CN111245246B - 一种固态变压器的电容电压分级平衡控制方法 - Google Patents

一种固态变压器的电容电压分级平衡控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种固态变压器的电容电压分级平衡控制方法，基于双电容模块构成的固态变压器的电容电压平衡控制策略进行了分级控制，在模块控制器对模块内部电容电压进行平衡，在系统主控制器中对模块间电容电压进行平衡。本发明虽然模块控制器计算量有所增加，但是由于只增加了比较和逻辑运算，因此对微控制器硬件资源需求不大；分级控制减少了模块控制器与主控制器之间的通讯需求，降低了主控制器的计算量，与此同时，两级电压平衡控制可同时进行运算，节省了运算时间。

Description

一种固态变压器的电容电压分级平衡控制方法
技术领域
本发明涉及一种电容电压平衡控制方法，尤其涉及一种固态变压器的电容电压分级平衡控制方法。
背景技术
随着能源供需矛盾日益突出，可再生能源的开发和有效利用越来越受到重视。能源互联网是提高能源利用效率的有效途径，其中，固态变压器是核心设备。固态变压器，也称电力电子变压器或电子电力变压器是利用多电平变换器和中高频变压器一起来实现不同形式，不同电压等级的电压变换以及能量的双向传输，具有环保、器件体积小、输出电压质量好等优点，已经成为学者们公认的一种有效的能源传输和管理方式。固态变压器为了与高压母线相连接，往往采用适用于高压场合的多电平变换器，如级联H桥变换器或模块化多电平变换器，其主要目的是通过半桥或全桥单电容电路模块的串联以达到较高的电压等级。但是，简单的模块串联会造成相关的辅助电路增加，特别是在电压等级很高，模块数量很大的情况下。因此，有学者提出采用双电容模块来代替原有的单电容模块以解决上述问题。与此同时，还有学者对双电容模块的拓扑进行了改进，可进一步减少与模块电容相连的DC/DC变换器的数量，从而降低硬件复杂度。尽管如此，为了系统的稳定运行，每个模块的电容电压仍然要被采集并被送到主控制器为控制信号的产生提供依据，也就是说，在控制系统和通讯需求方面，这与采用单电容模块是相同的。要降低控制复杂度和通讯需求，主要矛盾在于电容电压的平衡控制，特别是每个模块内部的电容电压平衡控制。如果能将双电容模块中两个电容之间的平衡控制放在模块内部，而将两个电容电压之和或其平均值送至主控制器即可降低通讯需求，同时对于主控制器来说，需要进行计算和排序的电压数量也减少了一半。
发明内容
发明目的：为解决高压应用场合中固态变压器控制复杂度较高和通讯需求较大的问题，提供一种固态变压器的电容电压分级平衡控制方法。
技术方案：本发明所述的一种固态变压器的电容电压分级平衡控制方法，具体包括以下步骤：
(1)在系统运行过程中，各模块控制器分别测量和采集各模块内部的电容电压值Ucij，其中i表示模块序号，j表示模块内电容序号；
(2)确定模块内两个电容电压差值的阈值Uexc，其中Uexc大于0；
(3)模块控制器向系统主控制器发送模块内两个电容电压之和Uci＝Uci1+Uci2或两个电容电压的平均值Uci_av＝(Uci1+Uci2)/2；
(4)系统主控制器根据接收到的各模块电容电压之和Uci或电容电压的平均值Uci_av，计算电容电压平均值Uc_av＝(ΣUci)/n或(ΣUci_av)/(n/2)，其中，n为多电平变换器中电容的数量；当Uci>2Uc_av或Uci_av>Uc_av，则减少第i个模块电容充电的开关导通时间或增加第i个模块电容放电的开关导通时间；当Uci<2Uc_av或Uci_av<Uc_av，则增加第i个模块电容充电的开关导通时间或减少第i个模块电容放电的开关导通时间；
(5)系统主控制器向模块控制器发送用以控制该模块电容充放电的开关控制信号；
(6)将用于控制两个电容充放电的开关信号Sci1和Sci2分别进行与运算产生开关信号SciAND；开关信号Sci1和Sci2分别进行或运算产生开关信号SciOR；
(7)比较第i个模块内的第一个电容电压Uci1和第二个电容电压Uci2，当电流方向为正向流入模块为电容充电且Uci1-Uci2>Uexc时，则将SciOR信号分配给用于控制第二个电容充放电的开关，将SciAND信号分配给用于控制第一个电容充放电的开关；当电流方向为正向流入模块为电容充电且且Uci2-Uci1>Uexc时，则将SciOR信号分配给用于控制第一个电容充放电的开关，将SciAND信号分配给用于控制第二个电容充放电的开关；当电流方向为反向流入模块为电容放电且Uci1-Uci2>Uexc时，则将SciOR信号分配给用于控制第一个电容充放电的开关，将SciAND信号分配给用于控制第二个电容充放电的开关；当电流方向为反向流入模块为电容放电且且Uci2-Uci1>Uexc时，则将SciOR信号分配给用于控制第二个电容充放电的开关，将SciAND信号分配给用于控制第一个电容充放电的开关；当Uci1和Uci2差值的绝对值小于Uexc时，则不交换用于控制两个电容充放电的开关信号。
进一步地，步骤(4)所述的开关导通时间通过对各模块电容电压之和Uci或电容电压的平均值Uci_av排序和流过模块的电流方向来调节各模块开关的导通时间，即当电流方向为正向流入模块为电容充电时，减少Uci或Uci_av较大的模块开关导通时间，而当电流方向为反向流入模块为电容放电时，增加Uci或Uci_av较大的模块开关导通时间；当电流方向为正向流入模块为电容充电时，增加Uci或Uci_av较小的模块开关导通时间，而当电流方向为反向流入模块为电容放电时，减少Uci或Uci_av较小的模块开关导通时间。
进一步地，步骤(4)所述的开关导通时间采用载波移相调制，使用PI控制器对各模块开关的导通时间进行调节，即当电流方向为正向流入模块为电容充电时，且Uci>2Uc_av或Uci_av>Uc_av，则减少第i个模块电容充电的开关导通时间，而当电流方向为反向流入模块为电容放电时，且Uci>2Uc_av或Uci_av>Uc_av，增加第i个模块电容放电的开关导通时间，其中，Uci与2Uc_av的差值或Uci_av与Uc_av的差值越大，被调节的开关导通时间也越长，反之，则越短；当电流方向为正向流入模块为电容充电时，且Uci<2Uc_av或Uci_av<Uc_av，则增加第i个模块电容充电的开关导通时间，而当电流方向为反向流入模块为电容放电时，且Uci<2Uc_av或Uci_av<Uc_av，减少第i个模块电容放电的开关导通时间，其中Uci与2Uc_av的差值或Uci_av与Uc_av的差值越大，被调节的开关导通时间也越长，反之，则越短。
进一步地，所述同一模块内用来控制两个电容的开关信号的载波相位相差180度。
有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果：1、本发明将模块内两个电容的电压平衡在其模块控制器内部实现，减少了模块控制器与系统主控制器的通讯信息量，提升了通讯能力；2、虽然模块控制器内增加了两个电容的电压平衡控制，但是对于微控制器的硬件资源需求增长不大，这是因为该控制只使用了简单的比较和逻辑计算；3、在主控制器的电压平衡控制中，减少了一半的控制需求，计算量大幅下降，降低了系统的控制复杂度；4、平衡控制的分级实现以及主控制器计算量的下降为提升系统控制频率和准确度提供了可能；5、与现有调制技术及控制策略兼容性好，易于实现，便于推广。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为典型固态变压器电路图；
图3为本发明多级电压平衡控制方法在典型固态变压器整体控制策略中的位置；
图4为本发明多级电压平衡控制方法在典型固态变压器整体控制策略中的其他位置；
图5为其他固态变压器电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
实施例一
图2为典型固态变压器电路图，该固态变压器由模块化多电平变换器和输出并联的DC/DC变换器所组成的四端口固态变压器，与每个双电容模块直流侧相连的是双有源H桥变换器(DAB)，这些DAB的一端直流侧并联在一起形成输出并联的DC/DC变换器。其中，模块化多电平变换器的交流和直流端口可分别连接高压交流母线和高压直流母线，所采用的模块为双电容模块(DCSM)，输出并联的DC/DC变换器的输出直流端口可连接低压直流母线。图3所示为模块间电压平衡在模块化多电平变换器中实现的固态变压器整体控制框图。
在此拓扑结构和控制策略下，本发明的分级电容电压平衡方法如图1所示，具体包括以下步骤：
在系统运行的过程中，按照设计的采样频率，各模块控制器分别测量和采集各模块内部的电容电压值Ucij，其中i表示模块序号，j表示模块内电容序号。
根据设计要求确定模块内两个电容电压差值的阈值Uexc，Uexc大于0，此值设置的越大，则模块内电容电压平衡效果越好。此值设置的越小，则模块内电容电压平衡效果越差。
模块控制器向系统主控制器发送信息的通讯步骤：模块控制器向系统主控制器发送模块内两个电容电压之和Uci＝Uci1+Uci2或两个电容电压的平均值Uci_av＝(Uci1+Uci2)/2。
系统主控制器的电压平衡控制步骤：系统主控制器根据接收到的各模块电容电压之和Uci或电容电压的平均值Uci_av，计算电容电压平均值Uc_av＝(ΣUci)/n或(ΣUci_av)/(n/2)，其中，n为多电平变换器中电容的数量。当Uci>2Uc_av或Uci_av>Uc_av，则减少第i个模块电容充电的开关导通时间或增加第i个模块电容放电的开关导通时间。当Uci<2Uc_av或Uci_av<Uc_av，则增加第i个模块电容充电的开关导通时间或减少第i个模块电容放电的开关导通时间。其中，如调制策略采用阶梯波调制，开关导通时间通过对各模块电容电压之和Uci或电容电压的平均值Uci_av排序和流过模块的电流方向来调节各模块开关的导通时间，即当电流方向为正向流入模块为电容充电时，减少Uci或Uci_av较大的模块开关导通时间，而当电流方向为反向流入模块为电容放电时，增加Uci或Uci_av较大的模块开关导通时间；当电流方向为正向流入模块为电容充电时，增加Uci或Uci_av较小的模块开关导通时间，而当电流方向为反向流入模块为电容放电时，减少Uci或Uci_av较小的模块开关导通时间。如调制策略采用载波移相调制，则使用PI控制器对各模块开关的导通时间进行调节，即当电流方向为正向流入模块为电容充电时，且Uci>2Uc_av或Uci_av>Uc_av，则减少第i个模块电容充电的开关导通时间，而当电流方向为反向流入模块为电容放电时，且Uci>2Uc_av或Uci_av>Uc_av，增加第i个模块电容放电的开关导通时间，其中，Uci与2Uc_av的差值或Uci_av与Uc_av的差值越大，被调节的开关导通时间也越长，反之，则越短；当电流方向为正向流入模块为电容充电时，且Uci<2Uc_av或Uci_av<Uc_av，则增加第i个模块电容充电的开关导通时间，而当电流方向为反向流入模块为电容放电时，且Uci<2Uc_av或Uci_av<Uc_av，减少第i个模块电容放电的开关导通时间，其中Uci与2Uc_av的差值或Uci_av与Uc_av的差值越大，被调节的开关导通时间也越长，反之，则越短。
系统主控制器向模块控制器发送信息的通讯步骤：系统主控制器向模块控制器发送用以控制该模块电容充放电的开关控制信号。
模块内差异化开关信号产生步骤：将用于控制两个电容充放电的开关信号Sci1和Sci2分别进行与运算产生开关信号SciAND和进行与运算产生开关信号SciOR。
模块内电压平衡控制步骤：比较第i个模块内的第一个电容电压Uci1和第二个电容电压Uci2，当电流方向为正向流入模块为电容充电且Uci1-Uci2>Uexc时，则将SciOR信号分配给用于控制第二个电容充放电的开关，将SciAND信号分配给用于控制第一个电容充放电的开关。当电流方向为正向流入模块为电容充电且且Uci2-Uci1>Uexc时，则将SciOR信号分配给用于控制第一个电容充放电的开关，将SciAND信号分配给用于控制第二个电容充放电的开关。当电流方向为反向流入模块为电容放电且Uci1-Uci2>Uexc时，则将SciOR信号分配给用于控制第一个电容充放电的开关，将SciAND信号分配给用于控制第二个电容充放电的开关。当当电流方向为反向流入模块为电容放电且且Uci2-Uci1>Uexc时，则将SciOR信号分配给用于控制第二个电容充放电的开关，将SciAND信号分配给用于控制第一个电容充放电的开关。当Uci1和Uci2差值的绝对值小于Uexc时，则不交换用于控制两个电容充放电的开关信号。
如调制策略采用载波移相，则每个模块内用来控制两个电容的开关信号的载波相位相差180°。
实施例二
如图2所示为本发明多级电压平衡控制方法在典型固态变压器电路中的最佳实施例，该图是由模块化多电平变换器和输出并联的DC/DC变换器所组成的四端口固态变压器。其中，模块化多电平变换器的交流和直流端口可分别连接高压交流母线和高压直流母线，所采用的模块为双电容模块，输出并联的DC/DC变换器的输出直流端口可连接低压直流母线。图4所示为模块间电压平衡在输出并联的DC/DC变换器中实现的固态变压器整体控制框图。
在此拓扑结构和控制策略下，本发明的分级电容电压平衡方法如图3所示，包括以下步骤：
在系统运行的过程中，按照设计的采样频率，各模块控制器分别测量和采集各模块内部的电容电压值Ucij，其中i表示模块序号，j表示模块内电容序号。
根据设计要求确定模块内两个电容电压差值的阈值Uexc，Uexc大于0，此值设置的越大，则模块内电容电压平衡效果越好。此值设置的越小，则模块内电容电压平衡效果越差。
模块控制器向系统主控制器发送信息的通讯步骤：模块控制器向系统主控制器发送模块内两个电容电压之和Uci＝Uci1+Uci2或两个电容电压的平均值Uci_av＝(Uci1+Uci2)/2。
系统主控制器的电压平衡控制步骤：系统主控制器根据接收到的各模块电容电压之和Uci或电容电压的平均值Uci_av，计算电容电压平均值Uc_av＝(ΣUci)/n或(ΣUci_av)/(n/2)，其中，n为多电平变换器中电容的数量。当Uci>2Uc_av或Uci_av>Uc_av，则减少第i个模块电容充电的开关导通时间或增加第i个模块电容放电的开关导通时间。当Uci<2Uc_av或Uci_av<Uc_av，则增加第i个模块电容充电的开关导通时间或减少第i个模块电容放电的开关导通时间。其中，如调制策略采用阶梯波调制，开关导通时间通过对各模块电容电压之和Uci或电容电压的平均值Uci_av排序和流过模块的电流方向来调节各模块开关的导通时间，即当电流方向为正向流入模块为电容充电时，减少Uci或Uci_av较大的模块开关导通时间，而当电流方向为反向流入模块为电容放电时，增加Uci或Uci_av较大的模块开关导通时间；当电流方向为正向流入模块为电容充电时，增加Uci或Uci_av较小的模块开关导通时间，而当电流方向为反向流入模块为电容放电时，减少Uci或Uci_av较小的模块开关导通时间。如调制策略采用载波移相调制，则使用PI控制器对各模块开关的导通时间进行调节，即当电流方向为正向流入模块为电容充电时，且Uci>2Uc_av或Uci_av>Uc_av，则减少第i个模块电容充电的开关导通时间，而当电流方向为反向流入模块为电容放电时，且Uci>2Uc_av或Uci_av>Uc_av，增加第i个模块电容放电的开关导通时间，其中，Uci与2Uc_av的差值或Uci_av与Uc_av的差值越大，被调节的开关导通时间也越长，反之，则越短；当电流方向为正向流入模块为电容充电时，且Uci<2Uc_av或Uci_av<Uc_av，则增加第i个模块电容充电的开关导通时间，而当电流方向为反向流入模块为电容放电时，且Uci<2Uc_av或Uci_av<Uc_av，减少第i个模块电容放电的开关导通时间，其中Uci与2Uc_av的差值或Uci_av与Uc_av的差值越大，被调节的开关导通时间也越长，反之，则越短。
系统主控制器向模块控制器发送信息的通讯步骤：系统主控制器向模块控制器发送用以控制该模块电容充放电的开关控制信号。
模块内差异化开关信号产生步骤：将用于控制两个电容充放电的开关信号Sci1和Sci2分别进行与运算产生开关信号SciAND和进行与运算产生开关信号SciOR。
模块内电压平衡控制步骤：比较第i个模块内的第一个电容电压Uci1和第二个电容电压Uci2，当电流方向为正向流入模块为电容充电且Uci1-Uci2>Uexc时，则将SciOR信号分配给用于控制第二个电容充放电的开关，将SciAND信号分配给用于控制第一个电容充放电的开关。当当电流方向为正向流入模块为电容充电且且Uci2-Uci1>Uexc时，则将SciOR信号分配给用于控制第一个电容充放电的开关，将SciAND信号分配给用于控制第二个电容充放电的开关。当电流方向为反向流入模块为电容放电且Uci1-Uci2>Uexc时，则将SciOR信号分配给用于控制第一个电容充放电的开关，将SciAND信号分配给用于控制第二个电容充放电的开关。当当电流方向为反向流入模块为电容放电且且Uci2-Uci1>Uexc时，则将SciOR信号分配给用于控制第二个电容充放电的开关，将SciAND信号分配给用于控制第一个电容充放电的开关。当Uci1和Uci2差值的绝对值小于Uexc时，则不交换用于控制两个电容充放电的开关信号。
如调制策略采用载波移相，则每个模块内用来控制两个电容的开关信号的载波相位相差180°。
实施例三
如图5所示为本发明多级电压平衡控制方法在其他典型固态变压器电路中的最佳实施例，该图是由模块化多电平变换器和输出并联的DC/DC变换器所组成的三端口固态变压器。其中，模块化多电平变换器的交流可连接高压交流母线，所采用的模块为双电容模块，输入串联输出并联的DC/DC变换器的输出直流端口可连接低压直流母线。模块间电压平衡在模块化多电平变换器中实现的控制框图与图3相同。
在此拓扑结构和控制策略下，本发明的分级电容电压平衡方法如图1所示，包括以下步骤：
在系统运行的过程中，按照设计的采样频率，各模块控制器分别测量和采集各模块内部的电容电压值Ucij，其中i表示模块序号，j表示模块内电容序号。
根据设计要求确定模块内两个电容电压差值的阈值Uexc，Uexc大于0，此值设置的越大，则模块内电容电压平衡效果越好。此值设置的越小，则模块内电容电压平衡效果越差。
模块控制器向系统主控制器发送信息的通讯步骤：模块控制器向系统主控制器发送模块内两个电容电压之和Uci＝Uci1+Uci2或两个电容电压的平均值Uci_av＝(Uci1+Uci2)/2。
系统主控制器的电压平衡控制步骤：系统主控制器根据接收到的各模块电容电压之和Uci或电容电压的平均值Uci_av，计算电容电压平均值Uc_av＝(ΣUci)/n或(ΣUci_av)/(n/2)，其中，n为多电平变换器中电容的数量。当Uci>2Uc_av或Uci_av>Uc_av，则减少第i个模块电容充电的开关导通时间或增加第i个模块电容放电的开关导通时间。当Uci<2Uc_av或Uci_av<Uc_av，则增加第i个模块电容充电的开关导通时间或减少第i个模块电容放电的开关导通时间。其中，如调制策略采用阶梯波调制，开关导通时间通过对各模块电容电压之和Uci或电容电压的平均值Uci_av排序和流过模块的电流方向来调节各模块开关的导通时间，即当电流方向为正向流入模块为电容充电时，减少Uci或Uci_av较大的模块开关导通时间，而当电流方向为反向流入模块为电容放电时，增加Uci或Uci_av较大的模块开关导通时间；当电流方向为正向流入模块为电容充电时，增加Uci或Uci_av较小的模块开关导通时间，而当电流方向为反向流入模块为电容放电时，减少Uci或Uci_av较小的模块开关导通时间。如调制策略采用载波移相调制，则使用PI控制器对各模块开关的导通时间进行调节，即当电流方向为正向流入模块为电容充电时，且Uci>2Uc_av或Uci_av>Uc_av，则减少第i个模块电容充电的开关导通时间，而当电流方向为反向流入模块为电容放电时，且Uci>2Uc_av或Uci_av>Uc_av，增加第i个模块电容放电的开关导通时间，其中，Uci与2Uc_av的差值或Uci_av与Uc_av的差值越大，被调节的开关导通时间也越长，反之，则越短；当电流方向为正向流入模块为电容充电时，且Uci<2Uc_av或Uci_av<Uc_av，则增加第i个模块电容充电的开关导通时间，而当电流方向为反向流入模块为电容放电时，且Uci<2Uc_av或Uci_av<Uc_av，减少第i个模块电容放电的开关导通时间，其中Uci与2Uc_av的差值或Uci_av与Uc_av的差值越大，被调节的开关导通时间也越长，反之，则越短。
系统主控制器向模块控制器发送信息的通讯步骤：系统主控制器向模块控制器发送用以控制该模块电容充放电的开关控制信号。
模块内差异化开关信号产生步骤：将用于控制两个电容充放电的开关信号Sci1和Sci2分别进行与运算产生开关信号SciAND和进行与运算产生开关信号SciOR。
模块内电压平衡控制步骤：比较第i个模块内的第一个电容电压Uci1和第二个电容电压Uci2，当电流方向为正向流入模块为电容充电且Uci1-Uci2>Uexc时，则将SciOR信号分配给用于控制第二个电容充放电的开关，将SciAND信号分配给用于控制第一个电容充放电的开关。当电流方向为正向流入模块为电容充电且且Uci2-Uci1>Uexc时，则将SciOR信号分配给用于控制第一个电容充放电的开关，将SciAND信号分配给用于控制第二个电容充放电的开关。当电流方向为反向流入模块为电容放电且Uci1-Uci2>Uexc时，则将SciOR信号分配给用于控制第一个电容充放电的开关，将SciAND信号分配给用于控制第二个电容充放电的开关。当当电流方向为反向流入模块为电容放电且且Uci2-Uci1>Uexc时，则将SciOR信号分配给用于控制第二个电容充放电的开关，将SciAND信号分配给用于控制第一个电容充放电的开关。当Uci1和Uci2差值的绝对值小于Uexc时，则不交换用于控制两个电容充放电的开关信号。
如调制策略采用载波移相，则每个模块内用来控制两个电容的开关信号的载波相位相差180°。
本发明对基于双电容模块构成的固态变压器的电容电压平衡控制策略进行了分级控制，在模块控制器对模块内部电容电压进行平衡，在系统主控制器中对模块间电容电压进行平衡。虽然模块控制器计算量有所增加，但是由于只增加了比较和逻辑运算，因此对微控制器硬件资源需求不大。分级控制减少了模块控制器与主控制器之间的通讯需求，降低了主控制器的计算量，与此同时，两级电压平衡控制可同时进行运算，节省了运算时间，特别是系统主控制器一般采用计算能力较强的DSP为串行处理方式的芯片，为提高系统控制频率和准确度提供了可能。

Claims (4)

1.一种固态变压器的电容电压分级平衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在系统运行过程中，各模块控制器分别测量和采集各模块内部的电容电压值Ucij，其中i表示模块序号，j表示模块内电容序号；
(2)确定模块内两个电容电压差值的阈值Uexc，其中Uexc大于0；
(3)模块控制器向系统主控制器发送模块内两个电容电压之和Uci＝Uci1+Uci2或两个电容电压的平均值Uci_av＝(Uci1+Uci2)/2；
(4)系统主控制器根据接收到的各模块电容电压之和Uci或电容电压的平均值Uci_av，计算整个系统的电容电压平均值Uc_av＝(ΣUci)/n或(ΣUci_av)/(n/2)，其中，n为多电平变换器中电容的数量；当Uci>2Uc_av或Uci_av>Uc_av，则减少第i个模块电容充电的开关导通时间或增加第i个模块电容放电的开关导通时间；当Uci<2Uc_av或Uci_av<Uc_av，则增加第i个模块电容充电的开关导通时间或减少第i个模块电容放电的开关导通时间；
(5)系统主控制器向模块控制器发送用以控制该模块电容充放电的开关信号；
(6)将用于控制两个电容充放电的开关信号Sci1和Sci2分别进行与运算产生开关信号SciAND；开关信号Sci1和Sci2分别进行或运算产生开关信号SciOR；
(7)比较第i个模块内的第一个电容电压Uci1和第二个电容电压Uci2，当电流方向为正向流入模块为电容充电且Uci1-Uci2>Uexc时，则将开关信号SciOR分配给用于控制第二个电容充放电的开关，将开关信号SciAND分配给用于控制第一个电容充放电的开关；当电流方向为正向流入模块为电容充电且Uci2-Uci1>Uexc时，则将开关信号SciOR分配给用于控制第一个电容充放电的开关，将开关信号SciAND分配给用于控制第二个电容充放电的开关；当电流方向为反向流入模块为电容放电且Uci1-Uci2>Uexc时，则将开关信号SciOR分配给用于控制第一个电容充放电的开关，将开关信号SciAND分配给用于控制第二个电容充放电的开关；当电流方向为反向流入模块为电容放电且Uci2-Uci1>Uexc时，则将开关信号SciOR分配给用于控制第二个电容充放电的开关，将开关信号SciAND分配给用于控制第一个电容充放电的开关；当Uci1和Uci2差值的绝对值小于Uexc时，则不交换用于控制两个电容充放电的开关信号。
2.根据权利要求1所述的一种固态变压器的电容电压分级平衡控制方法，其特征在于，步骤(4)所述的开关导通时间通过对各模块电容电压之和Uci或电容电压的平均值Uci_av排序和流过模块的电流方向来调节，即当电流方向为正向流入模块为电容充电时，减少Uci或Uci_av较大的模块开关导通时间，而当电流方向为反向流入模块为电容放电时，增加Uci或Uci_av较大的模块开关导通时间；当电流方向为正向流入模块为电容充电时，增加Uci或Uci_av较小的模块开关导通时间，而当电流方向为反向流入模块为电容放电时，减少Uci或Uci_av较小的模块开关导通时间。
3.根据权利要求1所述的一种固态变压器的电容电压分级平衡控制方法，其特征在于，步骤(4)所述的开关导通时间采用载波移相调制，使用PI控制器对各模块开关的导通时间进行调节，即当电流方向为正向流入模块为电容充电时，且Uci>2Uc_av或Uci_av>Uc_av，则减少第i个模块电容充电的开关导通时间，而当电流方向为反向流入模块为电容放电时，且Uci>2Uc_av或Uci_av>Uc_av，增加第i个模块电容放电的开关导通时间，其中，Uci与2Uc_av的差值或Uci_av与Uc_av的差值越大，被调节的开关导通时间也越长，反之，则越短；当电流方向为正向流入模块为电容充电时，且Uci<2Uc_av或Uci_av<Uc_av，则增加第i个模块电容充电的开关导通时间，而当电流方向为反向流入模块为电容放电时，且Uci<2Uc_av或Uci_av<Uc_av，减少第i个模块电容放电的开关导通时间，其中Uci与2Uc_av的差值或Uci_av与Uc_av的差值越大，被调节的开关导通时间也越长，反之，则越短。
4.根据权利要求3所述的一种固态变压器的电容电压分级平衡控制方法，其特征在于，所述各模块中，同一模块内用来控制两个电容的开关信号的载波相位相差180度。
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