减少开关次数，降低损耗等。
图10A是本发明第八实施例的三电平电路中点电压平衡控制方法流程图。在本实施例中，步骤S11、S12、S13、S14、S15与第一实施例中对应步骤相同，步骤S13、S14、S15也可以合并为步骤S13'，如图10B所示，故不再赘述，本实施例与第一实施例的区别在于，在步骤S11得到第一中点电压uo后，进行步骤S11-1，设置第二阈值，如果第一中点电压uo大于第二阈值，进行步骤S12，如果第一中点电压uo小于第二阈值，中点不平衡程度较低，则进行步骤S16，注入零序电压，以实现中点电压平衡控制。一般而言，第二阈值小于等于步骤S13中的第一阈值；特别的，当第二阈值等于第一阈值时，可以进一步合并步骤S11-1至步骤13，例如当第一中点电压uo小于第一阈值时，执行步骤S16注入零序电压，当第一中点电压uo大于第一阈值时，执行步骤S14等。由于可能会注入零序电压，本实施例适用于三相三线制电气系统。本实施例中所述的注入零序电压的方法为现有技术，在此不再赘述。
图11A是本发明第九实施例的三电平电路中点电压平衡控制方法流程图。如图11A所示，本实施例具体包括：
步骤S21，得到第一中点电压，其中可采用多种方法获取第一中点电压uo，此处不再赘述，以表征上电容和下电容的电压差；
步骤S22，根据x相开关桥臂零电平占空比取值区间，调节x相开关桥臂零电平占空比的第一给定值dxo；例如，可以根据第一中点电压和x相的电流流向对x相开关桥臂零电平占空比的第一给定值dxo进行调节，具体来说，当电容桥臂的上电容的电压大于下电容的电压时：当x相的电流从三电平电路流向负载时，减小x相的零电平占空比的第一给定值dxo，当x相的电流从负载流向三电平电路时，增大x相的零电平占空比的第一给定值dxo；当电容桥臂的上电容的电压小于下电容的电压时：当x相的电流从三电平电路流向负载时，增大x相的零电平占空比的第一给定值dxo，当x相的电流从负载流向三电平电路时，减小x相的零电平占空比的第一给定值dx。
步骤S23，在同一开关周期内，调节第一给定值dxo，使得当a，b，c三相的待调制参考电压uaref、ubref、ucref不同时，如图12A所示，在该开关周期，三相零电平的占空比不同，如图12B所示；步骤S22和S23分列谨为表述方便，可以合并为一个步骤；
步骤S24，根据第一给定值dxo分配x相开关桥臂正电平占空比的第二给定值dxp和x相开关桥臂负电平占空比的第三给定值dxn，并以此调制x相开关桥臂的开关器件；例如，可以根据面积等效原理，通过公式(6)，分配该x相开关桥臂正电平占空比的第二给定值dxp和该x相开关桥臂负电平占空比的第三给定值dxn，然后进行步骤S25。
步骤S25，使得该x相开关桥臂的输出电压在至少一个开关周期内含有正，负，零三种电平；
步骤S26，使得该第一中点电压的绝对值小于第一阈值。
步骤S22和S23分列谨为表述方便，可以合并为步骤S22'，步骤S24、S25和S26也可以合并为步骤S24'，如图11B所示，例如，根据第一给定值分配用于x相开关桥臂正电平占空比的第二给定值和用于x相开关桥臂负电平占空比的第三给定值，并根据第一给定值、第二给定值和第三给定值调制x相开关桥臂的开关器件，以使得x相开关桥臂的输出电压在至少一个开关周期内含有正，负，零三种电平，以使得第一中点电压的绝对值小于第一阈值。
图13A是本发明第十实施例的三电平电路中点电压平衡控制方法流程图。请参照图13A，在本实施例中，步骤S21、S23、S24、S25、S26与第九实施例中对应步骤相同，步骤S22、S23可以合并，步骤S24、S25、S26也可以合并为步骤S24'，如图13B所示，故不再赘述，本实施例与第九实施例的区别在于，步骤S22可以进一步细化。详细来说，步骤S22-1即采用上述公式(4)获得x相开关桥臂零电平占空比dxo的第一取值区间(0，dxomax]的最大值dxomax，进而在获得的第一取值区间(0，dxomax]内选取某一值，作为第一给定值dxo的预先设定值，然后进行步骤S23。
另一实施例是第十实施例的延续，如图13A虚框部分所示，相较于第十实施例，在步骤S22-1完成后，即当获得x相开关桥臂零电平占空比dxo的第一取值区间(0，dxomax]中的最大值dxomax后，还包括步骤S22-2，预先设定第一给定值dxo为第一取值区间的最大值dxomax，然后进行步骤S23。
图14A是本发明第十一实施例的三电平电路中点电压平衡控制方法流程图。请参照图14A，在本实施例中，步骤S21、S22、S23、S24、S25、S26与第九实施例中对应步骤相同，步骤S22、S23可以合并为步骤S22'，步骤S24、S25、S26也可以合并为步骤S24'，如图14B所示，故不再赘述，本实施例与第九实施例的区别在于，在步骤S21得到第一中点电压uo后，可以进行步骤S21-1，设置第二阈值，如果第一中点电压uo大于第二阈值，进行步骤S22，如果第一中点电压uo小于第二阈值，则可以进行步骤S27，注入零序电压，以实现中点电压平衡控制。此实施例的方法适用于三相三线制电气系统。本实施例中所述的注入零序电压的方法为现有技术，在此不再赘述。
本发明各实施例所公布的三电平电路中点电压平衡控制方法适用于三电平电路，三电平电路包含电容桥臂和三个与电容桥臂电性连接的开关桥臂，三个开关桥臂分别为a，b，c相开关桥臂，三电平电路用于将直流电压转换为三相交流电压，电容桥臂包含了串联连接的上电容和下电容，每个该开关桥臂包含了至少四个开关器件以输出正电平或零电平或负电平。根据不同的实施例的具体应用，三电平电路可以用于三相四线制电气系统，也可以用于三相三线制电气系统。
一实施例中，三电平电路连接LC滤波器，LC滤波器包含星型连接的至少三个滤波电容，滤波电容的连接中点电性连接至三电平电路上电容和下电容的连接点。
一实施例中，三电平电路还包括与电容桥臂电性连接的第四开关桥臂，第四开关桥臂和a，b，c相开关桥臂具有相同的拓扑。
具体的，实施例所公布的三电平电路中点电压平衡控制方法适用于多种中点钳位(NPC)型三电平电路，如图1A、图1B、图1C和图1D所示，其中图1A所示为一实施例中的二极管中点钳位(DNPC)型三电平电路拓扑，该拓扑的电容桥臂包括上电容Cd1和下电容Cd2，其中Cd1与Cd2串联连接，上电容的第一端和第一直流输入端电性连接，上电容的第二端和中点电平端电性连接，下电容的第一端和中点电平端电性连接，下电容的第二端和第二直流输入端电性连接；电容桥臂的第一、第二直流输入端与直流侧输入ud电性连接，还包括a，b，c三个开关桥臂以输出正电平或零电平或负电平，以a相开关桥臂来举例说明，a相开关桥臂有4个开关器件，本实施例中这些开关器件为IGBT，分别为Sa1、Sa2、Sa3、Sa4，以及2个钳位二极管，为别为Da1、Da2。其中Sa1、Sa2、Sa3、Sa4依次串联连接后与电容桥臂并联连接，Da1、Da2依次串联连接后与Sa2、Sa3并联连接，且Da1、Da2的连接端电性连接电容桥臂中点(即，中点电平端)O，Sa2、Sa3连接端为a相开关桥臂的交流输出端。b相开关桥臂和c相开关桥臂的结构可以和a相开关桥臂相同，如图1A中，b相开关桥臂的开关器件Sb1、Sb2、Sb3、Sb4和二极管Db1、Db2，c相开关桥臂的开关器件Sc1、Sc2、Sc3、Sc4和二极管Dc1、Dc2所示。亦即，a，b，c相开关桥臂的任一相开关桥臂均包含：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件，以及第一二极管、第二二极管；第一开关器件的第一端电性连接上电容的第一端，第一开关器件的第二端电性连接第二开关器件的第一端，第二开关器件的第二端电性连接第三开关器件的第一端，第三开关器件的第二端电性连接第四开关器件的第一端，第四开关器件的第二端电性连接下电容的第二端；第一二极管的阳极和第二二极管的阴极电性连接且电性连接于该中点电平端，第一二极管的阴极电性连接第一开关器件的第二端，第二二极管的阳极电性连接于第三开关器件的第二端。
在一些实施例中，图1A所示DNPC型三电平电路拓扑还包括模数采样模块和数字信号处理模块，用于信号采用和PWM生成，请参照图1A，其中模数采样模块用于采集上电容ud1、下电容电压ud2、x相输出电流ix等参数，数字信号处理模块用于调制x相开关桥臂上的开关器件的驱动指令。
在一些实施例中，图1A所示DNPC型三电平电路拓扑还连接一LC滤波器，请参照图1A，该LC滤波器包含星型连接的至少三个滤波电容C，和每相交流输出端上的电感L。该些滤波电容C的连接中点连接nc可以电性连接至中点电平端O并且用于三相四线制电气系统，也可以不连接并且用于三相三线制系统，但本发明并不以此为限，例如三相四线制电气提供中也可以从负载Z的中点n电性连接至中点电平端O。
实施例公布的三电平电路中点电压平衡控制方法也可以用于T型三电平电路拓扑，如图1B所示，该拓扑的电容桥臂与DNPC型三电平电路拓扑相同，还包括a，b，c三个开关桥臂，以a相开关桥臂来举例说明，a相开关桥臂上有4个开关器件，例如IGBT，分别为Sa1、Sa2、Sa3、Sa4。其中Sa1、Sa4依次串联连接后与电容桥臂并联连接，Sa2、Sa3反向串联连接后，一端与中点电平端O电性连接，另一端与Sa1、Sa4连接端电性连接，且Sa1、Sa4连接端为a相开关桥臂的交流输出端。b相开关桥臂和c相开关桥臂的结构可以和a相开关桥臂相同，如图1B中，b相开关桥臂的开关器件Sb1、Sb2、Sb3、Sb4，c相开关桥臂的开关器件Sc1、Sc2、Sc3、Sc4所示。亦即，a，b，c相开关桥臂的任一相开关桥臂均包含：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件；第一开关器件的第一端电性连接上电容的第一端，第一开关器件的第二端电性连接第四开关器件的第一端和第三开关器件的第二端，第二开关器件的第一端电性连接第三开关器件的第一端，第二开关器件的第二端电性连接中点电平端，第四开关器件的第二端电性连接下电容的第二端。
实施例中所公布的三电平电路中点电压平衡控制方法也可以用于ANPC型三电平电路拓扑，如图1C所示，该拓扑的电容桥臂与DNPC型三电平电路拓扑相同，还包括a，b，c三个相同的开关桥臂，以a相开关桥臂来举例说明，a相开关桥臂上有6个开关器件，例如IGBT，分别为Sa1、Sa2、Sa3、Sa4、Sa5、Sa6。其中Sa1、Sa2、Sa3、Sa4依次串联连接后与电容桥臂并联连接，Sa5、Sa6依次串联连接后与Sa2、Sa3并联连接，且Sa5、Sa6连接端电性连接中点电平端O，Sa2、Sa3连接端为a相开关桥臂的交流输出端。b相开关桥臂和c相开关桥臂的结构可以和a相开关桥臂相同，如图1B中，b相开关桥臂的开关器件Sb1、Sb2、Sb3、Sb4、Sb5、Sb6，c相开关桥臂的开关器件Sc1、Sc2、Sc3、Sc4、Sc5、Sc6所示。亦即，a，b，c相开关桥臂的任一相开关桥臂均包含：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件；第一开关器件的第一端电性连接上电容的第一端，第一开关器件的第二端电性连接第二开关器件的第一端和第五开关器件的第一端，第二开关器件的第二端电性连接第三开关器件的第一端，第三开关器件的第二端电性连接第四开关器件的第一端和第六开关器件的第二端，第四开关器件的第二端电性连接下电容的第二端，第五开关器件的第二端电性连接第六开关器件的第一端和中点电平端。
在一些实施例中，本发明所公布的三电平电路中点电压平衡控制方法用于三相四桥臂三电平电路拓扑，该拓扑可以适用于三相四线制电气系统。以二极管中点钳位(DNPC)型三电平电路拓扑为例，如图1D所示，包括a，b，c，n四个开关桥臂，a相开关桥臂上有4个IGBT，分别为Sa1、Sa2、Sa3、Sa4，以及2个钳位二极管，为别为Da1、Da2。其中Sa1、Sa2、Sa3、Sa4依次串联连接后与电容桥臂并联连接，Da1、Da2依次串联连接后与Sa2、Sa3并联连接，且Da1、Da2连接端电性连接中点电平端O，Sa2、Sa3连接端为a相开关桥臂的交流输出端；b、c相开关桥臂与a相开关桥臂相同；n相开关桥臂上有4个IGBT，分别为Sn1、Sn2、Sn3、Sn4，以及2个钳位二极管，为别为Dn1、Dn2。其中Sn1、Sn2、Sn3、Sn4依次串联连接后与电容桥臂并联连接，Dn1、Dn2依次串联连接后与Sn2、Sn3并联连接，且Dn1、Dn2连接端电性连接中点电平端O，Sn2、Sn3连接端电性连接三相四线制系统的中线。本实施例用于但不限于DNPC型三电平电路拓扑，也可用于T型和ANPC型三电平电路。本实施例也可以进一步增加LC滤波器和中线电感L’。
虽然本发明已以实施例公开如上，而并非用以限定本发明，任何本技术领域的技术人员，在未脱离本发明的精神与范围内，可对其进行等效修改或变更，均应包含于本发明的权利要求书保护范围中。

Claims (29)

1.一种三电平电路中点电压平衡控制方法，用于中点钳位型三电平电路，其中该三电平电路包含一电容桥臂和三个与该电容桥臂电性连接的开关桥臂，该三个开关桥臂分别为a，b，c相开关桥臂，该三电平电路用于将一直流电压转换为三相交流电压，该电容桥臂包含了串联连接的上电容和下电容，每个该开关桥臂包含了至少四个开关器件以输出正电平或零电平或负电平，其特征在于，包括如下步骤：
步骤11，得到第一中点电压，以表征该上电容和该下电容的电压差；
步骤12，通过x相的待调制参考电压和该直流电压，获得该x相开关桥臂零电平占空比的第一取值区间，x表示该三电平电路包含的该a，b，c相开关桥臂之一，并在该第一取值区间内预先设定该x相开关桥臂零电平占空比的一第一给定值；包括：步骤121，通过
Figure FDA0002752018510000011
得到该x相开关桥臂零电平占空比的该第一取值区间的最大值dxomax，uxref为该x相的该待调制参考电压，ud为该直流电压；在该第一取值区间(0,dxomax]内预先设定该x相零电平占空比的该第一给定值；
步骤13，当该第一中点电压的绝对值大于第一阈值时，调节该第一给定值，调节后的该第一给定值位于该第一取值区间内，且根据调节后的该第一给定值分配用于该x相开关桥臂正电平占空比的第二给定值和用于该x相开关桥臂负电平占空比的第三给定值，并根据调节后的该第一给定值、该第二给定值和该第三给定值调制该x相开关桥臂的该些开关器件，以使得该第一中点电压的绝对值小于该第一阈值。
2.如权利要求1所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其特征在于，步骤12还包括：
步骤122，将该第一给定值预先设定为该x相该第一取值区间的最大值dxomax。
3.如权利要求1所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其特征在于，该三电平电路输出该三相交流电压于一负载，步骤13还包括：
步骤131，根据该第一中点电压，当判断得到该上电容的电压大于该下电容的电压时：当x相的电流从该三电平电路流向该负载时，则减小该x相的零电平占空比的该第一给定值，当该x相的电流从该负载流向该三电平电路时，则增大该x相的零电平占空比的该第一给定值；或者
根据该第一中点电压，当判断得到该上电容的电压小于该下电容的电压时：当x相的电流从该三电平电路流向该负载时，则增大该x相的零电平占空比的该第一给定值，当该x相的电流从该负载流向该三电平电路时，则减小该x相的零电平占空比的该第一给定值。
4.如权利要求1所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其特征在于，步骤13还包括：
步骤132，通过下列公式调节该第一给定值dxo：
Figure FDA0002752018510000021
其中，kp为比例控制参数，uo为该第一中点电压，ix为该x相的输出电流，uth为该第一阈值，uxref为该x相的该待调制参考电压，ud为该直流电压。
5.如权利要求1所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其特征在于，步骤13还包括：
步骤133，当调节后的该第一给定值为dxo时，分配用于该x相开关桥臂正电平占空比的该第二给定值dxp和用于该x相开关桥臂负电平占空比的该第三给定值dxn为：
Figure FDA0002752018510000022
其中，uxref为该x相的该待调制参考电压，ud为该直流电压。
6.如权利要求1所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其特征在于，该x相开关桥臂的该第一给定值、该第二给定值和该第三给定值在至少一个开关周期内均不等于零，以使得该x相开关桥臂输出电压在至少一个开关周期内含有正电平、负电平、零电平三种电平。
7.如权利要求1所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其特征在于，该三电平电路的该a，b，c相开关桥臂中的至少两相开关桥臂的输出电压在至少一个开关周期内均含有正电平、负电平、零电平三种电平。
8.如权利要求1所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其特征在于，当该a，b，c三相的待调制参考电压不同时，该a，b，c三相零电平的占空比不同。
9.如权利要求1所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其特征在于，当该三电平电路用于三相三线制电气系统时，所述方法还包括：
步骤14，当该第一中点电压的绝对值小于一第二阈值时，注入零序电压，其中，该第二阈值小于或等于该第一阈值。
10.一种三电平电路，其中该三电平电路包含一电容桥臂和三个与该电容桥臂电性连接的开关桥臂，该三个开关桥臂分别为a，b，c相开关桥臂，该三电平电路用于将一直流电压转换为三相交流电压，该电容桥臂包含了串联连接的上电容和下电容，每个该开关桥臂包含了至少四个开关器件以输出正电平或零电平或负电平，其特征在于，该三电平电路采用如权利要求1-9任一项所述的三电平电路中点电压平衡控制方法。
11.如权利要求10所述的三电平电路，其特征在于，该电容桥臂包含第一直流输入端、中点电平端、第二直流输入端，该上电容的第一端和该第一直流输入端电性连接，该上电容的第二端和该中点电平端电性连接，该下电容的第一端和该中点电平端电性连接，该下电容的第二端和该第二直流输入端电性连接；
该a，b，c相开关桥臂的任一相开关桥臂均包含：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件，以及第一二极管、第二二极管；该第一开关器件的第一端电性连接该上电容的第一端，该第一开关器件的第二端电性连接该第二开关器件的第一端，该第二开关器件的第二端电性连接该第三开关器件的第一端，该第三开关器件的第二端电性连接该第四开关器件的第一端，该第四开关器件的第二端电性连接该下电容的第二端；该第一二极管的阳极和该第二二极管的阴极电性连接且电性连接于该中点电平端，该第一二极管的阴极电性连接该第一开关器件的第二端，该第二二极管的阳极电性连接于该第三开关器件的第二端。
12.如权利要求10所述的三电平电路，其特征在于，该电容桥臂包含第一直流输入端、中点电平端、第二直流输入端，该上电容的第一端和该第一直流输入端电性连接，该上电容的第二端和该中点电平端电性连接，该下电容的第一端和该中点电平端电性连接，该下电容的第二端和该第二直流输入端电性连接；
该a，b，c相开关桥臂的任一相开关桥臂均包含：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件；该第一开关器件的第一端电性连接该上电容的第一端，该第一开关器件的第二端电性连接该第四开关器件的第一端和该第三开关器件的第二端，该第二开关器件的第一端电性连接该第三开关器件的第一端，该第二开关器件的第二端电性连接该中点电平端，该第四开关器件的第二端电性连接该下电容的第二端。
13.如权利要求10所述的三电平电路，其特征在于，该电容桥臂包含第一直流输入端、中点电平端、第二直流输入端，该上电容的第一端和该第一直流输入端电性连接，该上电容的第二端和该中点电平端电性连接，该下电容的第一端和该中点电平端电性连接，该下电容的第二端和该第二直流输入端电性连接；
该a，b，c相开关桥臂的任一相开关桥臂均包含：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件；该第一开关器件的第一端电性连接该上电容的第一端，该第一开关器件的第二端电性连接该第二开关器件的第一端和该第五开关器件的第一端，该第二开关器件的第二端电性连接该第三开关器件的第一端，该第三开关器件的第二端电性连接该第四开关器件的第一端和该第六开关器件的第二端，该第四开关器件的第二端电性连接该下电容的第二端，该第五开关器件的第二端电性连接该第六开关器件的第一端和该中点电平端。
14.如权利要求10所述的三电平电路，其特征在于，该三电平电路用于三相四线制电气系统。
15.如权利要求10所述的三电平电路，其特征在于，该三电平电路电性连接一LC滤波器，该LC滤波器包含星型连接的至少三个滤波电容，该些滤波电容的连接中点电性连接至该三电平电路上电容和下电容的连接点。
16.如权利要求10所述的三电平电路，其特征在于，该三电平电路还包括与该电容桥臂电性连接的第四开关桥臂，该第四开关桥臂和该a，b，c相开关桥臂具有相同的拓扑。
17.一种三电平电路中点电压平衡控制方法，用于中点钳位型三电平电路，其中该三电平电路包含一电容桥臂和三个与该电容桥臂电性连接的开关桥臂，该三个开关桥臂分别为a，b，c相开关桥臂，该三电平电路用于将一直流电压转换为三相交流电压，该电容桥臂包含了串联连接的上电容和下电容，每个该开关桥臂包含了至少四个开关器件以输出正电平或零电平或负电平，其特征在于，包括如下步骤：
步骤21，得到第一中点电压，以表征该上电容和该下电容的电压差；
步骤22，调节x相开关桥臂零电平占空比的一第一给定值，且在同一开关周期内，当该a，b，c三相的待调制参考电压不同时，使得该a，b，c三相零电平的占空比不同，其中，x表示该三电平电路包含的该a，b，c相开关桥臂之一；包括：步骤221，通过
Figure FDA0002752018510000051
得到该x相该零电平占空比可调范围的最大值dxomax，uxref为该x相的待调制参考电压，ud为该直流电压；在取值区间(0,dxomax]内预先设定该x相零电平占空比的该第一给定值；且调节后的该第一给定值仍位于该取值区间内；
步骤23，根据该第一给定值分配用于该x相开关桥臂正电平占空比的第二给定值和用于该x相开关桥臂负电平占空比的第三给定值，并根据该第一给定值、该第二给定值和该第三给定值调制该x相开关桥臂的该开关器件，以使得该x相开关桥臂的输出电压在至少一个开关周期内含有正，负，零三种电平，以使得该第一中点电压的绝对值小于第一阈值。
18.如权利要求17所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其特征在于，步骤221所述的在该取值区间内预先设定该x相零电平占空比的该第一给定值，具体包括：
步骤222，将该x相的该第一给定值预先设定为该取值区间的最大值dxomax。
19.如权利要求17所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其特征在于，该三电平电路输出该三相交流电压于一负载，步骤22还包括：
步骤223，根据该第一中点电压，当判断得到该上电容的电压大于该下电容的电压时：当x相的电流从该三电平电路流向该负载时，则减小该x相的零电平占空比的该第一给定值，当该x相的电流从该负载流向该三电平电路时，则增大该x相的零电平占空比的该第一给定值；或者
根据该第一中点电压，当判断得到该上电容的电压小于该下电容的电压时：当x相的电流从该三电平电路流向该负载时，则增大该x相的零电平占空比的该第一给定值，当该x相的电流从该负载流向该三电平电路时，则减小该x相的零电平占空比的该第一给定值。
20.如权利要求17所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其特征在于，步骤23所述的根据该第一给定值分配用于该x相开关桥臂正电平占空比的该第二给定值和用于该x相开关桥臂负电平占空比的该第三给定值，具体包括如下步骤：
步骤231，当该第一给定值为dxo时，分配用于该x相开关桥臂正电平占空比的该第二给定值dxp和用于该x相开关桥臂负电平占空比的该第三给定值dxn为：
Figure FDA0002752018510000061
其中，uxref为该x相的该待调制参考电压，ud为该直流电压。
21.如权利要求17所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其特征在于，该三电平电路的该a，b，c相开关桥臂中的至少两相开关桥臂的输出电压在至少一个开关周期内均含有正电平、负电平、零电平三种电平。
22.如权利要求17所述的三电平电路中点电压平衡控制方法，其特征在于，当该三电平电路用于三相三线制电气系统时，所述方法还包括：
步骤24，当该第一中点电压的绝对值小于一第二阈值时，注入零序电压，其中，该第二阈值小于该第一阈值。
23.一种三电平电路，其中该三电平电路包含一电容桥臂和三个与该电容桥臂电性连接的开关桥臂，该三个开关桥臂分别为a，b，c相开关桥臂，该三电平电路用于将一直流电压转换为三相交流电压，该电容桥臂包含了串联连接的上电容和下电容，每个该开关桥臂包含了至少四个开关器件以输出正电平或零电平或负电平，其特征在于，该三电平电路采用如权利要求17-22任一项所述的三电平电路中点电压平衡控制方法。
24.如权利要求23所述的三电平电路，其特征在于，该电容桥臂包含第一直流输入端、中点电平端、第二直流输入端，该上电容的第一端和该第一直流输入端电性连接，该上电容的第二端和该中点电平端电性连接，该下电容的第一端和该中点电平端电性连接，该下电容的第二端和该第二直流输入端电性连接；
该a，b，c相开关桥臂的任一相开关桥臂均包含：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件，以及第一二极管、第二二极管；该第一开关器件的第一端电性连接该上电容的第一端，该第一开关器件的第二端电性连接该第二开关器件的第一端，该第二开关器件的第二端电性连接该第三开关器件的第一端，该第三开关器件的第二端电性连接该第四开关器件的第一端，该第四开关器件的第二端电性连接该下电容的第二端；该第一二极管的阳极和该第二二极管的阴极电性连接且电性连接于该中点电平端，该第一二极管的阴极电性连接该第一开关器件的第二端，该第二二极管的阳极电性连接于该第三开关器件的第二端。
25.如权利要求23所述的三电平电路，其特征在于，该电容桥臂包含第一直流输入端、中点电平端、第二直流输入端，该上电容的第一端和该第一直流输入端电性连接，该上电容的第二端和该中点电平端电性连接，该下电容的第一端和该中点电平端电性连接，该下电容的第二端和该第二直流输入端电性连接；
该a，b，c相开关桥臂的任一相开关桥臂均包含：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件；该第一开关器件的第一端电性连接该上电容的第一端，该第一开关器件的第二端电性连接该第四开关器件的第一端和该第三开关器件的第二端，该第二开关器件的第一端电性连接该第三开关器件的第一端，该第二开关器件的第二端电性连接该中点电平端，该第四开关器件的第二端电性连接该下电容的第二端。
26.如权利要求23所述的三电平电路，其特征在于，该电容桥臂包含第一直流输入端、中点电平端、第二直流输入端，该上电容的第一端和该第一直流输入端电性连接，该上电容的第二端和该中点电平端电性连接，该下电容的第一端和该中点电平端电性连接，该下电容的第二端和该第二直流输入端电性连接；
该a，b，c相开关桥臂的任一相开关桥臂均包含：第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件；该第一开关器件的第一端电性连接该上电容的第一端，该第一开关器件的第二端电性连接该第二开关器件的第一端和该第五开关器件的第一端，该第二开关器件的第二端电性连接该第三开关器件的第一端，该第三开关器件的第二端电性连接该第四开关器件的第一端和该第六开关器件的第二端，该第四开关器件的第二端电性连接该下电容的第二端，该第五开关器件的第二端电性连接该第六开关器件的第一端和该中点电平端。
27.如权利要求23所述的三电平电路，其特征在于，该三电平电路用于三相四线制电气系统。
28.如权利要求23所述的三电平电路，其特征在于，该三电平电路连接一LC滤波器，该LC滤波器包含星型连接的至少三个滤波电容，该些滤波电容的连接中点电性连接至该三电平电路上电容和下电容的连接点。
29.如权利要求23所述的三电平电路，其特征在于，该三电平电路还包括与该电容桥臂电性连接的第四开关桥臂，该第四开关桥臂和该a，b，c相开关桥臂具有相同的拓扑。
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