CN111049464A - 一种变流控制装置、电机及其变流控制方法 - Google Patents

一种变流控制装置、电机及其变流控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变流控制装置、电机及其变流控制方法，该装置包括：变流单元和控制单元；其中，变流单元，用于对单相交流电进行变流处理后，输出三相交流电至电机；其中，变流处理，包括：整流处理、滤波处理和逆变处理；控制单元，用于获取变流单元的变流参数、以及电机的运行参数，并根据变流参数和运行参数，对变流单元进行移相调制和环流分层控制，实现变流单元与电机之间的分层闭环控制。本发明的方案，可以解决采用两电平逆变的拓扑方式使得输出波形谐波含量高的问题，达到降低输出波形的谐波含量的效果。

Description

一种变流控制装置、电机及其变流控制方法
技术领域
本发明属于变流技术领域，具体涉及一种变流控制装置、电机及其变流控制方法，尤其涉及一种模块化的新型变流控制电机系统、电机及其变流控制方法。
背景技术
随着数字化技术与能源转换效率的发展，新型电力电子技术在当代电能技术领域有着广泛的应用。一些家用电器和民用逆变器多采用两电平逆变的拓扑方式，功率器件元件耗电量大，同时输出波形谐波含量高。在部分产品中，严重影响能耗和产品使用性能，需要用到更多的滤波元件。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种变流控制装置、电机及其变流控制方法，以解决采用两电平逆变的拓扑方式使得输出波形谐波含量高的问题，达到降低输出波形的谐波含量的效果。
本发明提供一种变流控制装置，包括：变流单元和控制单元；其中，变流单元，用于对单相交流电进行变流处理后，输出三相交流电至电机；其中，变流处理，包括：整流处理、滤波处理和逆变处理；控制单元，用于获取变流单元的变流参数、以及电机的运行参数，并根据变流参数和运行参数，对变流单元进行移相调制和环流分层控制，实现变流单元与电机之间的分层闭环控制。
可选地，变流单元，包括：模块化单相整流模块、滤波模块和模块化三相逆变模块；其中，模块化单相整流模块，用于对单相交流电进行整流处理后，输出直流母线电压；滤波模块，用于对单相交流电经整流处理后的直流母线电压进行滤波处理，以得到滤波处理后的直流母线电压；模块化三相逆变模块，用于对滤波处理后的直流母线电压进行逆变处理，输出三相交流电，具体可以是输出三相交流电压。
可选地，模块化单相整流模块，包括：升压模块、单相整流上桥臂和单相整流下桥臂；其中，升压模块，设置在单相整流上桥臂和单相整流下桥臂之间，用于对单相交流电进行升压处理后，再分别传输至单相整流上桥臂和单相整流下桥臂进行整流处理；单相整流上桥臂和/或单相整流下桥臂中的每个桥臂，包括：单相整流子模块；单相整流子模块的数量为第一设定值，第一设定值个单相整流子模块之间级联设置；每个单相整流子模块，包括：单相全桥整流子模块和/或单相半桥整流子模块。
可选地，模块化三相逆变模块，包括：降压模块、三相逆变上桥臂和三相逆变下桥臂；其中，降压模块，设置在三相逆变上桥臂和三相逆变下桥臂之间，用于对经三相逆变上桥臂和三相逆变下桥臂逆变处理后的三相交流电，进行降压处理后再输出至电机；三相逆变上桥臂和三相逆变下桥臂中的每个桥臂，包括：三相逆变子模块；三相逆变子模块的数量为第二设定值，第二设定值个三相逆变子模块之间级联设置；每个三相逆变子模块，包括：三相全桥逆变子模块和/或三相半桥逆变子模块。
可选地，还包括：保护单元；保护单元，用于对市电零火地线进行滤波处理后，形成单相交流电。
可选地，控制单元，包括：移相调制模块；移相调制模块，用于利用两个独立的锯齿波，采用移相调制技术和环流分层控制方式，分别对变流单元中的整流处理侧和逆变处理侧输出脉冲信号，以通过脉冲信号驱动变流单元中的整流处理侧和逆变处理侧。
可选地，控制单元，还包括：整流侧采样模块；整流侧采样模块，用于采集变流单元中的整流处理侧的直流母线信号、每个桥臂的桥臂电压、和/或每个单相整流子模块的电容电压；移相调制模块，还用于根据整流处理侧的直流母线信号、每个桥臂的桥臂电压、和/或每个单相整流子模块的电容电压，基于锯齿载波移相调制技术，对变流单元中的整流处理侧的脉冲信号进行调节，实现对整流处理侧的直流母线信号、每个桥臂的桥臂电压、和/或每个单相整流子模块的电容电压的均衡控制。
可选地，控制单元，还包括：逆变侧采样模块；逆变侧采样模块，用于采集变流单元中的逆变处理侧的三相电信号、每个桥臂的桥臂内环电流、和/或每个三相逆变子模块的电容电压；移相调制模块，还用于根据逆变处理侧的三相电信号、每个桥臂的桥臂内环电流、和/或每个三相逆变子模块的电容电压，对变流单元中的逆变处理侧的脉冲信号进行调节，实现对逆变处理侧的三相电信号的外环控制和相间平衡、每个桥臂的桥臂内环电流抑制、和/或每个三相逆变子模块的电容电压均衡的分层控制。
可选地，控制单元，还包括：负载侧采样模块；负载侧采样模块，用于采集变流单元的输出侧电机的三相电流、转子位置、和/或转子速度；移相调制模块，还用于根据电机的三相电流、转子位置、和/或转子速度，对变流单元中的整流处理侧和/或逆变处理侧的脉冲信号进行调节，实现对变流单元的输出侧电机的闭环变频控制。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种电机，包括：以上所述的变流控制装置。
与上述电机相匹配，本发明再一方面提供一种电机的变流控制方法，包括：通过变流单元，对单相交流电进行变流处理后，输出三相交流电至电机；其中，变流处理，包括：整流处理、滤波处理和逆变处理；通过控制单元，获取变流单元的变流参数、以及电机的运行参数，并根据变流参数和运行参数，对变流单元进行移相调制和环流分层控制，实现变流单元与电机之间的分层闭环控制。
可选地，通过变流单元，对单相交流电进行变流处理，包括：通过模块化单相整流模块，对单相交流电进行整流处理后，输出直流母线电压；通过滤波模块，对单相交流电经整流处理后的直流母线电压进行滤波处理，以得到滤波处理后的直流母线电压；通过模块化三相逆变模块，对滤波处理后的直流母线电压进行逆变处理，输出三相交流电，具体可以是输出三相交流电压。
可选地，还包括：通过保护单元，用于对市电零火地线进行滤波处理后，形成单相交流电。
可选地，通过控制单元对变流单元进行移相调制和环流分层控制，包括：通过移相调制模块，利用两个独立的锯齿波，采用移相调制技术和环流分层控制方式，分别对变流单元中的整流处理侧和逆变处理侧输出脉冲信号，以通过脉冲信号驱动变流单元中的整流处理侧和逆变处理侧。
可选地，通过控制单元对变流单元进行移相调制和环流分层控制，还包括：通过整流侧采样模块，采集变流单元中的整流处理侧的直流母线信号、每个桥臂的桥臂电压、和/或每个单相整流子模块的电容电压；通过移相调制模块，还根据整流处理侧的直流母线信号、每个桥臂的桥臂电压、和/或每个单相整流子模块的电容电压，基于锯齿载波移相调制技术，对变流单元中的整流处理侧的脉冲信号进行调节，实现对整流处理侧的直流母线信号、每个桥臂的桥臂电压、和/或每个单相整流子模块的电容电压的均衡控制。
可选地，通过控制单元对变流单元进行移相调制和环流分层控制，还包括：通过逆变侧采样模块，采集变流单元中的逆变处理侧的三相电信号、每个桥臂的桥臂内环电流、和/或每个三相逆变子模块的电容电压；通过移相调制模块，还根据逆变处理侧的三相电信号、每个桥臂的桥臂内环电流、和/或每个三相逆变子模块的电容电压，对变流单元中的逆变处理侧的脉冲信号进行调节，实现对逆变处理侧的三相电信号的外环控制和相间平衡、每个桥臂的桥臂内环电流抑制、和/或每个三相逆变子模块的电容电压均衡的分层控制。
可选地，通过控制单元对变流单元进行移相调制和环流分层控制，还包括：通过负载侧采样模块，采集变流单元的输出侧电机的三相电流、转子位置、和/或转子速度；通过移相调制模块，还根据电机的三相电流、转子位置、和/或转子速度，对变流单元中的整流处理侧和/或逆变处理侧的脉冲信号进行调节，实现对变流单元的输出侧电机的闭环变频控制。
本发明的方案，通过采用子模块单相全桥整流电路和三相半桥逆变级联电路的拓扑结构，通过锯齿波移相调制和均压环流控制理论，保障了变流器电路各相和各个子模块的能量转换均衡，解决采用两电平逆变的拓扑方式功率器件元件耗电量大的问题，达到减小功率器件元件耗电量的效果；进一步解决了子模块功率损耗分布不均衡的问题，有利于减少功率元器件的耗电量。
进一步，本发明的方案，通过采用子模块单相全桥整流电路和三相半桥逆变级联电路的拓扑结构，通过锯齿波移相调制和均压环流控制理论，最终输出的三相交流电压相对于两电平IGBT触发驱动，谐波含量较少，可以实现电机的平稳控制运行；从而优化逆变输出的电压波形高次谐波含量较多问题，使得电机的控制效果显著。
进一步，本发明的方案，通过采用两个独立的锯齿载波移相技术，基于模块化环流抑制分层平衡控制和RFOC闭环控制原理，建立内外多层控制环路分别控制整流侧母线电压和逆变侧三相变频电压输出，实现同步压缩电机变频驱动控制，降低了功率器件IGBT的能量损耗，且输出三相电压谐波含量明显降低。
由此，本发明的方案，通过采用单相全桥整流模块侧与三相半桥逆变模块侧形成的模块化级联变流拓扑结构，输入单相交流电，输出三相交流电压，解决采用两电平逆变的拓扑方式使得输出波形谐波含量高的问题，达到降低输出波形的谐波含量的效果。
其中，单相全桥整流模块侧与三相半桥逆变模块侧形成的模块化级联变流拓扑结构，为柔性变流级联拓扑结构，可以灵活实现电机功率的变频调制输出。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的变流控制装置的一实施例的结构示意图；
图2为变流空调压缩机的一实施例的控制系统原理示意图；
图3为变流器整流与逆变侧的单个模块的一实施例的结构示意图；
图4为变流器整流与逆变侧的单个模块的另一实施例的结构示意图；
图5为相间桥臂模块为6时，多电平级联变流器的一实施例的拓扑结构示意图；其中，(a)为多电平级联变流器的第一部分的结构示意图，(b)为多电平级联变流器的第二部分的结构示意图，(c)为多电平级联变流器的第三部分的结构示意图，(d)为多电平级联变流器的第四部分的结构示意图；
图6为级联变流器拓扑整体驱动控制系统的一实施例的结构示意图，其中，(a)为整体结构示意图，(b)为锯齿载波移相调制模块的结构示意图；
图7为驱动系统模块分层控制的一实施例的结构示意图；其中，(a)为电容电压分层平衡控制的结构示意图，(b)为相平衡控制环的结构示意图，(c)为上下桥臂平衡控制环的结构示意图，(d)为环流抑制控制环的结构示意图，(e)为MMC子模块能量平衡控制环的结构示意图；
图8为模块化变流逆变侧与整流侧控制策略环路的一实施例的结构示意图，其中，(a)为同步电机的RFOC模块化变流逆变控制的结构示意图，(b)为整流侧PI控制的结构示意图，(c)为整流侧闭环均衡控制的结构示意图；
图9为本发明的变流控制方法的一实施例的流程示意图；
图10为本发明的方法中对单相交流电进行变流处理的一实施例的流程示意图；
图11为本发明的方法中根据整流侧控制变流单元的脉冲信号的一实施例的流程示意图；
图12为本发明的方法中根据逆变侧控制变流单元的脉冲信号的一实施例的流程示意图；
图13为本发明的方法中根据负载侧控制变流单元的脉冲信号的一实施例的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种变流控制装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该变流控制装置可以包括：变流单元如级联变流模块和控制单元。变流单元和控制单元，可以依次设置在交流电源与用电设备如电机之间。
具体地，变流单元，为模块化单相-三相级联变流拓扑，可以用于对单相交流电进行变流处理后，输出三相交流电压至用电设备。其中，模块化单相-三相级联变流拓扑，为柔性变流级联拓扑结构，可以灵活实现电机功率的变频调制输出。用电设备，可以包括：电机如空调压缩机。其中，变流处理，可以包括：整流处理、滤波处理和逆变处理。
在一个可选例子中，变流单元，可以包括：模块化单相整流模块、滤波模块和模块化三相逆变模块。模块化单相整流模块，如单相模块化全桥整流电路。滤波模块，如LC滤波电路。模块化三相逆变模块，如三相模块化半桥逆变电路。模块化单相整流模块的输出端和模块化三相逆变模块的输入端连接，滤波模块设置在模块化单相整流模块和模块化三相逆变模块之间。
具体地，模块化单相整流模块，可以用于对单相交流电如单相AC进行整流处理后，输出直流母线电压。
具体地，滤波模块，可以用于对单相交流电经整流处理后的直流母线电压进行滤波处理，以得到滤波处理后的直流母线电压。
具体地，模块化三相逆变模块，可以用于对滤波处理后的直流母线电压进行逆变处理，输出三相交流电，具体可以是输出三相交流电压，能够作为电机如压缩机的驱动电压。
例如：对压缩机驱动电路采用模块化变流器的逆变拓扑结构，降低了单个功率器件的开断时间，降低了功率器件IGBT的能量损耗。其中，整流侧直流母线稳态输出纹波平滑，逆变侧输出可以作用于同步电机控制，可以满足在不同母线电压，输出功率和转速条件下的需求，其调速范围更加灵活。
例如：该系统的级联变换模块采用单相全桥整流和三相半桥逆变，部分均采用IGBT模块化级联。中间采用LC滤波电路链接，保证输出直流母线DC波动更小，该部分可以实现谐波较小和功率因数较高的三相变流输出。其中，单相交流电输出后进入新型变流控制系统，该系统为模块化单相全桥整流与三相全桥逆变的拓扑结构，AC端首先经过模块化整流电路。
由此，通过模块化单相整流模块、滤波模块和模块化三相逆变模块对单相交流电进行变流处理，采用模块化的模块化单相整流模块和模块化三相逆变模块，由于降低了单个功率器件的开断时间从而可以降低功率器件的能量损耗。整流侧直流母线稳态输出纹波平滑，使得逆变侧输出三相交流电压谐波含量少，实现优化逆变输出的电压波形，有利于实现对用电设备如电机的平稳控制运行。
可选地，模块化单相整流模块，可以包括：升压模块(如整流侧电感)、单相整流上桥臂和单相整流下桥臂。
具体地，升压模块，设置在单相整流上桥臂和单相整流下桥臂之间，可以用于对单相交流电进行升压处理后，再分别传输至单相整流上桥臂和单相整流下桥臂进行整流处理。
具体地，单相整流上桥臂和/或单相整流下桥臂中的每个桥臂，可以包括：单相整流子模块。单相整流子模块的数量为第一设定值，第一设定值个单相整流子模块之间级联设置。每个单相整流子模块，可以包括：单相全桥整流子模块和/或单相半桥整流子模块，当然，可以优选为单相全桥整流子模块。
例如：对于整流侧电路，采用单相全桥的模块化多电平换流器技术(即MMC)拓扑结构。市电零火地线经过强电滤波后形成的干净可靠的单相交流电，经上下桥臂后模块化整流形成可调节的直流母线电压，更符合实际的产品设计，级联IGBT元器件拓扑使整流侧输出和控制更为灵活。同时该部分代替PFC电路，可以实现功率因数校正。其中，输出三相电压谐波含量明显降低，滤波器件容量降低，控制器降成本效果显著。
例如：采用N个IGBT两两串联后再并联的模块化全桥拓扑子电路，交流信号每相分为上下两个桥臂，每个桥臂可以采用N个全桥拓扑子模块。桥臂子模块中IGBT的数量为4，桥臂子模块(SM)的数量为3。其中，在整流侧，AC电源滤波后通过电感升压传递能量，然后整流侧全桥子模块开断整流，输出的电压经子电容储能滤波，最终叠加输出纹波较小的直流母线电压Udc。整流侧全桥模块的桥臂子模块为4个IGBT级联拓扑，该方案输出纹波低，同时起到功率因数校正的作用，代替一些控制器中的PFC结构。
由此，通过升压模块、单相整流上桥臂和单相整流下桥臂构成模块化单相整流模块，实现对单相交流电的升压和整流处理，可以使整流侧直流母线稳态输出纹波平滑，有利于减少最终经逆变输出的三相交流电压的谐波含量。
可选地，模块化三相逆变模块，可以包括：降压模块(如逆变侧电感)、三相逆变上桥臂和三相逆变下桥臂。
具体地，降压模块，设置在三相逆变上桥臂和三相逆变下桥臂之间，可以用于对经三相逆变上桥臂和三相逆变下桥臂逆变处理后的三相交流电，进行降压处理后再输出至电机。
例如：逆变侧上下桥臂各串联一个电感(Ls)，可以用于降压，电压信号经过电感输出可以作用于三相同步压缩电机。
具体地，三相逆变上桥臂和三相逆变下桥臂中的每个桥臂，可以包括：三相逆变子模块。三相逆变子模块的数量为第二设定值，第二设定值个三相逆变子模块之间级联设置。每个三相逆变子模块，可以包括：三相全桥逆变子模块和/或三相半桥逆变子模块，当然，可以优选为三相半桥逆变子模块。
例如：级联半桥IGBT模块逆变拓扑，采用内外双环路控制，使控制输出更为灵活，可以满足同步电机在不同输出功率或转速条件下的运行。
例如：在逆变侧，直流母线电压Udc作为逆变输入侧，由于其来自模块化多电平整流，所以输出范围较为灵活。直流母线电压Udc经过模块化逆变拓扑变为控制电机的三相交流电UA、UB、UC。模块化半桥逆变拓扑的子模块采用N个IGBT两两串联再级联的拓扑结构，N为自然数。
如子模块中IGBT的数量为2，其中子模块电容电压为Uc_j，IGBT开关电压为Vx。同时，三相输出来自三个逆变桥臂，同整流侧一样，该部分每相的桥臂可以采用N个半桥子模块拓扑，在本发明的方案中桥臂子模块(SM)的数量可以为3。
由此，通过降压模块、三相逆变上桥臂和三相逆变下桥臂构成模块化三相逆变模块，实现对单相交流电的升压和整流处理所得直流母线电压的三相逆变，可以输出谐波含量少的三相交流电压，有利于驱动电机平稳运行。
可见，优选可以采用的是单相全桥整流-三相半桥逆变的变流拓扑，同时引入电机系统的磁通矢量和功率等控制环路，非固频，更符合同步压缩电机实际调速控制。更具体地，整流侧为交流电压源，电机系统采用RFOC和功率调速控制回路的方式调速。
这样，采用一种新型的模块化级联变流拓扑结构，分为单相全桥整流模块侧与三相半桥逆变模块侧，输入单相交流电，输出三相交流电压，两部分均为模块化信号分层控制。通过模块化单相整流模块和模块化三相逆变模块，可以形成模块化单相全桥整流+模块化半桥逆变级联拓扑结构，桥臂子模块数量可以根据使用需求灵活设置如可以设置为3，输出负载为三相同步电机。输入侧电压为：强电滤波后，整流侧单相AC输入。载波控制方式为：锯齿波载波移相+转子磁链定向控制(即RFOC控制)。
其中，第一设定值和第二设定值可以相同，也可以不同。也就是说每个桥臂中子模块的数量可以根据使用需求灵活设置。如整流与逆变模块的上下桥臂子模块数量均为3个。整流逆变均为模块化多电平拓扑，整流为单相全桥拓扑，逆变为三相半桥拓扑，每相的上下桥臂采用3个子模块串联(N＝3)。
例如：可以适可以用于不同等级的三相功率输出系统，但在大功率系统如兆瓦级系统中，所需要的子模块数量较大。较多的子模块可以有效的抑制高次谐波，保护系统，更适合应用在电力系统中。
又如：也可以适可以用于不同功率的同步电机驱动电路，如通过转子磁链定向控制(RFOC)和载波移相PWM脉冲调制，可以实现同步压缩机的变频调速闭环控制。可以强化空调系列产品在变频驱动方面的优势，增强产品的性能质量和电能利用率，由于子模块功率均衡，可以大大延长我司产品的使用寿命。
具体地，控制单元，可以用于获取变流单元的变流参数、以及电机的运行参数，并根据变流参数和运行参数，对变流单元进行移相调制和环流分层控制，实现变流单元与电机之间的分层闭环控制。
例如：模块化单相全桥整流和多电平半桥三相逆变的级联变流拓扑控制系统，采用两个独立的锯齿载波移相技术，基于模块化环流抑制分层平衡控制和RFOC闭环控制原理，建立内外多层控制环路分别控制整流侧母线电压和逆变侧三相变频电压输出，实现同步压缩电机变频驱动控制。
如针对家用空调领域的中低功率压缩机，提出了一种新型变流器结构控制的单缸压缩机变流控制系统设计方案。以空调压缩机控制电路为基础，采用子模块单相全桥整流电路和三相半桥逆变级联电路的拓扑结构，通过锯齿波移相调制和均压环流控制理论，保障了变流器电路各相和各个子模块的能量转换均衡。最终输出的三相交流电压相对于两电平IGBT触发驱动，谐波含量较少，可以实现电机的平稳控制运行。从而，不仅解决了子模块功率损耗分布不均衡的问题，还优化逆变输出的电压波形高次谐波含量较多问题，电机的控制效果显著。
由此，通过变流单元和控制单元，基于单相交流点进行变流处理，并对变流单元进行移相调制和环流控制，可以解决采用两电平逆变的拓扑方式功率器件元件耗电量大的问题，即解决子模块功率损耗分布不均衡的问题，降低功率器件元件的耗电量；还可以优化逆变输出的电压波形高次谐波含量较多问题，减小谐波含量，有利于实现对用电设备如电机的平稳控制运行。
在一个可选例子中，控制单元，可以包括：移相调制模块，如锯齿波移相调制模块，可以分别与变流单元中的单相模块化全桥整流电路和三相模块化半桥逆变电路连接。
具体地，移相调制模块，可以用于利用两个独立的锯齿波，采用移相调制技术和环流分层控制方式，分别对变流单元中的整流处理侧和逆变处理侧输出脉冲信号，如分别对变流单元中的模块化单相整流模块和模块化三相逆变模块输出脉冲信号，优选可以是PWM脉冲信号，以通过脉冲信号驱动变流单元中的整流处理侧和逆变处理侧。
例如：通过DSP处理器或硬件模拟电路的方式产生两个独立作用的锯齿波，采用移相调制技术和环流分层控制方式，分别对单相整流桥臂和三相模块化逆变桥臂的各子模块输出PWM脉冲信号。
例如：该调制系统采用两个独立的控制环路分别对整流侧和逆变侧多路输出，全桥与半桥结合的PWM方式使系统控制更为灵活。系统整体控制方式可以分为整流侧直流模块化控制和逆变侧电机变频驱动控制。两者均采用锯齿载波移相调制技术和分层环流均衡控制，不同点在于整流侧以DC母线电压为输出参考信号，逆变侧以实际变频转速或PQ控制为参考点闭环控制。
由此，通过移相调制模块，基于两个独立的锯齿波经移相调制技术和环流分层控制方式，分别对整流处理侧和逆变处理侧输出脉冲信号，可以实现对整流处理侧和逆变处理侧的单独驱动，驱动的可靠性可以得到保证。
可选地，控制单元，还可以包括：整流侧采样模块，如整流侧交直流电压电流采样模块、子模块电容电压采样模块等。其中，控制单元对变流单元进行移相调制和环流分层控制，还可以包括：根据整流侧控制变流单元的脉冲信号的过程。
具体地，整流侧采样模块，可以用于采集变流单元中的整流处理侧的直流母线信号、每个桥臂的桥臂电压(即单相整流上桥臂和/或单相整流下桥臂中的每个桥臂的桥臂电压)、和/或每个单相整流子模块(即每个桥臂中单相整流子模块)的电容电压。其中，直流母线信号可以包括直流母线电压、直流母线电流等。
具体地，移相调制模块，还可以用于以整流侧输出的直流母线电压为参考的单相闭环控制回路，根据整流处理侧的直流母线信号、每个桥臂的桥臂电压、和/或每个单相整流子模块的电容电压，基于锯齿载波移相调制技术，对变流单元中的整流处理侧的脉冲信号进行调节，实现对整流处理侧的直流母线信号、每个桥臂的桥臂电压、和/或每个单相整流子模块的电容电压的均衡控制。
例如：整流侧采用以输出直流母线电压为参考的单相闭环控制回路，基于锯齿载波移相调制技术，分别对直流母线电压、电流，桥臂电压，子模块电容电压均衡控制，实现在恒定交流电下的不同等级的直流母线电压输出。
例如：整流开关器件拓扑采用了锯齿载波移相调制技术作为PWM调制信号，在220VAC电压的作用下，分别检测相间能量均衡、每相桥臂总电压和每个子模块的电容电压，整流侧输出电压幅值可以随着整流子模块开关(SMn)导通的占空比来控制。如整流侧的PI闭环控制电路，通过以直流输出功率或者直流母线电压为参考点，与实际采样的直流母线电流运算后得出直流母线参考电压Uref，然后经过锯齿载波信号比较器，得出可以用于调节全桥子模块的PWM驱动信号，控制直流母线输出。
其中，对于整流反馈回路，控制方式采用电压能量分层传递的方式。主要为内外环控制，内环采用相电压均衡控制，桥臂电压均衡控制，子模块电容电压均衡，反馈参考信号为功率或者DC母线直流电压Udc。整流侧载波移相采用N个锯齿波依次相移π/N以获得最佳的谐波消除特性，即载波移相角的范围为0-π/2N。
由此，通过在整流侧以输出直流母线电压为参考的单相闭环控制回路，基于锯齿载波移相调制技术，分别对直流母线电压、电流，桥臂电压，子模块电容电压均衡控制，实现在恒定交流电下的不同等级的直流母线电压输出，可以实现对输出的直流母线电压的灵活调节。
可选地，控制单元，还可以包括：逆变侧采样模块，如逆变侧三相电流电压采样模块、子模块电容电压采样模块等。其中，控制单元对变流单元进行移相调制和环流分层控制，还可以包括：根据逆变侧控制变流单元的脉冲信号的过程。
具体地，逆变侧采样模块，可以用于采集变流单元中的逆变处理侧的三相电信号、每个桥臂的桥臂内环电流(即三相逆变上桥臂和/或三相逆变下桥臂中的每个桥臂的桥臂内环电流)、和/或每个三相逆变子模块(即每个桥臂中三相逆变子模块)的电容电压。其中，三相电信号，可以包括：三相电压信号、三相电流信号等。
具体地，移相调制模块，还可以用于以逆变处理侧输出的三相交流电驱动的电机的转速和输出功率为参考的闭环控制回路，根据逆变处理侧的三相电信号、每个桥臂的桥臂内环电流、和/或每个三相逆变子模块的电容电压，对变流单元中的逆变处理侧的脉冲信号进行调节，实现对逆变处理侧的三相电信号的外环控制和相间平衡、每个桥臂的桥臂内环电流抑制、和/或每个三相逆变子模块的电容电压均衡的分层控制。
例如：变流模块逆变侧子模块为2个IGBT级联半桥结构，以作用的同步电机转速和输出功率为参考，经过外环电压控制、相间平衡、桥臂内环电流抑制和子模块电容电压均衡的分层控制方式，实现三相变频电压电流输出。如采用锯齿移相载波控制全桥PWM输出。外环通过整流侧输出电压和功率建立控制回路，满足逆变侧在需求区间内不同等级的电压需求。双环路控制独立可以作用于整流逆变外环，但内层均采用分层控制，满足模块电容电压均衡。
其中，模块化整流侧输出的直流母线电压经过电容滤波后，进入模块化多电平逆变电路。该逆变电路采用双IGBT并联的半桥子模块结构，采用转速或者功率作为整个电机系统的转子磁链定向控制(RFOC)的反馈调节，使模块输出三相交流电信号。第一阶段为变流反馈系统整体控制，其外环控制为电机转速控制或者输出功率控制，内环为dq0旋转坐标系的电流控制。模块化逆变的第二阶段为相间均衡控制。第三阶段为桥臂平衡控制。第四阶段为子模块电容电压平衡，每个桥臂的各子模块对应一个独立的控制环，其参考电压为所在桥臂电容电压的N分之一。
例如：在外环参数控制的环节，采样三相输出的电流信号IA、IB、IC，经过派克和克拉克变换将交流分量转换为dq象限的直流分量。同时采样电机定子负载的转矩、位置、角速度等信号。与外部参考给定值经过PI运算形成q象限的iq分量给定值。在系统中d象限的id分量给定值初始为0。当相关直流分量(位置、角速度、转矩功率等)作为输出参考分量注入系统后，再将dq象限的分量逆变换，转换为可以作用在电机系统的交流分量，其输出主要为三相参考电压。
例如：采样每个子模块上的上下桥臂电容电压信号Uc_pj(n)、Uc_nj(n)。同时结合上一步取得的电压信号一起注入调制系统。该调制系统采用锯齿载波移相调制，将子模块电容电压和三相电压信号经过PI迭代运算后，形成各个子模块上的PWM基波。然后这些上下桥臂上的基波与移相后的锯齿载波比较运算，形成整流模块和逆变模块上的多路PWM输出信号，控制拓扑中的每个IGBT上的门信号。
由此，通过在整流侧以输出直流母线电压为参考的单相闭环控制回路，基于锯齿载波移相调制技术，分别对三相电信号的外环控制和相间平衡、桥臂内环电流抑制、电容电压均衡的分层控制，可以实现对三相变频电压电流输出的灵活调节。
可选地，控制单元，还可以包括：负载侧采样模块，如电机的位置与速度传感器等。其中，控制单元对变流单元进行移相调制和环流分层控制，还可以包括：根据负载侧控制变流单元的脉冲信号的过程。
具体地，负载侧采样模块，可以用于采集变流单元的输出侧电机的三相电流、转子位置、和/或转子速度。
具体地，移相调制模块，还可以用于以逆变处理侧输出的三相交流电驱动的电机的转速和输出功率为参考的闭环控制回路，根据电机的三相电流、转子位置、和/或转子速度，对变流单元中的整流处理侧和/或逆变处理侧的脉冲信号进行调节，实现对变流单元的输出侧电机的闭环变频控制。
例如：模块式级联变流器输出作用同步压缩机。输出端监测三相电流，转子位置和速度，同时输入端分别加入功率调节和转速参考点调节，整体新控制系统使用RFOC方式实现对压缩机的闭环变频控制。
例如：整流模块与逆变模块内部子模块均采用载波移相分层控制，将单相交流电整流后逆变输出可以使三相电机变频的交流信号。两个部分的整体外部控制环路，直流母线电压闭环反馈控制和RFOC电机转速控制，分别单独控制各自模块，使整个变流系统的调节能力更为灵活。
其中，载波移相调制的具体分层控制策略，在整流逆变两部分上下桥臂不能同时开通，所以需要对基波信号取反，然后载波移相角全桥每个子模块移相2π/N，半桥为π/N。外环控制为电机RFOC闭环控制，不同于直接输出三相电压，该系统的参考点主要为定子转速或转矩，控制方式可以结合实际需求较为多样化。
由此，通过监测变流单元输出侧的三相电流、电机轭转子位置和速度等，同时输入端分别加入功率调节和转速参考点调节，可以实现对压缩机的闭环变频控制，有利于进一步保证电机的运行稳定性。
在一个可选实施方式中，还可以包括：保护单元。保护单元，如强电滤波与保护电路，可以设置在交流电源如220V AC与变流单元如级联变流模块之间。
具体地，保护单元，可以用于对市电零火地线进行滤波处理后，形成单相交流电，即形成干净可靠的单相交流电。也就是说，保护单元，可以用于对交流电源进行滤波等处理后，形成符合实用需求(稳定干净)的交流电。参见图4所示的例子，市电零火地线220V AC，三根线分别是零火地线(即N、L、PE)，然后经过强电滤波与保护模块输出稳定干净的单相交流电(即两根线L与N)。所谓干净稳定就是指通过二级滤波减少外界电网中的干扰(谐波等)。
例如：压缩机主控制器在电源启动时，接入市电的零火地线端口经过强电二级滤波电路输出得到单相交流电压，同时在零火线输出端口加入强电滤波与保护电路(如放电控制芯片)，在AC电存在时断路，在AC电断开时形成短路，形成快速放电，释放系统中大电容器件的残压。
例如：220V交流电压经过零火地线强电滤波保护电路，输出单相交流电压。然后单相电压进入级联变流模块。
由此，通过保护单元将市电零火地经过强电滤波输出得到单相交流电压，进而基于功耗较低的单相交流电压进行变流处理后输出至电机，可以降低单个功率器件的开断时间，进而降低功率器件如IGBT的能量损耗。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过采用子模块单相全桥整流电路和三相半桥逆变级联电路的拓扑结构，通过锯齿波移相调制和均压环流控制理论，保障了变流器电路各相和各个子模块的能量转换均衡，解决了子模块功率损耗分布不均衡的问题，有利于减少功率元器件的耗电量。
根据本发明的实施例，还提供了对应于变流控制装置的一种电机。该电机可以包括：以上所述的变流控制装置。
在一些同步压缩机驱动电路设计中，为使电机磁链控制稳定，多采用SPWM或者SVPWM软件驱动算法，但SVPWM在三电平及以上的拓扑中控制方式过于复杂，谐波含量高，极大地浪费设计资源，不利于快速产品开发与设计。
在一个可选实施方式中，本发明的方案，针对家用空调领域的中低功率压缩机，提出了一种新型变流器结构控制的单缸压缩机变流控制系统设计方案。以空调压缩机控制电路为基础，采用子模块单相全桥整流电路和三相半桥逆变级联电路的拓扑结构，通过锯齿波移相调制和均压环流控制理论，保障了变流器电路各相和各个子模块的能量转换均衡。最终输出的三相交流电压相对于两电平IGBT触发驱动，谐波含量较少，可以实现电机的平稳控制运行。从而，不仅解决了子模块功率损耗分布不均衡的问题，还优化逆变输出的电压波形高次谐波含量较多问题，电机的控制效果显著。
也就是说，本发明的方案，提出一种新型模块化单相全桥整流和多电平半桥三相逆变的级联变流拓扑控制系统，采用两个独立的锯齿载波移相技术，基于模块化环流抑制分层平衡控制和RFOC闭环控制原理，建立内外多层控制环路分别控制整流侧母线电压和逆变侧三相变频电压输出，实现同步压缩电机变频驱动控制。
其中，本发明的方案中，拓扑结构为：模块化单相全桥整流+模块化半桥逆变级联拓扑结构，桥臂子模块数量为3，输出负载为三相同步电机。输入侧电压为：强电滤波后，整流侧单相AC输入。载波和电机控制方式为：锯齿波载波移相+转子磁链定向控制(即RFOC控制)。
可选地，本发明的方案中，对压缩机驱动电路采用模块化变流器的逆变拓扑结构，降低了单个功率器件的开断时间，降低了功率器件IGBT的能量损耗。其中，整流侧直流母线稳态输出纹波平滑，逆变侧输出作用于同步电机控制，可以满足在不同母线电压，输出功率和转速条件下的需求，其调速范围更加灵活。
可选地，本发明的方案中，对于整流侧电路，采用单相全桥的模块化多电平换流器技术(即MMC)拓扑结构。市电经过强电滤波后形成的干净可靠的单相交流电，经上下桥臂后模块化整流形成可调节的直流母线电压，更符合实际的产品设计，级联IGBT元器件拓扑使整流侧输出和控制更为灵活；同时该部分代替PFC电路，可以实现功率因数校正。其中，输出三相电压谐波含量明显降低，滤波器件容量降低，控制器降成本效果显著。
可选地，本发明的方案中，级联半桥IGBT模块逆变拓扑，采用内外双环路控制，使控制输出更为灵活，可以满足同步电机在不同输出功率或转速条件下的运行。
其中，本发明的方案，可以适用于不同等级的三相功率输出系统，但在大功率系统如兆瓦级系统中，所需要的子模块数量较大。较多的子模块可以有效的抑制高次谐波，保护系统，更适合应用在电力系统中，但在同步压缩机系统中，子模块过多，会造成硬件成本过大，并且采样数据较多，对系统芯片的算力要求较高。同时在低频启动运行时，技术上需要外加boost电路实现预启动升压。
另外，本发明的方案，也可以适用于不同功率的同步电机驱动电路。例如：通过转子磁链定向控制(RFOC)和载波移相PWM脉冲调制，可以实现同步压缩机的变频调速闭环控制；可以强化空调系列产品在变频驱动方面的优势，增强产品的性能质量和电能利用率，由于子模块功率均衡，可以大大延长我司产品的使用寿命。但针对高功率电机控制所需要的模块数量较多，元件成本较大；同时该电路拓扑网络采样数据较多，对DSP数据运算能力要求较高。
例如：基于MMC的全速度范围电机驱动方案，适合低速运行，具有良好的启动性能，调速范围广，但是这种驱动方式只考虑直流侧电压逆变，作用的主要为感应电机。也就是说，基于MMC的全速度范围电机驱动为IM电机全速调速，系统灵活性高，但整流侧为DC电压、调速为VF调速；而本发明的方案中，整流侧为交流电压源，电机系统采用RFOC和功率调速控制回路的方式调速。
例如：模块化多电平换流器四象限变频器方案，为解决MMC低频运行时存在的电容电压波动，以及高频注入方法会带来较大的电流冲击等问题。但这种方法更适用于高压大功率电能变换场合，同时低频运行在5Hz和50Hz，没有建立控制回路，无法体现出变频调节过程中的暂态变化。也就是说，MMC四象限变流器，主要聚焦于低频运行时的电容波动和电流冲击问题，采用整流模块采用三相整流同时上下桥臂为全桥和半桥。但本发明的方案，采用的是单相全桥整流-三相半桥逆变的变流拓扑，同时引入电机系统的磁通矢量和功率等控制环路，非固频，更符合同步压缩电机实际调速控制。
例如：全桥MMC式高压三相-单相直接变换器及其控制方案，变换器包括H桥链节和滤波电感，该拓扑采用星型链接实现了单相负载输出，但该系统输出为单相负载，主要起到电网侧整流作用，不适用与三相交流电机驱动。也就是说，全桥MMC式高压三相-单相直接变换器及其控制方案为三相模块化整流，子模块采用全桥模块，H桥链数量为6，星型链接输出，主要是满足单相负载的电压，适合电网整流输出，但不适用驱动电路。
在一个可选例子中，本发明的方案，采用一种新型的模块化级联变流拓扑结构，分为单相全桥整流模块侧与三相半桥逆变模块侧，输入单相交流电，输出三相交流电压。两部分均为模块化信号分层控制。在该方案中，整流与逆变模块的上下桥臂子模块数量均为3个。
可选地，通过DSP处理器或硬件模拟电路的方式产生两个独立作用的锯齿波，采用移相调制技术和环流分层控制方式，分别对单相整流桥臂和三相模块化逆变桥臂的各子模块输出PWM脉冲信号。
其中，两个独立作用的锯齿波，分别作用两个模块单元，彼此独立发生互不干扰，便于后续对不同模块的移相处理。采用DSP处理器编程输出或硬件模拟电路是实现载波的方式，均可使用，DSP节省外围电路设计资源，但使用单纯的硬件模拟比较便宜。
可选地，整流侧全桥模块的桥臂子模块为4个IGBT级联拓扑，该方案输出纹波低，同时起到功率因数校正的作用，代替原有控制器中的PFC结构。
可选地，整流侧采用以输出直流母线电压为参考的单相闭环控制回路，基于锯齿载波移相调制技术，分别对直流母线电压、电流，桥臂电压，子模块电容电压均衡控制，实现在恒定交流电下的不同等级的直流母线电压输出。这样，可以实现柔性输出，输出更灵活，可以改变不同模块IGBT的导通情况以满足可调范围内的不同直流电压输出。
可选地，变流模块逆变侧子模块为2个IGBT级联半桥结构，以作用的同步电机转速和输出功率为参考，经过外环电压控制、相间平衡、桥臂内环电流抑制和子模块电容电压均衡的分层控制方式，实现三相变频电压电流输出。这样，相对与整流模块，逆变子模块采用级联半桥，主要是考虑到了三相输出模块数量较多，采用半桥可以节省成本。
可选地，新型模块式级联变流器输出作用同步压缩机。输出端监测三相电流，转子位置和速度，同时输入端分别加入功率调节和转速参考点调节，整体新控制系统使用RFOC方式实现对压缩机的闭环变频控制。
其中，对输出电机终端信号采样，可以通过采样电阻或传感器，得到负载终端信号。RFOC为矢量控制，可以直接通过终端的电机定子信号控制，控制简化且精准。
在一个可选具体实施方式中，可以参见图2至图8所示的例子，可以分为变流器拓扑结构和系统内外模块化分层控制策略两大部分，对本发明的方案的具体实现方式进行示例性说明。
在一个可选具体例子中，变流器拓扑结构的相关说明，可以参见以下示例性说明。
压缩机主控制器在电源启动时，接入的市电零火线端口经过强电二级滤波电路输出得到单相交流电压，同时在零火线端口加入强电滤波与保护电路(如放电控制芯片)，在AC电存在时断路，在AC电断开时形成短路，形成快速放电。
图2为变流空调压缩机的一实施例的控制系统原理示意图。
如图2所示，单相交流电输出后进入新型变流控制系统，该系统为模块化单相全桥整流与三相全桥逆变的拓扑结构。AC端首先经过模块化整流电路。
图3为变流器整流与逆变侧的单个模块的一实施例的结构示意图。
如图3所示，采用N个IGBT两两串联后再并联的模块化全桥拓扑子电路，交流信号每相分为上下两个桥臂，每个桥臂可以采用N个全桥拓扑子模块。在该方案中，桥臂子模块中IGBT的数量为4，桥臂子模块(SM)的数量为3。
其中，在整流侧，AC电源滤波后通过电感升压传递能量，然后整流侧全桥子模块开断整流，输出的电压经子电容储能滤波，最终叠加输出纹波较小的直流母线电压Udc。开断整流，具体指脉冲信号对子模块的IGBT进行开通关断驱动，通过IGBT开通关断实现对电感能量传递后的整流输出。
在逆变侧，直流母线电压Udc作为逆变输入侧，由于其来自模块化多电平整流，所以输出范围较为灵活。直流母线电压Udc经过模块化逆变拓扑变为控制电机的三相交流电UA、UB、UC。模块化半桥逆变拓扑的子模块采用N个IGBT两两串联再级联的拓扑结构，N为自然数。
其中，多电平在逆变侧具体指输出的线电压波形为多个电平信号叠加后的波形。类似输出的正弦信号，但非标准的正弦信号，所以存在谐波。电平数量越多，越近似正弦波，输出波形畸变越小，谐波信号越少。
同理，对于整流部分反之也是一样，将交流电经过多个功率器件后的模块输出电压电平Uc_j叠加，得到整体的直流母线输出电压。即该直流母线电压能量是多电平整流叠加后的直流定值，是可以灵活调整的。
具体的调整方式可以参见图8的(b)、(c)所示的闭环控制方式，该方式原理与逆变相似，也是结合载波移相和均衡控制，但控制的作用对象是单相全桥模块。通过调整IGBT的开断状态调整子模块电容电平的多次叠加输出状态。该部分为PI控制，结合图8，比如给定一个参考
Figure BDA0002346835680000201
其大于实际Udc，那么就需要升高Udc，通过PWM载波移相调整和环流均衡控制，增大模块中IGBT导通能量，进而提高多个电容电平的叠加整流输出。
图4为变流器整流与逆变侧的单个模块的另一实施例的结构示意图。
如图4所示，该方案中子模块中IGBT的数量为2，其中子模块电容电压为Uc_j，IGBT开关电压为Vx。同时，三相输出来自三个逆变桥臂，同整流侧一样，该部分每相的桥臂可以采用N个半桥子模块拓扑，在本发明的方案中桥臂子模块(SM)的数量可以为3。
图5为相间桥臂模块为6时，多电平级联变流器的拓扑结构示意图；其中，(a)为多电平级联变流器的第一部分的结构示意图，(b)为多电平级联变流器的第二部分的结构示意图，(c)为多电平级联变流器的第三部分的结构示意图，(d)为多电平级联变流器的第四部分的结构示意图。
其中，逆变侧上下桥臂各串联一个电感(Ls)，可以用于降压，电压信号经过电感输出作用于三相同步压缩电机，完整的模块化多电平硬件变流拓扑如图5所示。
在一个可选具体例子中，系统模块化分层控制策略的相关说明，可以参见以下示例性说明。
图6为级联变流器拓扑整体驱动控制系统的结构示意图。
如图6所示的级联变流器拓扑整体驱动控制系统，主要可以分为级联变流模块、锯齿载波移相调制模块、以及外环参数控制这三部分。
220V交流电压经过零火线强电滤波保护电路，输出单相交流电压。然后单相电压进入级联变流模块。具体的控制过程，可以参见以下示例性说明。
首先，该系统的级联变换模块采用单相全桥整流和三相半桥逆变，至少逆变部分采用IGBT模块化级联，具体拓扑可以参见图3和图4所示的例子。中间采用LC滤波电路链接，保证输出直流母线DC波动更小。该部分可以实现谐波较小和功率因数较高的三相变流输出。
例如：整流部分可以采用单相IGBT模块，也可以采用两相以上IGBT模块级联。逆变部分，需要采用两相以上IGBT模块级联，如可以优选三相IGBT模块级联。
其次，在外环参数控制的环节，采样三相输出的电流信号IA、IB、IC，经过派克和克拉克变换将交流分量转换为dq象限的直流分量。同时采样电机定子负载的转矩、位置、角速度等信号。与外部参考给定值经过PI运算形成q象限的iq分量给定值。在系统中d象限的id分量给定值初始为0。当相关直流分量(位置、角速度、转矩功率等)作为输出参考分量注入系统后，再将dq象限的分量逆变换，转换为可以作用在电机系统的交流分量，其输出主要为三相参考电压。
最后，采样每个子模块上的上下桥臂电容电压信号Uc_pj(n)、Uc_nj(n)；同时结合上一步取得的电压信号一起注入调制系统。该调制系统采用锯齿载波移相调制，将子模块电容电压和三相电压信号经过PI迭代运算后，形成各个子模块上的PWM基波。然后这些上下桥臂上的基波与移相后的锯齿载波比较运算，形成整流模块和逆变模块上的多路PWM输出信号，控制拓扑中的每个IGBT上的门信号。
其中，载波移相调制的具体分层控制策略，可以参见图6及其相关说明。要注意的是，在整流逆变两部分上下桥臂不能同时开通，所以需要对基波信号取反，然后载波移相角全桥每个子模块移相2π/N，半桥为π/N。
也就是说，级联变流器拓扑整体驱动控制系统在结构上的改进，主要可以包括以下几点：
第一点、整流逆变均为模块化多电平拓扑，整流为单相全桥拓扑，逆变为三相半桥拓扑，每相的上下桥臂采用3个子模块串联(N＝3)。
第二点、外环控制为电机RFOC闭环控制，不同于直接输出三相电压，该系统的参考点主要为定子转速或转矩，控制方式可以结合实际需求较为多样化。
第三点、该调制系统采用两个独立的控制环路分别对整流侧和逆变侧多路输出，全桥与半桥结合的PWM方式使系统控制更为灵活。同时，不同于多数三角载波的变流器，该方案采用锯齿载波，经过数据对比，发现两种方案输出波形差异较小，可以作为一种新的备用方案。
其中，在如图6所示的例子中，系统整体控制方式可以分为整流侧直流模块化控制和逆变侧电机变频驱动控制。两者均采用锯齿载波移相调制技术和分层环流均衡控制，不同点在于整流侧以DC母线电压为输出参考信号，逆变侧以实际变频转速或PQ控制为参考点闭环控制。
图7为驱动系统模块分层控制的一实施例的结构示意图；其中，(a)为电容电压分层平衡控制的结构示意图，(b)为相平衡控制环的结构示意图，(c)为上下桥臂平衡控制环的结构示意图，(d)为环流抑制控制环的结构示意图，(e)为MMC子模块能量平衡控制环的结构示意图。图8为模块化变流逆变侧与整流侧控制策略环路的一实施例的结构示意图，其中，(a)为同步电机的RFOC模块化变流逆变控制的结构示意图，(b)为整流侧PI控制的结构示意图，(c)为整流侧闭环均衡控制的结构示意图。
结合图6，对图7和图8所示的例子，整流开关器件拓扑采用了锯齿载波移相调制技术作为PWM调制信号，在220V AC电压的作用下，分别检测相间能量均衡、每相桥臂总电压和每个子模块的电容电压，整流侧输出电压幅值可以随着整流子模块开关(SMn)导通的占空比来控制。
图8为控制策略环路。
图8中(a)为RFOC逆变控制外环回路，是对图5的详细拓展，各项系数详细展开，结合下面的公式，建立以转速、转矩或者功率控制的外环回路，数学模型的具体分析在步骤(13)中有详细说明。该外环最主要是实现后续分层控制中的第一层控制，得出在给定参考分量条件下的三相电压输出分量，便于后续进入载波移相进行计算PWM信号。
图8中(b)和图8中(c)为整流侧的PI闭环控制电路，通过以直流输出功率或者直流母线电压为参考点，与实际采样的直流母线电流运算后得出直流母线参考电压Uref，然后经过锯齿载波信号比较器，得出可以用于调节全桥子模块的PWM驱动信号，控制直流母线输出，图8中(b)为整流侧PI控制，图8中(c)为图8中(b)结合模块电压均衡控制后的具体展开环路。
其中，在本发明的方案中，采用锯齿移相载波控制全桥PWM输出；外环通过整流侧输出电压和功率建立控制回路，满足逆变侧在需求区间内不同等级的电压需求；双环路控制独立作用于整流逆变外环，但内层均采用分层控制，满足模块电容电压均衡。
如图8中(c)所示的例子，以直流母线输出额定电压311V为参考电压
Figure BDA0002346835680000221
直流母线实际输出电压为Udc。控制环路中，检测单相输入上桥臂和下桥臂的电流，求和后取一半的数值得到相间环流icj，与直流母线电流idc做运算后经过PI控制，得到直流母线反馈参考电压，与Udc运算后得出相间每个子模块电压的参考值，取反后，加入子模块电容电压分量，形成PWM调制的基波波形，数量为2N，将Udc作为前置调节。
如图8中(b)和图6所示的例子，整个直流输出侧形成一个外环的主反馈回路，检测并采样整流侧两端的交流电压Uac，直流电压Udc以及系统功率。采用母线DC控制或者功率PQ控制，将该实际整流电压与参考电压的差值做PI运算，得到整流后dq象限的参考电流
Figure BDA0002346835680000231
经过迭代运算，得到每相上下桥臂的参考电流矢量
Figure BDA0002346835680000232
电流矢量与直流母线的电流的实际值做差，形成直流母线参考电流
Figure BDA0002346835680000233
得出的电流经过PI运算，得出变量电压，再加入实际输出电压分量Udc，得到基波输出参考电压。图8中(c)为图8中(b)驱动信号调节逻辑的延伸。在图8中(c)中，每个SM的均压值Uc_ji与实际值
Figure BDA0002346835680000234
经过电压均衡控制，得出每相子模块的基波参考电压
Figure BDA0002346835680000235
再经过锯齿波移相载波PWM运算，得出对应全桥子模块开关的PWM脉冲信号，输出直流电压。最终通过改变Udc和功率，实现可调直流电压或可调功率的闭环控制。
在本发明的方案中，对于整流反馈回路，控制方式采用电压能量分层传递的方式。主要为内外环控制，内环采用相电压均衡控制，桥臂电压均衡控制，子模块电容电压均衡。反馈参考信号为功率或者DC母线直流电压Udc。
在本发明的方案中，整流侧载波移相采用N个锯齿波依次相移π/N以获得最佳的谐波消除特性，即载波移相角的范围为0-π/2N。在该调制系统中，由于模块中IGBT为4个，每相桥臂有两个电压参考信号，需要将上述得出的基波波形取反分别对应同一子模块的左右半桥臂，得出上下桥臂左右半侧的参考电压公式
Figure BDA0002346835680000236
如下。其中，p表示上桥臂；n表示下桥臂；USMc＝Udc/N为给定子模块电容电压；M为调制比)。
Figure BDA0002346835680000237
Figure BDA0002346835680000238
其中ω表示三相交流电压输出角频率(ω＝2πf)；θj为j相的初始象限角(j＝A,B,C)。
在本发明的方案中，模块化整流侧输出的直流母线电压经过电容滤波后，进入模块化多电平逆变电路。该逆变电路采用双IGBT并联的半桥子模块结构，整体控制方式可以如图6和图8中(a)所示的例子。采用转速或者功率作为整个电机系统的转子磁链定向控制(RFOC)的反馈调节，使模块输出三相交流电信号。
在本发明的方案中，整个系统的逆变拓扑控制也采用分层控制的结构。如图7所述的结构一样，这里详细分析各个层级的控制环路。
首先，第一阶段为变流反馈系统整体控制，其外环控制为电机转速控制或者输出功率控制，内环为dq0旋转坐标系的电流控制。结合图6和图8中(a)所示的例子，内环控制的基本思路为，采样三相输出侧电压电流，位置和角速度信号。将abc电流信号经过克拉克变换和派克变换，得到直流分量信号(iq，id)。同时电机输出角速度信号ωe和位置角度信号θ，经过PI变换得到转速信号，与参考转速ω*做比较形成转速差，得出转矩信号T*，再经过PI变换得出q象限的电流参考信号
Figure BDA0002346835680000241
d象限的给定电流参考信号初始为
Figure BDA0002346835680000242
同时，结合变换后的直流分量信号(iq，id)做
Figure BDA0002346835680000243
运算，得出dq坐标系下的电压变量信号
Figure BDA0002346835680000244
在经过克拉克逆变换和派克逆变换，得出第一阶段最终的三相交流输出参考电压
Figure BDA0002346835680000245
在第一阶段控制中，部分信号的变换公式如下：
Figure BDA0002346835680000246
Figure BDA0002346835680000247
Figure BDA0002346835680000248
Figure BDA0002346835680000249
Figure BDA00023468356800002410
Figure BDA0002346835680000251
Figure BDA0002346835680000252
Figure BDA0002346835680000253
其中，P为变流器输出功率，Pdev和Tdev为变流器输出到电机的功率及转速，λf为定子磁链(可以通过定子电感和感应电流求得)，λd，λq为dq象限的定子磁链分量，Ld，Lq为电机dq坐标系下的电感分量，Usd，Usq为三相交流输出电压在dq象限的电压分量，P*为参考功率变量信号，T*为无凸机同步电机的转矩参考变量信号，p为定子磁极对数，ωe为电机旋转角速度。
进一步地，模块化逆变的第二阶段为相间均衡控制。如图7所示的例子，其基本思路为相间外环给定的电压为直流母线电压Udc，反馈信号为所有子模块的电容电压和的一半。两者做比较然后经过PI运算后，得到给定相环流直流分量Icj(j表示A,B,C三相任一相)。
进一步地，第三阶段为桥臂平衡控制。如图7所示，给定的参考值为每相的上下桥臂电容电压和的直流成分
Figure BDA0002346835680000254
两者做差后经过PI运算，再加入该相交流电压的参考相位信号，得到参考相环流交流分量icj_ac。两者相加得到环流给定参考信号，再与实际的环流信号比较后，输出经过PI-resonant调节，得到内环电压直流参考信号
Figure BDA0002346835680000255
再分别加减参考电压中的交流成分
Figure BDA0002346835680000256
得到上下桥臂的参考电压信号
Figure BDA0002346835680000257
和
Figure BDA0002346835680000258
进一步地，第四阶段为子模块电容电压平衡。每个桥臂的各子模块对应一个独立的控制环。其参考电压为所在桥臂电容电压的N分之一。以各模块的电容电压为反馈，经过比例调节后加上该相桥臂的电流方向，与所在桥臂电压的N分之一做和，得到上下桥臂各个子模块的电压参考信号(
Figure BDA0002346835680000259
和
Figure BDA00023468356800002510
)。最终送到载波移相调制中生成各自的PWM脉冲信号。
其中，逆变模块的半桥子模块也采用载波移相调制。在该发明中，逆变拓扑载波移相采用N个锯齿波依次相移2π/N以获得最佳的谐波消除特性，即载波移相角的范围为0-π/N。在该调制系统中，上下桥臂各子模块的电压参考信号为：
Figure BDA0002346835680000261
整流模块与逆变模块内部子模块均采用载波移相分层控制，将单相交流电整流后逆变输出可以使三相电机变频的交流信号。两个部分的整体外部控制环路，直流母线电压闭环反馈控制和RFOC电机转速控制，分别单独控制各自模块，使整个变流系统的调节能力更为灵活。
在一个可选具体例子中，本发明的方案，适用于不同功率等级的压缩机驱动电路，因为模块化的结构控制，电路拓扑的改进和变换较为灵活，输出电压电流谐波含量少，电能质量高。本发明的方案在变流结构中采用了较为复杂的拓扑结构，可以代替相关空调压缩机控制系统中的PFC模块，在大功率空调变流系统中可以广泛应用，有利于提升产品的竞争能力。本发明的方案改进的变频变流方式，可以类比衍生应用到电机控制领域和新能源逆变领域。
由于本实施例的电机所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过采用子模块单相全桥整流电路和三相半桥逆变级联电路的拓扑结构，通过锯齿波移相调制和均压环流控制理论，最终输出的三相交流电压相对于两电平IGBT触发驱动，谐波含量较少，可以实现电机的平稳控制运行。从而优化逆变输出的电压波形高次谐波含量较多问题，使得电机的控制效果显著。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电机的一种电机的变流控制方法，如图9所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该电机的变流控制方法可以包括：步骤S110和步骤S120。
在步骤S110处，通过变流单元，对单相交流电进行变流处理后，输出三相交流电压至用电设备。用电设备，可以包括：电机如空调压缩机。其中，变流处理，可以包括：整流处理、滤波处理和逆变处理。
在一个可选例子中，变流单元，可以包括：模块化单相整流模块、滤波模块和模块化三相逆变模块。模块化单相整流模块，如单相模块化全桥整流电路。滤波模块，如LC滤波电路。模块化三相逆变模块，如三相模块化半桥逆变电路。模块化单相整流模块的输出端和模块化三相逆变模块的输入端连接，滤波模块设置在模块化单相整流模块和模块化三相逆变模块之间。其中，通过变流单元，对单相交流电进行变流处理，可以参见以下示例性说明。
下面结合图10所示本发明的方法中对单相交流电进行变流处理的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S110中对单相交流电进行变流处理的具体过程，可以包括：步骤S210至步骤S230。
步骤S210，通过模块化单相整流模块，对单相交流电如单相AC进行整流处理后，输出直流母线电压。
步骤S220，通过滤波模块，对单相交流电经整流处理后的直流母线电压进行滤波处理，以得到滤波处理后的直流母线电压。
步骤S230，通过模块化三相逆变模块，对滤波处理后的直流母线电压进行逆变处理，输出三相交流电，具体可以是输出三相交流电压，能够作为电机如压缩机的驱动电压。
例如：对压缩机驱动电路采用模块化变流器的逆变拓扑结构，降低了单个功率器件的开断时间，降低了功率器件IGBT的能量损耗。其中，整流侧直流母线稳态输出纹波平滑，逆变侧输出可以作用于同步电机控制，可以满足在不同母线电压，输出功率和转速条件下的需求，其调速范围更加灵活。
例如：该系统的级联变换模块采用单相全桥整流和三相半桥逆变，部分均采用IGBT模块化级联。中间采用LC滤波电路链接，保证输出直流母线DC波动更小，该部分可以实现谐波较小和功率因数较高的三相变流输出。其中，单相交流电输出后进入新型变流控制系统，该系统为模块化单相全桥整流与三相全桥逆变的拓扑结构，AC端首先经过模块化整流电路。
由此，通过模块化单相整流模块、滤波模块和模块化三相逆变模块对单相交流电进行变流处理，采用模块化的模块化单相整流模块和模块化三相逆变模块，由于降低了单个功率器件的开断时间从而可以降低功率器件的能量损耗。整流侧直流母线稳态输出纹波平滑，使得逆变侧输出三相交流电压谐波含量少，实现优化逆变输出的电压波形，有利于实现对用电设备如电机的平稳控制运行。
在步骤S120处，通过控制单元，获取变流单元的变流参数、以及电机的运行参数，并根据变流参数和运行参数，对变流单元进行移相调制和环流分层控制，实现变流单元与电机之间的分层闭环控制。
例如：模块化单相全桥整流和多电平半桥三相逆变的级联变流拓扑控制系统，采用两个独立的锯齿载波移相技术，基于模块化环流抑制分层平衡控制和RFOC闭环控制原理，建立内外多层控制环路分别控制整流侧母线电压和逆变侧三相变频电压输出，实现同步压缩电机变频驱动控制。
如针对家用空调领域的中低功率压缩机，提出了一种新型变流器结构控制的单缸压缩机变流控制系统设计方案。以空调压缩机控制电路为基础，采用子模块单相全桥整流电路和三相半桥逆变级联电路的拓扑结构，通过锯齿波移相调制和均压环流控制理论，保障了变流器电路各相和各个子模块的能量转换均衡。最终输出的三相交流电压相对于两电平IGBT触发驱动，谐波含量较少，可以实现电机的平稳控制运行。从而，不仅解决了子模块功率损耗分布不均衡的问题，还优化逆变输出的电压波形高次谐波含量较多问题，电机的控制效果显著。
由此，通过变流单元和控制单元，基于单相交流点进行变流处理，并对变流单元进行移相调制和环流控制，可以解决采用两电平逆变的拓扑方式功率器件元件耗电量大的问题，即解决子模块功率损耗分布不均衡的问题，降低功率器件元件的耗电量；还可以优化逆变输出的电压波形高次谐波含量较多问题，减小谐波含量，有利于实现对用电设备如电机的平稳控制运行。
在一个可选例子中，控制单元，可以包括：移相调制模块，如锯齿波移相调制模块，可以分别与变流单元中的单相模块化全桥整流电路和三相模块化半桥逆变电路连接。其中，步骤S120中通过控制单元对变流单元进行移相调制和环流分层控制，可以包括：通过移相调制模块，利用两个独立的锯齿波，采用移相调制技术和环流分层控制方式，分别对变流单元中的整流处理侧和逆变处理侧输出脉冲信号，如分别对变流单元中的模块化单相整流模块和模块化三相逆变模块输出脉冲信号，优选可以是PWM脉冲信号，以通过脉冲信号驱动变流单元中的整流处理侧和逆变处理侧。
例如：通过DSP处理器或硬件模拟电路的方式产生两个独立作用的锯齿波，采用移相调制技术和环流分层控制方式，分别对单相整流桥臂和三相模块化逆变桥臂的各子模块输出PWM脉冲信号。
例如：该调制系统采用两个独立的控制环路分别对整流侧和逆变侧多路输出，全桥与半桥结合的PWM方式使系统控制更为灵活。系统整体控制方式可以分为整流侧直流模块化控制和逆变侧电机变频驱动控制。两者均采用锯齿载波移相调制技术和分层环流均衡控制，不同点在于整流侧以DC母线电压为输出参考信号，逆变侧以实际变频转速或PQ控制为参考点闭环控制。
由此，通过移相调制模块，基于两个独立的锯齿波经移相调制技术和环流分层控制方式，分别对整流处理侧和逆变处理侧输出脉冲信号，可以实现对整流处理侧和逆变处理侧的单独驱动，驱动的可靠性可以得到保证。
可选地，控制单元，还可以包括：整流侧采样模块，如整流侧交直流电压电流采样模块、子模块电容电压采样模块等。其中，步骤S120中通过控制单元对变流单元进行移相调制和环流分层控制，还可以包括：根据整流侧控制变流单元的脉冲信号的过程。
下面结合图11所示本发明的方法中根据整流侧控制变流单元的脉冲信号的一实施例流程示意图，进一步说明根据整流侧控制变流单元的脉冲信号的具体过程，可以包括：步骤S310和步骤S320。
步骤S310，通过整流侧采样模块，采集变流单元中的整流处理侧的直流母线信号、每个桥臂的桥臂电压(即单相整流上桥臂和/或单相整流下桥臂中的每个桥臂的桥臂电压)、和/或每个单相整流子模块(即每个桥臂中单相整流子模块)的电容电压。其中，直流母线信号可以包括直流母线电压、直流母线电流等。
步骤S320，通过移相调制模块，还以整流侧输出的直流母线电压为参考的单相闭环控制回路，根据整流处理侧的直流母线信号、每个桥臂的桥臂电压、和/或每个单相整流子模块的电容电压，基于锯齿载波移相调制技术，对变流单元中的整流处理侧的脉冲信号进行调节，实现对整流处理侧的直流母线信号、每个桥臂的桥臂电压、和/或每个单相整流子模块的电容电压的均衡控制。
例如：整流侧采用以输出直流母线电压为参考的单相闭环控制回路，基于锯齿载波移相调制技术，分别对直流母线电压、电流，桥臂电压，子模块电容电压均衡控制，实现在恒定交流电下的不同等级的直流母线电压输出。
例如：整流开关器件拓扑采用了锯齿载波移相调制技术作为PWM调制信号，在220VAC电压的作用下，分别检测相间能量均衡、每相桥臂总电压和每个子模块的电容电压，整流侧输出电压幅值可以随着整流子模块开关(SMn)导通的占空比来控制。如整流侧的PI闭环控制电路，通过以直流输出功率或者直流母线电压为参考点，与实际采样的直流母线电流运算后得出直流母线参考电压Uref，然后经过锯齿载波信号比较器，得出可以用于调节全桥子模块的PWM驱动信号，控制直流母线输出。
其中，对于整流反馈回路，控制方式采用电压能量分层传递的方式。主要为内外环控制，内环采用相电压均衡控制，桥臂电压均衡控制，子模块电容电压均衡，反馈参考信号为功率或者DC母线直流电压Udc。整流侧载波移相采用N个锯齿波依次相移π/N以获得最佳的谐波消除特性，即载波移相角的范围为0-π/2N。
由此，通过在整流侧以输出直流母线电压为参考的单相闭环控制回路，基于锯齿载波移相调制技术，分别对直流母线电压、电流，桥臂电压，子模块电容电压均衡控制，实现在恒定交流电下的不同等级的直流母线电压输出，可以实现对输出的直流母线电压的灵活调节。
可选地，控制单元，还可以包括：逆变侧采样模块，如逆变侧三相电流电压采样模块、子模块电容电压采样模块等。其中，步骤S120中通过控制单元对变流单元进行移相调制和环流分层控制，还可以包括：根据逆变侧控制变流单元的脉冲信号的过程。
下面结合图12所示本发明的方法中根据逆变侧控制变流单元的脉冲信号的一实施例流程示意图，进一步说明根据逆变侧控制变流单元的脉冲信号的具体过程，可以包括：步骤S410和步骤S420。
步骤S410，通过逆变侧采样模块，采集变流单元中的逆变处理侧的三相电信号、每个桥臂的桥臂内环电流(即三相逆变上桥臂和/或三相逆变下桥臂中的每个桥臂的桥臂内环电流)、和/或每个三相逆变子模块(即每个桥臂中三相逆变子模块)的电容电压。其中，三相电信号，可以包括：三相电压信号、三相电流信号等。
步骤S420，通过移相调制模块，还以逆变处理侧输出的三相交流电驱动的电机的转速和输出功率为参考的闭环控制回路，根据逆变处理侧的三相电信号、每个桥臂的桥臂内环电流、和/或每个三相逆变子模块的电容电压，对变流单元中的逆变处理侧的脉冲信号进行调节，实现对逆变处理侧的三相电信号的外环控制和相间平衡、每个桥臂的桥臂内环电流抑制、和/或每个三相逆变子模块的电容电压均衡的分层控制。
例如：变流模块逆变侧子模块为2个IGBT级联半桥结构，以作用的同步电机转速和输出功率为参考，经过外环电压控制、相间平衡、桥臂内环电流抑制和子模块电容电压均衡的分层控制方式，实现三相变频电压电流输出。如采用锯齿移相载波控制全桥PWM输出。外环通过整流侧输出电压和功率建立控制回路，满足逆变侧在需求区间内不同等级的电压需求。双环路控制独立可以作用于整流逆变外环，但内层均采用分层控制，满足模块电容电压均衡。
其中，模块化整流侧输出的直流母线电压经过电容滤波后，进入模块化多电平逆变电路。该逆变电路采用双IGBT并联的半桥子模块结构，采用转速或者功率作为整个电机系统的转子磁链定向控制(RFOC)的反馈调节，使模块输出三相交流电信号。第一阶段为变流反馈系统整体控制，其外环控制为电机转速控制或者输出功率控制，内环为dq0旋转坐标系的电流控制。模块化逆变的第二阶段为相间均衡控制。第三阶段为桥臂平衡控制。第四阶段为子模块电容电压平衡，每个桥臂的各子模块对应一个独立的控制环，其参考电压为所在桥臂电容电压的N分之一。
例如：在外环参数控制的环节，采样三相输出的电流信号IA、IB、IC，经过派克和克拉克变换将交流分量转换为dq象限的直流分量。同时采样电机定子负载的转矩、位置、角速度等信号。与外部参考给定值经过PI运算形成q象限的iq分量给定值。在系统中d象限的id分量给定值初始为0。当相关直流分量(位置、角速度、转矩功率等)作为输出参考分量注入系统后，再将dq象限的分量逆变换，转换为可以作用在电机系统的交流分量，其输出主要为三相参考电压。
例如：采样每个子模块上的上下桥臂电容电压信号Uc_pj(n)、Uc_nj(n)。同时结合上一步取得的电压信号一起注入调制系统。该调制系统采用锯齿载波移相调制，将子模块电容电压和三相电压信号经过PI迭代运算后，形成各个子模块上的PWM基波。然后这些上下桥臂上的基波与移相后的锯齿载波比较运算，形成整流模块和逆变模块上的多路PWM输出信号，控制拓扑中的每个IGBT上的门信号。
由此，通过在整流侧以输出直流母线电压为参考的单相闭环控制回路，基于锯齿载波移相调制技术，分别对三相电信号的外环控制和相间平衡、桥臂内环电流抑制、电容电压均衡的分层控制，可以实现对三相变频电压电流输出的灵活调节。
可选地，控制单元，还可以包括：负载侧采样模块，如电机的位置与速度传感器等。其中，步骤S120中通过控制单元对变流单元进行移相调制和环流分层控制，还可以包括：根据负载侧控制变流单元的脉冲信号的过程。
下面结合图13所示本发明的方法中根据负载侧控制变流单元的脉冲信号的一实施例流程示意图，进一步说明根据负载侧控制变流单元的脉冲信号的具体过程，可以包括：步骤S510和步骤S520。
步骤S510，通过负载侧采样模块，采集变流单元的输出侧电机的三相电流、转子位置、和/或转子速度。
步骤S520，通过移相调制模块，还以逆变处理侧输出的三相交流电驱动的电机的转速和输出功率为参考的闭环控制回路，根据电机的三相电流、转子位置、和/或转子速度，对变流单元中的整流处理侧和/或逆变处理侧的脉冲信号进行调节，实现对变流单元的输出侧电机的闭环变频控制。
例如：模块式级联变流器输出作用同步压缩机。输出端监测三相电流，转子位置和速度，同时输入端分别加入功率调节和转速参考点调节，整体新控制系统使用RFOC方式实现对压缩机的闭环变频控制。
例如：整流模块与逆变模块内部子模块均采用载波移相分层控制，将单相交流电整流后逆变输出可以使三相电机变频的交流信号。两个部分的整体外部控制环路，直流母线电压闭环反馈控制和RFOC电机转速控制，分别单独控制各自模块，使整个变流系统的调节能力更为灵活。其中，载波移相调制的具体分层控制策略，在整流逆变两部分上下桥臂不能同时开通，所以需要对基波信号取反，然后载波移相角全桥每个子模块移相2π/N，半桥为π/N。外环控制为电机RFOC闭环控制，不同于直接输出三相电压，该系统的参考点主要为定子转速或转矩，控制方式可以结合实际需求较为多样化。
由此，通过监测变流单元输出侧的三相电流、电机轭转子位置和速度等，同时输入端分别加入功率调节和转速参考点调节，可以实现对压缩机的闭环变频控制，有利于进一步保证电机的运行稳定性。
在一个可选实施方式中，还可以包括：保护单元。保护单元，如强电滤波与保护电路，可以设置在交流电源如市电零火地线220V AC与变流单元如级联变流模块之间。
具体地，保护单元，可以用于对市电零火地线进行滤波处理后，形成单相交流电，即形成干净可靠的单相交流电。也就是说，保护单元，可以用于对交流电源进行滤波等处理后，形成符合实用需求(稳定干净)的交流电。参见图4所示的例子，市电零火地线220V AC，三根线分别是零火地线(即N、L、PE)，然后经过强电滤波与保护模块输出稳定干净的单相交流电(即两根线L与N)。所谓干净稳定就是指通过二级滤波减少外界电网中的干扰(谐波等)。
例如：压缩机主控制器在电源启动时，接入市电的零火地线端口经过强电二级滤波电路输出得到单相交流电压，同时在零火线输出端口加入强电滤波与保护电路(如放电控制芯片)，在AC电存在时断路，在AC电断开时形成短路，形成快速放电，释放系统中大电容器件的残压。如：220V交流电压经过零火线强电滤波保护电路，输出单相交流电压。然后单相电压进入级联变流模块。
由此，通过保护单元将市电零火地经过强电滤波输出得到单相交流电压，进而基于功耗较低的单相交流电压进行变流处理后输出至电机，可以降低单个功率器件的开断时间，进而降低功率器件如IGBT的能量损耗。
由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述电机的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过采用两个独立的锯齿载波移相技术，基于模块化环流抑制分层平衡控制和RFOC闭环控制原理，建立内外多层控制环路分别控制整流侧母线电压和逆变侧三相变频电压输出，实现同步压缩电机变频驱动控制，降低了功率器件IGBT的能量损耗，且输出三相电压谐波含量明显降低。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (17)

1.一种变流控制装置，其特征在于，包括：变流单元和控制单元；其中，
变流单元，用于对单相交流电进行变流处理后，输出三相交流电至电机；其中，变流处理，包括：整流处理、滤波处理和逆变处理；
控制单元，用于获取变流单元的变流参数、以及电机的运行参数，并根据变流参数和运行参数，对变流单元进行移相调制和环流分层控制，实现变流单元与电机之间的分层闭环控制。
2.根据权利要求1所述的变流控制装置，其特征在于，变流单元，包括：模块化单相整流模块、滤波模块和模块化三相逆变模块；其中，
模块化单相整流模块，用于对单相交流电进行整流处理后，输出直流母线电压；
滤波模块，用于对单相交流电经整流处理后的直流母线电压进行滤波处理，以得到滤波处理后的直流母线电压；
模块化三相逆变模块，用于对滤波处理后的直流母线电压进行逆变处理，输出三相交流电。
3.根据权利要求2所述的变流控制装置，其特征在于，模块化单相整流模块，包括：升压模块、单相整流上桥臂和单相整流下桥臂；其中，
升压模块，设置在单相整流上桥臂和单相整流下桥臂之间，用于对单相交流电进行升压处理后，再分别传输至单相整流上桥臂和单相整流下桥臂进行整流处理；
单相整流上桥臂和/或单相整流下桥臂中的每个桥臂，包括：单相整流子模块；单相整流子模块的数量为第一设定值，第一设定值个单相整流子模块之间级联设置；每个单相整流子模块，包括：单相全桥整流子模块和/或单相半桥整流子模块。
4.根据权利要求2所述的变流控制装置，其特征在于，模块化三相逆变模块，包括：降压模块、三相逆变上桥臂和三相逆变下桥臂；其中，
降压模块，设置在三相逆变上桥臂和三相逆变下桥臂之间，用于对经三相逆变上桥臂和三相逆变下桥臂逆变处理后的三相交流电，进行降压处理后再输出至电机；
三相逆变上桥臂和三相逆变下桥臂中的每个桥臂，包括：三相逆变子模块；三相逆变子模块的数量为第二设定值，第二设定值个三相逆变子模块之间级联设置；每个三相逆变子模块，包括：三相全桥逆变子模块和/或三相半桥逆变子模块。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的变流控制装置，其特征在于，还包括：保护单元；
保护单元，用于对市电零火地线进行滤波处理后，形成单相交流电。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的变流控制装置，其特征在于，控制单元，包括：移相调制模块；
移相调制模块，用于利用两个独立的锯齿波，采用移相调制技术和环流分层控制方式，分别对变流单元中的整流处理侧和逆变处理侧输出脉冲信号，以通过脉冲信号驱动变流单元中的整流处理侧和逆变处理侧。
7.根据权利要求6所述的变流控制装置，其特征在于，控制单元，还包括：整流侧采样模块；
整流侧采样模块，用于采集变流单元中的整流处理侧的直流母线信号、每个桥臂的桥臂电压、和/或每个单相整流子模块的电容电压；
移相调制模块，还用于根据整流处理侧的直流母线信号、每个桥臂的桥臂电压、和/或每个单相整流子模块的电容电压，基于锯齿载波移相调制技术，对变流单元中的整流处理侧的脉冲信号进行调节，实现对整流处理侧的直流母线信号、每个桥臂的桥臂电压、和/或每个单相整流子模块的电容电压的均衡控制。
8.根据权利要求6所述的变流控制装置，其特征在于，控制单元，还包括：逆变侧采样模块；
逆变侧采样模块，用于采集变流单元中的逆变处理侧的三相电信号、每个桥臂的桥臂内环电流、和/或每个三相逆变子模块的电容电压；
移相调制模块，还用于根据逆变处理侧的三相电信号、每个桥臂的桥臂内环电流、和/或每个三相逆变子模块的电容电压，对变流单元中的逆变处理侧的脉冲信号进行调节，实现对逆变处理侧的三相电信号的外环控制和相间平衡、每个桥臂的桥臂内环电流抑制、和/或每个三相逆变子模块的电容电压均衡的分层控制。
9.根据权利要求6所述的变流控制装置，其特征在于，控制单元，还包括：负载侧采样模块；
负载侧采样模块，用于采集变流单元的输出侧电机的三相电流、转子位置、和/或转子速度；
移相调制模块，还用于根据电机的三相电流、转子位置、和/或转子速度，对变流单元中的整流处理侧和/或逆变处理侧的脉冲信号进行调节，实现对变流单元的输出侧电机的闭环变频控制。
10.一种电机，其特征在于，包括：如权利要求1至9中任一项所述的变流控制装置。
11.一种如权利要求10所述的电机的变流控制方法，其特征在于，包括：
通过变流单元，对单相交流电进行变流处理后，输出三相交流电至电机；其中，变流处理，包括：整流处理、滤波处理和逆变处理；
通过控制单元，获取变流单元的变流参数、以及电机的运行参数，并根据变流参数和运行参数，对变流单元进行移相调制和环流分层控制，实现变流单元与电机之间的分层闭环控制。
12.根据权利要求11所述的变流控制方法，其特征在于，通过变流单元，对单相交流电进行变流处理，包括：
通过模块化单相整流模块，对单相交流电进行整流处理后，输出直流母线电压；
通过滤波模块，对单相交流电经整流处理后的直流母线电压进行滤波处理，以得到滤波处理后的直流母线电压；
通过模块化三相逆变模块，对滤波处理后的直流母线电压进行逆变处理，输出三相交流电。
13.根据权利要求11或12所述的变流控制方法，其特征在于，还包括：
通过保护单元，对市电零火地线进行滤波处理后，形成单相交流电。
14.根据权利要求11或12所述的变流控制方法，其特征在于，通过控制单元对变流单元进行移相调制和环流分层控制，包括：
通过移相调制模块，利用两个独立的锯齿波，采用移相调制技术和环流分层控制方式，分别对变流单元中的整流处理侧和逆变处理侧输出脉冲信号，以通过脉冲信号驱动变流单元中的整流处理侧和逆变处理侧。
15.根据权利要求14所述的变流控制方法，其特征在于，通过控制单元对变流单元进行移相调制和环流分层控制，还包括：
通过整流侧采样模块，采集变流单元中的整流处理侧的直流母线信号、每个桥臂的桥臂电压、和/或每个单相整流子模块的电容电压；
通过移相调制模块，还根据整流处理侧的直流母线信号、每个桥臂的桥臂电压、和/或每个单相整流子模块的电容电压，基于锯齿载波移相调制技术，对变流单元中的整流处理侧的脉冲信号进行调节，实现对整流处理侧的直流母线信号、每个桥臂的桥臂电压、和/或每个单相整流子模块的电容电压的均衡控制。
16.根据权利要求14所述的变流控制方法，其特征在于，通过控制单元对变流单元进行移相调制和环流分层控制，还包括：
通过逆变侧采样模块，采集变流单元中的逆变处理侧的三相电信号、每个桥臂的桥臂内环电流、和/或每个三相逆变子模块的电容电压；
通过移相调制模块，还根据逆变处理侧的三相电信号、每个桥臂的桥臂内环电流、和/或每个三相逆变子模块的电容电压，对变流单元中的逆变处理侧的脉冲信号进行调节，实现对逆变处理侧的三相电信号的外环控制和相间平衡、每个桥臂的桥臂内环电流抑制、和/或每个三相逆变子模块的电容电压均衡的分层控制。
17.根据权利要求14所述的变流控制方法，其特征在于，通过控制单元对变流单元进行移相调制和环流分层控制，还包括：
通过负载侧采样模块，采集变流单元的输出侧电机的三相电流、转子位置、和/或转子速度；
通过移相调制模块，还根据电机的三相电流、转子位置、和/或转子速度，对变流单元中的整流处理侧和/或逆变处理侧的脉冲信号进行调节，实现对变流单元的输出侧电机的闭环变频控制。
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