CN112165269A - 单相级联全桥多电平换流器的控制方法、多电平换流器 - Google Patents

单相级联全桥多电平换流器的控制方法、多电平换流器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种单相级联全桥多电平换流器的控制方法、多电平换流器，其中控制方法包括以下步骤：获取输入电压、电感电流、以及全桥单元的输出电压，生成调制波信号；获取全桥单元中各桥臂的载波信号，将所述调制波信号与各载波信号进行比较，获得比较结果，其中，桥臂分为基础桥臂和镜像桥臂，基础桥臂的载波信号与其镜像桥臂的载波信号相同；基于所述比较结果控制相应桥臂的开关动作，令各基础桥臂与其镜像桥臂的开关动作相反。本发明通过对称的配置各桥臂的载波移相角，令基础桥臂及其镜像桥臂能够产生大小相等、方向相反的噪声，从而使噪声相互抵消，有效抑制共模干扰。

Description

单相级联全桥多电平换流器的控制方法、多电平换流器
技术领域
本发明涉及交流/直流变换领域，尤其涉及一种单相级联全桥多电平换流器的控制方法及、还提出一种多电平换流器。
背景技术
在多电平拓扑中，级联全桥(Cascade H-bridge,CHB)结构具有模块化的特点，因此在高功率变换器应用场合，基于CHB的多电平技术得到广泛应用。
由于CHB存在多个直流母线，各直流母线与保护地之间存在寄生电容，当CHB的桥臂进行开关动作时，直流母线上产生的电平跳变将通过所述寄生电容传递共模噪声，干扰设备正常运行，对整个系统产生不良影响。
常见的抑制共模干扰的方法包括增加共模滤波器、增加开关器件以及修改控制策略。
增加共模滤波器的方法就是在共模传导路径中接入大阻抗，能够简单有效地抑制共模噪声传导，但是这种方法会大幅增加系统的体积，降低系统的功率密度。
增加开关器件的方法是通过改变电路拓扑，但其会增加系统中的功率器件，因此会增加系统的损耗，降低系统效率，且也会增加系统的成本和控制复杂度。
修改控制策略的方案是改变调制策略，现有公开一种基于三相的SVPWM控制策略，但其无法转用于单相的工作场景中。
发明内容
本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种能够抑制单相级联全桥多电平换流器共模干扰的控制方法，其无需格外增加共模滤波器或开关器件，还提出一种多电平换流器。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种单相级联全桥多电平换流器的控制方法，包括以下步骤：
获取输入电压、电感电流、以及全桥单元的输出电压，生成调制波信号；
获取全桥单元中各桥臂的载波信号，将所述调制波信号与各载波信号进行比较，获得比较结果，其中，将前半部分桥臂作为基础桥臂，后半部分桥臂作为镜像桥臂，所述基础桥臂和镜像桥臂一一对应，且基础桥臂的载波信号与其镜像桥臂的载波信号相同；
基于所述比较结果控制相应桥臂的开关动作，令各基础桥臂与其镜像桥臂的开关动作相反。
作为一种可实施方式，获取全桥单元中各桥臂的载波信号前，还包括为各桥臂配置载波移相角的步骤，具体为：
基于全桥单元的总数计算基础桥臂的数量，获得基础桥臂数；
基于所述基础桥臂数依次为各基础桥臂配置载波移相角，并将所述基础桥臂的载波移相角作为其镜像桥臂的载波移相角。
作为一种可实施方式，其特征在于，所述载波移相角的取值为θi；
Figure BDA0002690157790000021
其中，Nc表示全桥单元的总数，i为整数，且1≤i≤Nc。
作为一种可实施方式：
令第i个基础桥臂的载波移相角为θi；
或，计算获得θ1至θNc的角度值，生成赋值数据集；
基于预设的赋值规则从所述赋值数据集中提取一角度值，将所述角度值作为相应基础桥臂及其镜像桥臂的载波移相角。
作为一种可实施方式：
各基础桥臂的载波移相角互不相同。
作为一种可实施方式：
全桥单元包括第一桥臂和第二桥臂；
当所述第一桥臂和所述第二桥臂均为基础桥臂时：
随机从赋值数据集中提取一角度值，将所述角度值作为所述第一桥臂的载波移相角，获得第一载波移相角；
计算赋值数据集中各角度值与所述第一载波移相角差值的绝对值，获得相应的第一角度差；
计算各角度差与π差值的绝对值，获得第二角度差；
提取最小的第二角度差对应的角度值，将所述角度值作为所述第二桥臂的载波移相角。
作为一种可实施方式：
获取输出电压，将所述输出电压与预设的基准输出电压相比较，获得电压差值数据；
基于PID算法对所述电压差值数据进行计算，获得电流有效值参考信号；
获取输入电压，基于数字锁相环计算获得输入电压相位；
基于所述电流有效值参考信号和所述输入电压相位计算获得电流环参考信号；
获取电感电流，将所述电感电流与所述电流环参考信号相比较，获得电流差值数据；
基于PID算法对所述电流差值数据进行计算，获得调制波信号。
作为一种可实施方式：
载波信号包括第一载波信号和第二载波信号，第一载波信号与全桥单元的第一桥臂相对应，第二载波信号与全桥单元的第二桥臂相对应；
当调制波信号大于第一载波信号时，令相应第一桥臂的上功率元件开通，下功率元件关断，反之，上功率元件关断，下功率元件开通；
当调制波信号大于第二载波信号时，令相应第二桥臂的上功率元件关断，下功率元件开通，反之，上功率元件开通，下功率元件关断。
本发明还提出一种多电平换流器，包括信号相连的主功率电路和控制器；
所述主功率电路包括依次串联的第一电感、单相级联全桥电路和第二电感，其中第一电感与第二电感的感值相同；
所述单相级联全桥电路，其包括若干个依次级联的全桥单元，所述全桥单元包括桥臂，将前半部分桥臂作为基础桥臂，后半部分桥臂作为镜像桥臂，所述基础桥臂与所述镜像桥臂一一对应；
所述控制器分别与各桥臂相连，用于控制各桥臂的开关动作，还用于配置各桥臂的载波移相角，使基础桥臂的载波移相角与其镜像桥臂的载波移相角相同。
作为一种可实施方式：
还包括采样电路，所述采样电路与控制器信号相连；
所述采样电路，用于检测流经第一电感和/或第二电感的电感电流，用于检测输入电压，还用于检测任意一个或多个全桥单元的输出电压；
所述控制器，用于根据所述电感电流、所述输入电压及所述输出电压生成调制波信号，并基于所述调制波信号和各桥臂的载波信号控制相应桥臂中功率器件的开关动作，令各基础桥臂与其镜像桥臂的开关动作相反。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
本发明通过对称的配置各桥臂的载波移相角度，在实际使用中基础桥臂及其镜像桥臂能够产生大小相等、方向相反的噪声，从而使噪声相互抵消；与现有抑制共模干扰的技术方案相比，无需增加额外的开关器件，且能大幅减小共模滤波器的体积，节约成本且能提升所在系统的功率密度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种多电平换流器中主功率电路的第一示意图；
图2是本发明一种多电平换流器中主功率电路的第二示意图；
图3是本发明一种多电平换流器中主功率电路的电路示意图；
图4是本发明一种多电平换流器中控制器的模块连接示意图；
图5是本发明一种单相级联全桥多电平换流器的控制方法的流程示意图；
图6是配置载波移相角的流程示意图；
图7调制波信号、载波信号及所生成控制信号的波形示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1、一种多电平换流器，包括信号相连主功率电路和控制器，如图1或图2所示，主功率电路包括依次串联的第一电感、单相级联全桥电路和第二电感，其中第一电感与第二电感的感值相同；
所述单相级联全桥电路为对称电路，其包括若干个依次级联的全桥单元，所述全桥单元包括第一桥臂和第二桥臂；
参照图2及图3，将位于单相级联全桥电路的前半部分桥臂作为基础桥臂，如图2或图3中的基础桥臂1至基础桥臂Nc所示，后半部分桥臂作为镜像桥臂，如图2或图3中的镜像桥臂Nc至镜像桥臂1所示，图2或图3中基础桥臂1与镜像桥臂1相对应，以此类推，所述基础桥臂与所述镜像桥臂基于对称轴线一一对应；
图2中全桥单元数为偶数，上半部分全桥单元的第一桥臂和第二桥臂均作为基础桥臂，下半部分全桥单元的第一桥臂和第二桥臂均作为镜像桥臂；图3中全桥单元数为奇数，处于中间的全桥单元的第一桥臂为基础桥臂，第二桥臂为镜像桥臂。
所述控制器分别与各桥臂相连，用于控制各桥臂的开关动作，还用于配置各桥臂的载波移相角，使基础桥臂的载波移相角与其镜像桥臂的载波移相角相同。
图3为主功率电路的电路示意图，图1中L1表示第一电感，L2表示第二电感，O1至ONc表示全桥单元，A1至ANc表示第一桥臂、B1至BNc表示第二桥臂，S11至S1Nc表示第一桥臂的上功率元件，S21至S2Nc表示第一桥臂的下功率元件，S31至S3Nc表示第二桥臂的上功率元件，S41至S4Nc表示第二桥臂的下功率元件。本实施例中第一电感与第二电感可采用Boost电感，上述功率元件例如可采用MOSFET功率开关或者是IGBT功率开关。
参照图3，本实施例主功率电路连接在交流电压源两端，其中第一电感与第一个全桥单元的第一桥臂相连，第二电感与最后一个全桥单元的第二桥臂相连，作为全桥单元的第二桥臂与其下一级全桥单元的第一桥臂相连。
由上可知，本实施例通过对称的配置各全桥单元的载波移相角度，在实际使用中基础桥臂及其镜像桥臂能够产生大小相等、方向相反的噪声，从而使噪声相互抵消；与现有抑制共模干扰的技术方案相比，无需增加额外的开关器件，且能大幅减小共模滤波器的体积，节约成本且能提升所在系统的功率密度，亦无需牺牲所在系统的效率。
图2中全桥单元数为偶数，上半部分全桥单元的第一桥臂和第二桥臂均作为基础桥臂，下半部分全桥单元的第一桥臂和第二桥臂均作为镜像桥臂；图3中全桥单元数为奇数，处于中间的全桥单元的第一桥臂为基础桥臂，第二桥臂为镜像桥臂，即，所述全桥单元的第二桥臂为其第一桥臂的镜像桥臂，其第一桥臂和第二桥臂能够产生大小相等、方向相反的噪声，从而使噪声相互抵消。
对于级联全桥结构的拓扑，不同的桥臂产生的共模噪声大小不一样，如将各全桥单元的第一桥臂作为基础桥臂，第二桥臂作为与其相对应的镜像桥臂，此时无法抵消共模噪声，甚至会加剧共模噪声。
进一步地，各基础桥臂的载波移相角互不相同，所述载波移相角的取值为θi；
Figure BDA0002690157790000051
其中，Nc表示全桥单元的总数，i为整数，且0＜i≤Nc。
如所有桥臂的载波移相角都相同，虽然其能够抵消共模噪声，但基于差模的角度分析，此方法会造成电感伏秒变大，导致电感的体积变大，降低所在系统的功率密度。本实施例通过对各桥臂载波移相角的设计，使各基础桥臂的载波移相角互不相同，在抑制共模噪声的同时不对所在系统的功率密度造成影响。
进一步地，还包括采样电路，所述采样电路与控制器信号相连；
所述采样电路，用于检测流经第一电感和/或第二电感的电感电流，用于检测输入电压，还用于检测任意一个或多个全桥单元的输出电压；
参照图3，图1中V01至V0Nc为相应全桥单元的输出直流母线电压，由于单相级联全桥电路自均压，故各全桥单元的输出直流母线电压均相等，本实施例将所述输出直流母线电压作为输出电压，故仅需检测任意一个全桥单元的输出电压即可。
所述控制器，用于根据所述电感电流、所述输入电压及所述输出电压生成调制波信号，并基于所述调制波信号和各桥臂的载波信号控制相应桥臂中功率器件的开关动作，令各基础桥臂与其镜像桥臂的开关动作相反。
参照图4，本实施例中控制器包括依次相连的数字信号处理器DSP(DigitalSignal Processing)、可编程器FPGA(Field Programmable Gate Array)和驱动电路(图4未示出)；
所述数字信号处理器与采样电路信号相连，用于根据所述电感电流、所述输入电压及所述输出电压生成调制波信号；
所述可编程器FPGA，用于获取并比较调制波信号和各桥臂的载波信号，根据比较结果产生每个桥臂对应的PWM控制信号，通过驱动电路基于PWM控制信号控制各桥臂中各功率元件的开关动作。
进一步地，还包括电源电路，所述电源电路分别与交流电压源、控制器和采样电路相连，用于将信号源提供的输入电压进行降压后为控制器和采样电路供电。
实施例2、一种单相级联全桥多电平换流器的控制方法，本实施例中所述多电平换流器例如可采用实施例1所公开的多电平换流器，如图5所示，具体包括以下步骤：
S100、获取输入电压、电感电流、以及全桥单元的输出电压，生成调制波信号；
S200、获取全桥单元中各桥臂的载波信号，将所述调制波信号与各载波信号进行比较，获得比较结果；
其中，将前半部分桥臂作为基础桥臂，后半部分桥臂作为镜像桥臂，所述基础桥臂和镜像桥臂一一对应，且基础桥臂的载波信号与其镜像桥臂的载波信号相同；
S300、基于所述比较结果控制相应桥臂的开关动作，令各基础桥臂与其镜像桥臂的开关动作相反。
由实施例1中控制器执行上述步骤；
由上可知，本实施例令基础桥臂与其镜像桥臂共用一个载波进行同步控制，采用同步控制基础桥臂及其镜像桥臂，于从而使基础桥臂与其镜像桥臂产生的噪声相抵消，从而达到抑制共模干扰的目的。
进一步地，在步骤S200获取全桥单元中各桥臂的载波信号前，还包括为各桥臂配置载波移相角的步骤，参照图6，具体为：
A、基于全桥单元的总数计算基础桥臂的数量，获得基础桥臂数：
由于各全桥单元的均包含两个桥臂，基础桥臂占所有桥臂的一半，故基础桥臂数与全桥单元总数一致。
全桥单元的总数可由人工输入或自动统计被驱动的全桥单元获得。
B、基于所述基础桥臂数依次为各基础桥臂配置载波移相角，并将所述基础桥臂的载波移相角作为其镜像桥臂的载波移相角。
所述载波移相角的取值为θi；
Figure BDA0002690157790000071
其中，Nc表示全桥单元的总数，i为整数，且1≤i≤Nc。
配置载波移相角的方法包括以下两种：B1、令第i个基础桥臂的载波移相角为θi。
当为第k个桥臂配置载波移相角时，判断k是否大于Nc；
当k大于Nc时，结束配置；
当k小于等于Nc时，令第k个桥臂(基础桥臂)和第2Nc-k+1个桥臂(镜像桥臂)的载波移相角为θk。
B1、按照预设的规则为载波移相角赋值；
计算获得θ1至θNc的角度值，生成赋值数据集；
①、随机赋值：
随机从所述赋值数据集中提取一角度值，将所述角度值作为相应基础桥臂及其镜像桥臂的载波移相角。
当要求各基础桥臂的载波移相角互不相同，从赋值数据集提取的角度值不放回，后续基础桥臂的载波移相角从赋值数据集中剩余的角度值中随机选取，否则从赋值数据集提取的角度值放回赋值数据集中，每次赋值都从θ1至θNc的角度值中随机选取。
本实施例通过对计算载波移相角θi算法的设计，使各载波移相角互不相同，降低电感伏秒，同时能够在达到共模噪声抵消的效果的同时不降低所在系统的功率密度。
②、当所述第一桥臂和所述第二桥臂均为基础桥臂，令第一桥臂的载波移相角和第二桥臂的载波移相角的角度差接近π，具体步骤如下：
随机从赋值数据集中提取一角度值，将所述角度值作为所述第一桥臂的载波移相角，获得第一载波移相角；
计算赋值数据集中各角度值与所述第一载波移相角差值的绝对值，获得相应的第一角度差；
计算各角度差与π差值的绝对值，获得第二角度差；
提取最小的第二角度差所对应的角度值，将所述角度值作为所述第二桥臂的载波移相角，获得第二载波移相角。
赋值数据集中所提取作为载波移相角的角度值不放回赋值数据集中，当全桥单元的第一桥臂为基础桥臂，第二桥臂为镜像桥臂时，赋值数据集中仅剩一角度值，所述角度值为所述全桥单元的第一载波移相角和第二载波移相角；
如图3中全桥单元O1和全桥单元ONc所示，全桥单元O1的第一载波移相角与全桥单元ONc的第二载波移相角相同，全桥单元O1的第二载波移相角与全桥单元ONc的第一载波移相角相同；故除第一桥臂为基础桥臂、第二桥臂为镜像桥臂的全桥单元外，其他全桥单元第一载波移相角和第二载波移相角的错相接近于π，此时能够有效降低对应全桥单元中直流母线上电容的损耗，此为最优的载波移相角配置方案。
进一步地，参照图4，步骤S100中获取输入电压、电感电流、以及全桥单元的输出电压，生成调制波信号的具体步骤为：
获取输出电压vo，将所述输出电压vo与预设的基准输出电压voref相比较，获得电压差值数据；
基于PID算法对所述电压差值数据进行计算，获得电流有效值参考信号Irmsref；
获取输入电压vin，基于数字锁相环计算获得输入电压相位θ；
基于所述电流有效值参考信号Irmsref和所述输入电压相位θ计算获得电流环参考信号Iref，Iref＝Irmsref*sin(θ)；
获取电感电流iL，将所述电感电流iL与所述电流环参考信号Iref相比较，获得电流差值数据；
基于PID算法对所述电流差值数据进行计算，获得调制波信号Vs。
PID算法和数字锁相环均属于现有技术，故不再本实施例中进行详细介绍。
进一步地：
载波信号包括第一载波信号和第二载波信号，第一载波信号与全桥单元的第一桥臂相对应，第二载波信号与全桥单元的第二桥臂相对应；
步骤S300基于所述比较结果控制相应桥臂的开关动作的具体方式为：
当调制波信号大于第一载波信号时，令相应第一桥臂的上功率元件(如图1中S11至S1Nc所示)开通，下功率元件(如图1中S21至S2Nc所示)关断，反之，上功率元件关断，下功率元件开通；
当调制波信号大于第二载波信号时，令相应第二桥臂的上功率元件(如图1中S31至S3Nc所示)关断，下功率元件(如图1中S41至S4Nc所示)开通，反之，上功率元件开通，下功率元件关断。
案例1、Nc为奇数，以全桥单元O1、全桥单元ONp、和全桥单元ONc为例，对基于调制波信号和载波信号所生成控制对应功率元件的控制信号的波形进行举例说明；
全桥单元ONp为全桥单元为奇数时位于中间位置的全桥单元，其第一桥臂为基础桥臂，第二桥臂为所述基础桥臂的镜像桥臂。
当Nc为偶数时，其无全桥单元ONp，其余与Nc为奇数情况相同，故不再本说明书中进行赘述。
全桥单元O1的第一桥臂和第二桥臂均为基础桥臂，全桥单元ONc的第一桥臂和第二桥臂均为镜像桥臂，且全桥单元ONc的第一桥臂与全桥单元O1的第二桥臂相对应，全桥单元ONc的第二桥臂与全桥单元O1的第以桥臂相对应；
如图7所示，Vc1A表示全桥单元O1的第一载波信号，其波形如图7中粗实线(折线)所示、Vc1B表示表示全桥单元O1的第二载波信号，其波形如图7中粗虚线所示、VcNp表示表示全桥单元ONp的第一载波信号和第二载波信号，其波形如图7中细虚线所示、VS表示调试波信号，其波形如图7中直线所示，其余波形为所输出的对应功率元件的控制信号的波形；
图7中各坐标系中横坐标为时间，纵坐标为电平，ws是指角频率，其等于2πfs，fs是开关频率，本案例中第i个基础桥臂对应的载波移相角为θi，由图7可知，全桥单元O1的第一载波移相角和第二载波移相角相差(θ2-θ1)，全桥单元ONp的第一桥臂和第二桥臂共用一个载波信号，全桥单元ONp和全桥单元O1的第一载波移相角相差
Figure BDA0002690157790000091
由于全桥单元ONc的第一桥臂和全桥单元O1的第二桥臂共用同一个载波波形，故当调制波信号VS大于载波信号Vc1A时，全桥单元O1中第一桥臂的上功率元件S11导通；全桥单元ONc中第二桥臂的上功率元件S1Nc关断，反之，全桥单元O1中第一桥臂的上功率元件S11关断；全桥单元ONc中第二桥臂的上功率元件S1Nc导通，由图7中上功率元件S11与上功率元件S1Nc所对应控制信号的波形对比可知，全桥单元O1中第一桥臂和全桥单元ONc中第二桥臂同步进行相反动作，故其产生的噪声可相互抵消。
由于全桥单元ONp，的第一桥臂和第二桥臂共用同一个载波波形，故当调制波信号VS大于载波信号VcNp时，全桥单元ONp中第一桥臂的上功率元件S1Np导通，第二桥臂的上功率元件S3Np关断，反之，第一桥臂的上功率元件S1Np关断，第二桥臂的上功率元件S3(Np)导通，由图7中上功率元件S1Np+1与上功率元件S3Np所对应控制信号的波形对比可知，全桥单元ONp中第一桥臂和第二桥臂同步进行相反动作，故其产生的噪声可相互抵消。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
需要说明的是：
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种单相级联全桥多电平换流器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取输入电压、电感电流、以及全桥单元的输出电压，生成调制波信号；
获取全桥单元中各桥臂的载波信号，将所述调制波信号与各载波信号进行比较，获得比较结果，其中，将前半部分桥臂作为基础桥臂，后半部分桥臂作为镜像桥臂，所述基础桥臂和镜像桥臂一一对应，且基础桥臂的载波信号与其镜像桥臂的载波信号相同；
基于所述比较结果控制相应桥臂的开关动作，令各基础桥臂与其镜像桥臂的开关动作相反。
2.根据权利要求1所述的单相级联全桥多电平换流器的控制方法，其特征在于，获取全桥单元中各桥臂的载波信号前，还包括为各桥臂配置载波移相角的步骤，具体为：
基于全桥单元的总数计算基础桥臂的数量，获得基础桥臂数；
基于所述基础桥臂数依次为各基础桥臂配置载波移相角，并将所述基础桥臂的载波移相角作为其镜像桥臂的载波移相角。
3.根据权利要求2所述的单相级联全桥多电平换流器的控制方法，其特征在于，所述载波移相角的取值为θi；
Figure FDA0002690157780000011
其中，Nc表示全桥单元的总数，i为整数，且1≤i≤Nc。
4.根据权利要求3所述的单相级联全桥多电平换流器的控制方法，其特征在于：
令第i个基础桥臂的载波移相角为θi；
或，计算获得θ1至θNc的角度值，生成赋值数据集；
基于预设的赋值规则从所述赋值数据集中提取一角度值，将所述角度值作为相应基础桥臂及其镜像桥臂的载波移相角。
5.根据权利要求1至4任一所述的单相级联全桥多电平换流器的控制方法，其特征在于：
各基础桥臂的载波移相角互不相同。
6.根据权利要求5所述的单相级联全桥多电平换流器的控制方法，其特征在于：
全桥单元包括第一桥臂和第二桥臂；
当所述第一桥臂和所述第二桥臂均为基础桥臂时：
随机从赋值数据集中提取一角度值，将所述角度值作为所述第一桥臂的载波移相角，获得第一载波移相角；
计算赋值数据集中各角度值与所述第一载波移相角差值的绝对值，获得相应的第一角度差；
计算各角度差与π差值的绝对值，获得第二角度差；
提取最小的第二角度差所对应的角度值，将所述角度值作为所述第二桥臂的载波移相角。
7.根据权利要求1至4任一所述的单相级联全桥多电平换流器的控制方法，其特征在于：
获取输出电压，将所述输出电压与预设的基准输出电压相比较，获得电压差值数据；
基于PID算法对所述电压差值数据进行计算，获得电流有效值参考信号；
获取输入电压，基于数字锁相环计算获得输入电压相位；
基于所述电流有效值参考信号和所述输入电压相位计算获得电流环参考信号；
获取电感电流，将所述电感电流与所述电流环参考信号相比较，获得电流差值数据；
基于PID算法对所述电流差值数据进行计算，获得调制波信号。
8.根据权利要求1至4任一所述的单相级联全桥多电平换流器的控制方法，其特征在于：
载波信号包括第一载波信号和第二载波信号，第一载波信号与全桥单元的第一桥臂相对应，第二载波信号与全桥单元的第二桥臂相对应；
当调制波信号大于第一载波信号时，令相应第一桥臂的上功率元件开通，下功率元件关断，反之，上功率元件关断，下功率元件开通；
当调制波信号大于第二载波信号时，令相应第二桥臂的上功率元件关断，下功率元件开通，反之，上功率元件开通，下功率元件关断。
9.一种多电平换流器，包括信号相连的主功率电路和控制器，其特征在于：
所述主功率电路包括依次串联的第一电感、单相级联全桥电路和第二电感，其中第一电感与第二电感的感值相同；
所述单相级联全桥电路，其包括若干个依次级联的全桥单元，所述全桥单元包括桥臂，将前半部分桥臂作为基础桥臂，后半部分桥臂作为镜像桥臂，所述基础桥臂与所述镜像桥臂一一对应；
所述控制器分别与各桥臂相连，用于控制各桥臂的开关动作，还用于配置各桥臂的载波移相角，使基础桥臂的载波移相角与其镜像桥臂的载波移相角相同。
10.根据权利要求9所述的多电平换流器，其特征在于：
还包括采样电路，所述采样电路与控制器信号相连；
所述采样电路，用于检测流经第一电感和/或第二电感的电感电流，用于检测输入电压，还用于检测任意一个或多个全桥单元的输出电压；
所述控制器，用于根据所述电感电流、所述输入电压及所述输出电压生成调制波信号，并基于所述调制波信号和各桥臂的载波信号控制相应桥臂中功率器件的开关动作，令各基础桥臂与其镜像桥臂的开关动作相反。
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