CN112290819B - 三相三电平变换器及其放电方法 - Google Patents

三相三电平变换器及其放电方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种三相三电平变换器，包括第一三电平变换器，其输入端连接至第一相交流电，其输出端连接至正、负直流母线；第二三电平变换器，其输入端连接至第二相交流电，其输出端连接至正、负直流母线；第三三电平变换器，其输入端连接至第三相交流电，其输出端连接至正、负直流母线；在正、负直流母线之间串联的第一电容和第二电容，第一电容和第二电容相连接形成的节点连接至中性点；在第一三电平变换器的输入端和中性点之间串联的第一开关和第一耗能元件；以及在第二三电平变换器的输入端和中性点之间串联的第二开关和第二耗能元件。本发明还提供了一种放电方法，其能够对正和/或负直流母线进行放电，以避免正、负直流母线发生过压。

Description

三相三电平变换器及其放电方法
技术领域
本发明涉及三电平变换器领域，具体涉及一种三相三电平变换器及其放电方法。
背景技术
三电平变换器包括T型三电平变换器和I型三电平变换器，与传统的两电平变换器相比，三电平变换器中的开关晶体管的关断电压减半，谐波小，损耗低，且效率高。
当三相三电平变换器用于三相不间断电源时，其输入端连接至三相交流电，其输出端连接至正直流母线和负直流母线，正、负直流母线通过逆变器连接至负载。当三相交流电正常时，三相三电平变换器被控制为将三相交流电整流为直流电，并存储至连接在正直流母线和负直流母线之间的电容中。当三相交流电断电或异常时，三相不间断电源切换为电池模式，三相三电平变换器停止工作，此时电池放电并储存至连接在正直流母线和负直流母线之间的电容中，同时逆变器被控制为将正、负直流母线上的直流电逆变为交流电并对负载进行供电。
在电池模式下，如果负载馈电至正直流母线和/或负直流母线中，将导致正直流母线和/或负直流母线上的电压超过预定的阈值电压。现有的三相三电平变换器仅仅具有母线平衡功能，即控制三相三电平变换器使得正直流母线上的电压幅值降低同时使得负直流母线上的电压幅值增加，或使得正直流母线上的电压幅值增加同时使得负直流母线上的电压幅值降低，从而实现正直流母线到中性点之间的电压等于中性点到负直流母线之间的电压。
然而，当正直流母线上的电压幅值超过预定的阈值电压时，现有的三相三电平变换器无法实现在不增加负直流母线上的电压幅值的情况下降低正直流母线上的电压幅值，和/或当负直流母线上的电压幅值超过预定的阈值电压时，现有的三相三电平变换器无法实现在不增加正直流母线上的电压幅值的情况下降低负直流母线上的电压幅值。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种三相三电平变换器，包括：
第一三电平变换器，其输入端连接至第一相交流电，其输出端连接至正、负直流母线；
第二三电平变换器，其输入端连接至第二相交流电，其输出端连接至正、负直流母线；
第三三电平变换器，其输入端连接至第三相交流电，其输出端连接至正、负直流母线；
在所述正、负直流母线之间串联的第一电容和第二电容，所述第一电容和第二电容相连接形成的节点连接至中性点；
在所述第一三电平变换器的输入端和中性点之间串联的第一开关和第一耗能元件；以及
在所述第二三电平变换器的输入端和中性点之间串联的第二开关和第二耗能元件。
优选的，所述第一耗能元件为第一电阻，所述第二耗能元件为第二电阻。
优选的，所述第一、第二和第三三电平变换器分别为第一、第二和第三T型三电平变换器。
优选的，所述第一、第二和第三三电平变换器分别为第一、第二和第三I型三电平变换器。
本发明提供一种用于如上所述的三相三电平变换器的放电方法，所述放电方法包括：
当所述正直流母线和中性点之间的电压超过预定的阈值电压时，控制所述第一开关和第二开关导通，且控制所述第一三电平变换器使得所述正直流母线通过所述串联的第一开关和第一耗能元件到中性点之间形成第一放电路径，和/或控制所述第二三电平变换器使得所述正直流母线通过所述串联的第二开关和第二耗能元件到中性点之间形成第二放电路径；
当所述中性点和负直流母线之间的电压超过预定的阈值电压时，控制所述第一开关和第二开关导通，且控制所述第一三电平变换器使得所述中性点通过所述串联的第一开关和第一耗能元件到负直流母线之间形成第三放电路径，和/或控制所述第二三电平变换器使得所述中性点通过所述串联的第二开关和第二耗能元件到负直流母线之间形成第四放电路径；
当所述正直流母线和中性点之间的电压超过预定的阈值电压且所述中性点和负直流母线之间的电压超过预定的阈值电压时，控制所述第一开关和第二开关导通，且控制所述第一三电平变换器使得所述正直流母线通过所述串联的第一开关和第一耗能元件到中性点之间形成第一放电路径，以及控制所述第二三电平变换器使得所述中性点通过所述串联的第二开关和第二耗能元件到负直流母线之间形成第四放电路径。
优选的，所述第一、第二和第三三电平变换器分别为第一、第二和第三T型三电平变换器，所述第一T型三电平变换器包括连接至所述正直流母线的第一开关晶体管、在所述中性点和其输入端之间依次连接的第二开关晶体管和第三开关晶体管、连接至所述负直流母线的第四开关晶体管；所述第二T型三电平变换器包括连接至所述正直流母线的第五开关晶体管、在所述中性点和其输入端之间依次连接的第六开关晶体管和第七开关晶体管、连接至所述负直流母线的第八开关晶体管；当所述正直流母线和中性点之间的电压超过预定的阈值电压时，给所述第一开关晶体管提供第一开关控制信号，给所述第二开关晶体管提供第二开关控制信号，给所述第三开关晶体管提供第三开关控制信号，所述第三开关控制信号与所述第一开关控制信号互补，给所述第四开关晶体管提供第四开关控制信号以控制所述第四开关晶体管截止；和/或给所述第五开关晶体管提供第五开关控制信号，给所述第六开关晶体管提供第六开关控制信号，给所述第七开关晶体管提供第七开关控制信号，所述第七开关控制信号与所述第五开关控制信号互补，给所述第八开关晶体管提供第八开关控制信号以控制所述第八开关晶体管截止。
优选的，当所述中性点到所述负直流母线之间的电压超过预定的阈值电压时，给所述第一开关晶体管提供第二十一开关控制信号以控制所述第一开关晶体管截止，给所述第二开关晶体管提供第二十二开关控制信号，给所述第三开关晶体管提供第二十三开关控制信号，给所述第四开关晶体管提供第二十四开关控制信号，所述第二十四开关控制信号与所述第二十二开关控制信号互补；和/或给所述第五开关晶体管提供第二十五开关控制信号以控制所述第五开关晶体管截止，给所述第六开关晶体管提供第二十六开关控制信号，给所述第七开关晶体管提供第二十七开关控制信号，给所述第八开关晶体管提供第二十八开关控制信号，所述第二十八开关控制信号与所述第二十六开关控制信号互补。
优选的，当所述正直流母线和中性点之间的电压超过预定的阈值电压且所述中性点到所述负直流母线之间的电压超过预定的阈值电压时，给所述第一开关晶体管提供第三十一开关控制信号，给所述第二开关晶体管提供第三十二开关控制信号，给所述第三开关晶体管提供第三十三开关控制信号，所述第三十三开关控制信号与所述第三十一开关控制信号互补，给所述第四开关晶体管提供第三十四开关控制信号以控制所述第四开关晶体管截止；以及给所述第五开关晶体管提供第三十五开关控制信号以控制所述第五开关晶体管截止，给所述第六开关晶体管提供第三十六开关控制信号，给所述第七开关晶体管提供第三十七开关控制信号，给所述第八开关晶体管提供第三十八开关控制信号，所述第三十八开关控制信号与所述第三十六开关控制信号互补。
优选的，当所述正直流母线和中性点之间的电压超过预定的阈值电压时，所述第一、第二和第三开关控制信号分别为第一、第二和第三脉宽调制信号，所述第四开关控制信号为占空比为0的第四脉宽调制信号；和/或所述第五、第六和第七开关控制信号分别为第五、第六和第七脉宽调制信号，所述第八开关控制信号为占空比为0的第八脉宽调制信号；当所述中性点到所述负直流母线之间的电压超过预定的阈值电压时，所述二十一开关控制信号为占空比为0的第二十一脉宽调制信号，所述第二十二、第二十三和第二十四开关控制信号分别为第二十二、第二十三和第二十四脉宽调制信号；和/或所述二十五开关控制信号为占空比为0的第二十五脉宽调制信号，所述第二十六、第二十七和第二十八开关控制信号分别为第二十六、第二十七和第二十八脉宽调制信号；当所述正直流母线和中性点之间的电压超过预定的阈值电压且所述中性点到所述负直流母线之间的电压超过预定的阈值电压时，所述第三十一、第三十二和第三十三开关控制信号分别为第三十一、第三十二和第三十三脉宽调制信号，所述第三十四开关控制信号为占空比为0的第三十四脉宽调制信号；以及所述第三十五开关控制信号为占空比为0的第三十五脉宽调制信号，所述第三十六、第三十七和第三十八开关控制信号分别为第三十六、第三十七和第三十八脉宽调制信号。
优选的，所述第一、第二和第三三电平变换器分别为第一、第二和第三I型三电平变换器，所述第一I型三电平变换器包括在正直流母线和负直流母线之间依次连接的第一开关晶体管、第二开关晶体管、第三开关晶体管和第四开关晶体管，所述第二I型三电平变换器包括在正直流母线和负直流母线之间依次连接的第五开关晶体管、第六开关晶体管、第七开关晶体管和第八开关晶体管，当所述正直流母线和中性点之间的电压超过预定的阈值电压时，给所述第一开关晶体管提供第一开关控制信号，给所述第二开关晶体管提供第二开关控制信号以控制所述第二开关晶体管导通，给所述第三开关晶体管提供第三开关控制信号，所述第三开关控制信号与所述第一开关控制信号互补，给所述第四开关晶体管提供第四开关控制信号以控制所述第四开关晶体管截止；和/或给所述第五开关晶体管提供第五开关控制信号，给所述第六开关晶体管提供第六开关控制信号以控制所述第六开关晶体管导通，给所述第七开关晶体管提供第七开关控制信号，所述第七开关控制信号与所述第五开关控制信号互补，给所述第八开关晶体管提供第八开关控制信号以控制所述第八开关晶体管截止。
优选的，当所述中性点到所述负直流母线之间的电压超过预定的阈值电压时，给所述第一开关晶体管提供第二十一开关控制信号，给第二开关晶体管提供第二十二开关控制信号以控制所述第二开关晶体管截止，给第三开关晶体管提供第二十三开关控制信号，所述第二十三开关控制信号与所述第二十一开关控制信号互补，给所述第四开关晶体管提供第二十四开关控制信号以控制所述第四开关晶体管导通；和/或给所述第五开关晶体管提供第二十五开关控制信号，给第六开关晶体管提供第二十六开关控制信号以控制所述第六开关晶体管截止，给第七开关晶体管提供第二十七开关控制信号，所述第二十七开关控制信号与所述第二十五开关控制信号互补，给所述第八开关晶体管提供第二十八开关控制信号以控制所述第八开关晶体管导通。
优选的，当所述正直流母线和中性点之间的电压超过预定的阈值电压且所述中性点到所述负直流母线之间的电压超过预定的阈值电压时，给所述第一开关晶体管提供第三十一开关控制信号，给所述第二开关晶体管提供第三十二开关控制信号以控制所述第二开关晶体管导通，给所述第三开关晶体管提供第三十三开关控制信号，所述第三十三开关控制信号与所述第三十一开关控制信号互补，给所述第四开关晶体管提供第三十四开关控制信号以控制所述第四开关晶体管截止；以及给所述第五开关晶体管提供第三十五开关控制信号，给第六开关晶体管提供第三十六开关控制信号以控制所述第六开关晶体管截止，给第七开关晶体管提供第三十七开关控制信号，所述第三十七开关控制信号与所述第三十五开关控制信号互补，给所述第八开关晶体管提供第三十八开关控制信号以控制所述第八开关晶体管导通。
优选的，当所述正直流母线和中性点之间的电压超过预定的阈值电压时，所述第一、第二、第三和第四开关控制信号分别为第一脉宽调制信号、占空比为1的第二脉宽调制信号、第三脉宽调制信号、占空比为0的第四脉宽调制信号；和/或所述第五、第六、第七和第八开关控制信号分别为第五脉宽调制信号、占空比为1的第六脉宽调制信号、第七脉宽调制信号、占空比为0的第八脉宽调制信号；当所述中性点到所述负直流母线之间的电压超过预定的阈值电压时，所述第二十一、第二十二、第二十三和第二十四开关控制信号分别为第二十一脉宽调制信号、占空比为0的第二十二脉宽调制信号、第二十三脉宽调制信号、占空比为1的第二十四脉宽调制信号；和/或第二十五、第二十六、第二十七和第二十八开关控制信号分别为第二十五脉宽调制信号、占空比为0的第二十六脉宽调制信号、第二十七脉宽调制信号、占空比为1的第二十八脉宽调制信号；当所述正直流母线和中性点之间的电压超过预定的阈值电压且所述中性点到所述负直流母线之间的电压超过预定的阈值电压时，所述第三十一、第三十二、第三十三和第三十四开关控制信号分别为第三十一脉宽调制信号、占空比为1的第三十二脉宽调制信号、第三十三脉宽调制信号、占空比为0的第三十四脉宽调制信号，所述第三十五、第三十六、第三十七和第三十八开关控制信号分别为第三十五脉宽调制信号、占空比为0的第三十六脉宽调制信号、第三十七脉宽调制信号、占空比为1的第三十八脉宽调制信号。
本发明的三相三电平变换器能够根据正直流母线和负直流母线上的电压幅值，在不增加负直流母线的电压幅值情况下降低正直流母线上的电压幅值，或在不增加正直流母线的电压幅值的情况下降低负直流母线上的电压幅值，或同时降低正、负直流母线上的电压幅值。从而避免正、负直流母线发生过压。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1是根据本发明较佳实施例的三相T型三电平变换器的电路图。
图2示出了图1所示的三相T型三电平变换器的正直流母线的放电路径。
图3示出了图1所示的三相T型三电平变换器的负直流母线的放电路径。
图4示出了图1所示的三相T型三电平变换器的正直流母线和负直流母线的放电路径。
图5是根据本发明较佳实施例的三相I型三电平变换器的电路图。
图6示出了图5所示的三相I型三电平变换器的正直流母线的放电路径。
图7示出了图5所示的三相I型三电平变换器的负直流母线的放电路径。
图8示出了图5所示的三相I型三电平变换器的正直流母线和负直流母线的放电路径。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。
图1是根据本发明较佳实施例的三相T型三电平变换器的电路图。如图1所示，三相T型三电平变换器1包括T型三电平变换器11、T型三电平变换器12和三电平变换器13，在T型三电平变换器11的输入端和中性点N之间串联的电阻R11和开关S11，在T型三电平变换器12的输入端和中性点N之间串联的电阻R12和开关S12，以及在正直流母线P1和负直流母线N1之间串联的电容C11和电容C12，其中电容C11和电容C12相连接形成的节点连接至中性点N。
T型三电平变换器11、12、13相同，且每一个都包括连接至正直流母线P1的第一开关晶体管、在中性点N和其输入端依次连接的第二开关晶体管和第三开关晶体管，以及连接至负直流母线N1的第四开关晶体管。T型三电平变换器11、12和13的具体连接关系为本领域技术人员所公知，在此不予以详细描述。T型三电平变换器11的输入端通过串联的电感L11和开关K11连接至第一相交流电，其输出端连接至正直流母线P1和负直流母线N1。T型三电平变换器12的输入端通过串联的电感L12和开关K12连接至第二相交流电，其输出端连接至正直流母线P1和负直流母线N1。T型三电平变换器13的输入端通过串联的电感L13和开关K13连接至第三相交流电，其输出端连接至正直流母线P1和负直流母线N1。
下面将分情况介绍三相T型三电平变换器1的放电方法。
当正直流母线P1上的电压幅值超过预定的阈值电压时，即正直流母线P1到中性点N之间的电压超过预定的阈值电压时，控制装置(图1未示出)控制T型三电平变换器13，使得正直流母线P1和负直流母线N1的电压平衡，同时控制开关S11和S12导通。
控制装置还给T型三电平变换器11提供如下的控制信号：给开关晶体管Q11提供第一脉宽调制信号，其占空比优选接近或等于1；给开关晶体管Q12提供第二脉宽调制信号，第二脉宽调制信号的占空比优选等于1；给开关晶体管Q13提供第三脉宽调制信号，第三脉宽调制信号与第一脉宽调制信号互补或其占空比优选为0；给开关晶体管Q14提供占空比等于0的第四脉宽调制信号；和/或
给T型三电平变换器12提供如下的控制信号：给开关晶体管Q21提供第一脉宽调制信号，其占空比优选接近或等于1；给开关晶体管Q22提供第二脉宽调制信号，第二脉宽调制信号的占空比优选等于1；给开关晶体管Q23提供第三脉宽调制信号，第三脉宽调制信号与第一脉宽调制信号互补或其占空比优选为0；给开关晶体管Q24提供占空比等于0的第四脉宽调制信号。
图2示出了图1所示的三相T型三电平变换器的正直流母线的放电路径。正直流母线P1的放电路径如图2中的虚线箭头所示，正直流母线P1依次通过开关晶体管Q11、串联的电阻R11和开关S11到中性点N进行放电；和/或正直流母线P1通过开关晶体管Q21、串联的电阻R12和开关S12到中性点N进行放电。由此实现正直流母线P1的放电，从而使得正直流母线P1上的电压幅值降低。
当负直流母线N1上的电压幅值超过预定的阈值电压时，即中性点N到负直流母线N1之间的电压超过预定的阈值电压时，控制装置(图1未示出)控制T型三电平变换器13，使得正直流母线P1和负直流母线N1的电压平衡，同时控制开关S11和S12导通。
控制装置还给T型三电平变换器11提供如下的控制信号：给开关晶体管Q11提供占空比等于0的第一脉宽调制信号；给开关晶体管Q12提供第二脉宽调制信号，第二脉宽调制信号的占空比优选为零或接近零，给开关晶体管Q13提供第三脉宽调制信号，第三脉宽调制信号优选与第一脉宽调制信号互补，即第三脉宽调制信号的占空比优选等于1，给开关晶体管Q14提供第四脉宽调制信号，其与第二脉宽调制信号互补，即其占空比优选接近或等于1；和/或
给T型三电平变换器12提供如下的控制信号：给开关晶体管Q21提供占空比等于0的第一脉宽调制信号；给开关晶体管Q22提供第二脉宽调制信号，第二脉宽调制信号的占空比优选为零或接近零，给开关晶体管Q23提供第三脉宽调制信号，第三脉宽调制信号优选与第一脉宽调制信号互补，即第三脉宽调制信号的占空比优选等于1，给开关晶体管Q24提供第四脉宽调制信号，其与第二脉宽调制信号互补，即其占空比优选接近或等于1。
图3示出了图1所示的三相T型三电平变换器的负直流母线的放电路径。负直流母线的放电路径如图3中的虚线箭头所示，中性点N依次通过串联的开关S11和电阻R11、导通的开关晶体管Q14到负直流母线N1；和/或中性点N依次通过串联的开关S12和电阻R12、导通的开关晶体管Q24到负直流母线N1。由此实现负直流母线N1的放电，从而使得负直流母线N1上的电压幅值降低。
当正直流母线P1和负直流母线N1上的电压幅值都超过预定的阈值电压时，即正直流母线P1到中性点N之间的电压超过预定的阈值电压，同时中性点N到负直流母线N1之间的电压超过预定的阈值电压时，控制装置(图1未示出)控制T型三电平变换器13，使得正直流母线P1和负直流母线N1两端的电压平衡，同时控制开关S11和S12导通。控制装置还给T型三电平变换器11和T型三电平变换器12提供如下的控制信号：
给开关晶体管Q11提供第一脉宽调制信号，其占空比优选接近或等于1；给开关晶体管Q12提供第二脉宽调制信号，第二脉宽调制信号的占空比优选等于1；给开关晶体管Q13提供第三脉宽调制信号，第三脉宽调制信号与第一脉宽调制信号互补或其占空比优选为0；给开关晶体管Q14提供占空比等于0的第四脉宽调制信号。
同时给开关晶体管Q21提供占空比等于0的第一脉宽调制信号；给开关晶体管Q22提供第二脉宽调制信号，第二脉宽调制信号的占空比优选为零或接近零，给开关晶体管Q23提供第三脉宽调制信号，第三脉宽调制信号优选与第一脉宽调制信号互补，即第三脉宽调制信号的占空比优选等于1，给开关晶体管Q24提供第四脉宽调制信号，其与第二脉宽调制信号互补，即其占空比优选接近或等于1。
图4示出了图1所示的三相T型三电平变换器的正直流母线和负直流母线的放电路径。正直流母线P1和负直流母线N1的放电路径如图4中的虚线箭头所示，其中正直流母线的放电路径为：正直流母线P1通过开关晶体管Q11、串联的电阻R11和开关S11到中性点N进行放电。负直流母线N1的放电路径如下：中性点N通过串联的开关S12和电阻R12、导通的开关晶体管Q24到负直流母线N1。由此实现正直流母线P1和负直流母线N1的放电，从而使得正直流母线P1和负直流母线N1上的电压幅值都降低。
在本发明的其他实施例中，电阻R11和电阻R12能够被替换为其他的阻性元件或电涌保护器等其他能够消耗电能的耗能元件。
本发明的T型三电平变换器11、12、13中的开关晶体管并不限于采用绝缘栅双极型晶体管，还可以采用金氧半场效应晶体管。
本发明的放电方法能够对三相T型三电平变换器1的正直流母线P1和/或负直流母线N1进行放电，从而使得正直流母线P1和/或负直流母线N1上的电压幅值降低。
给开关晶体管Q11和Q13提供互补的脉宽调制信号，给开关晶体管Q12和Q14提供互补的脉宽调制信号，可以简化控制装置和放电方法。同样给开关晶体管Q21和Q23提供互补的脉宽调制信号，给开关晶体管Q22和Q24提供互补的脉宽调制信号，可以简化控制装置和放电方法。
图5是根据本发明较佳实施例的三相I型三电平变换器的电路图。如图5所示，三相I型三电平变换器2包括I型三电平变换器21、I型三电平变换器22和I型三电平变换器23，在I型三电平变换器21的输入端和中性点N之间串联的电阻R21和开关S21，在I型三电平变换器22的输入端和中性点N之间串联的电阻R22和开关S22，以及在正直流母线P2和负直流母线N2之间串联的电容C21和电容C22，其中电容C21和电容C22相连接形成的节点连接至中性点N。
I型三电平变换器21、22、23相同，且每一个都包括在正直流母线P2和负直流母线N2之间依次连接的第一开关晶体管，第二开关晶体管、第三开关晶体管和第四开关晶体管，I型三电平变换器21、22、23的具体连接关系为本领域技术人员所公知，在此不予以详细描述。I型三电平变换器21的输入端通过串联的电感L21和开关K21连接至第一相交流电，其输出端连接至正直流母线P2和负直流母线N2。I型三电平变换器22的输入端通过串联的电感L22和开关K22连接至第二相交流电，其输出端连接至正直流母线P2和负直流母线N2。I型三电平变换器23的输入端通过串联的电感L23和开关K23连接至第三相交流电，其输出端连接至正直流母线P2和负直流母线N2。
下面将分情况介绍三相I型三电平变换器2的放电方法。
当正直流母线P2上的电压幅值超过预定的阈值电压时，即正直流母线P2到中性点N之间的电压超过预定的阈值电压时，控制装置(图5未示出)控制I型三电平变换器23，使得正直流母线P2和负直流母线N2的电压平衡，同时控制开关S21和S22导通。
控制装置还给I型三电平变换器21提供如下的控制信号：给开关晶体管T11提供第一脉宽调制信号，其占空比优选接近或等于1；给开关晶体管T12提供占空比等于1的第二脉宽调制信号；给开关晶体管T13提供第三脉宽调制信号，第三脉宽调制信号与第一脉宽调制信号互补，即其占空比优选接近或等于0，给第四开关晶体管T14提供占空比为0的第四脉宽调制信号；和/或
给制I型三电平变换器22提供如下的控制信号：给开关晶体管T21提供第一脉宽调制信号，其占空比优选接近或等于1；给开关晶体管T22提供占空比等于1的第二脉宽调制信号；给开关晶体管T23提供第三脉宽调制信号，第三脉宽调制信号与第一脉宽调制信号互补，即其占空比优选接近或等于0，给第四开关晶体管T24提供占空比为0的第四脉宽调制信号。
图6示出了图5所示的三相I型三电平变换器的正直流母线的放电路径。正直流母线P2的放电路径如图6中的虚线箭头所示，正直流母线P2依次通过开关晶体管T11、导通的开关晶体管T12、串联的电阻R21和导通的开关S21到中性点N进行放电；和/或正直流母线P2依次通过开关晶体管T21、导通的开关晶体管T22、串联的电阻R22和导通的开关S22到中性点N进行放电。由此实现正直流母线P2的放电，从而使得正直流母线P2上的电压幅值降低。
当负直流母线N2上的电压幅值超过预定的阈值电压时，即中性点N到负直流母线N2之间的电压超过预定的阈值电压时，控制装置(图5)控制I型三电平变换器23，使得正直流母线P2和负直流母线N2的电压平衡，同时控制开关S21和S22导通。
控制装置还给I型三电平变换器21提供如下的控制信号：给开关晶体管T11提供第一脉宽调制信号，其占空比优选接近0或等于0；给开关晶体管T12提供占空比为0的第二脉宽调制信号；给开关晶体管T13提供第三脉宽调制信号，其与第一脉宽调制信号互补，即其占空比优选接近1或等于1；给开关晶体管T14提供占空比等于1的第四脉宽调制信号；和/或
给I型三电平变换器12提供如下的控制信号：给开关晶体管T21提供第一脉宽调制信号，其占空比优选接近0或等于0；给开关晶体管T22提供占空比为0的第二脉宽调制信号；给开关晶体管T23提供第三脉宽调制信号，其与第一脉宽调制信号互补，占空比优选接近1或等于1；给开关晶体管T24提供占空比等于1的第四脉宽调制信号。
图7示出了图5所示的三相I型三电平变换器的负直流母线的放电路径。负直流母线N2的放电路径如图7中的虚线箭头所示，中性点N依次通过串联的开关S21和电阻R21、导通的开关晶体管T13和导通的开关晶体管T14到负直流母线N2；和/或中性点N依次通过串联的开关S22和电阻R22、导通的开关晶体管T23和导通的开关晶体管T24到负直流母线N2。由此实现负直流母线N2的放电，从而使得负直流母线N2上的电压幅值降低。
当正直流母线P2和负直流母线N2上都过压时，即正直流母线P2到中性点N之间的电压超过预定的阈值电压，同时中性点N到负直流母线N2之间的电压超过预定的阈值电压时，控制装置(图5未示出)控制I型三电平变换器23，使得正直流母线P2和负直流母线N2两端的电压平衡，同时控制开关S21和S22导通。控制装置还给I型三电平变换器21和I型三电平变换器22提供如下的控制信号：
给开关晶体管T11提供第一脉宽调制信号，其占空比优选接近1；给开关晶体管T12提供占空比等于1的第二脉宽调制信号；给开关晶体管T13提供第三脉宽调制信号，第三脉宽调制信号的占空比为0或与第一脉宽调制信号互补；给第四开关晶体管T14提供占空比为0的第四脉宽调制信号。
同时给开关晶体管T21提供第一脉宽调制信号，其占空比优选接近0或等于0；给开关晶体管T22提供占空比为0的第二脉宽调制信号；给开关晶体管T23提供第三脉宽调制信号，其与第一脉宽调制信号互补，占空比优选接近1或等于1；给开关晶体管T24提供占空比等于1的第四脉宽调制信号。
图8示出了图5所示的三相I型三电平变换器的正直流母线和负直流母线的放电路径。正直流母线P2和负直流母线N2的放电路径如图8中的虚线箭头所示，正直流母线P2依次通过导通的开关晶体管T11、导通的开关晶体管T12和串联的开关S21和电阻R21到中性点N进行放电；中性点N依次通过串联的开关S22和电阻R22、导通的开关晶体管T23和导通的开关晶体管T24到负直流母线N2进行放电。由此实现正直流母线P2和负直流母线N2的放电，从而使得正直流母线P2和负直流母线N2上的电压幅值都降低。
在本发明的其他实施例中，电阻R21和电阻R22能够被替换为其他的阻性元件或电涌保护器等其他能够消耗电能的耗能元件。
本发明的I型三电平变换器21、22、23中的开关晶体管并不限于采用绝缘栅双极型晶体管，还可以采用金氧半场效应晶体管。
本发明的放电方法能够对三相I型三电平变换器2的正直流母线P2和/或负直流母线N2进行放电，从而使得正直流母线P2和/或负直流母线N2上的电压幅值电压降低。
给开关晶体管T11和T13提供互补的脉宽调制信号，给开关晶体管T12和T14提供互补的脉宽调制信号，可以简化控制装置和放电方法。同样给开关晶体管T21和T23提供互补的脉宽调制信号，给开关晶体管T22和T24提供互补的脉宽调制信号，可以简化控制装置和放电方法。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (16)

1.一种三相三电平变换器，其特征在于，包括：
第一三电平变换器，其输入端连接至第一相交流电，其输出端连接至正、负直流母线；
第二三电平变换器，其输入端连接至第二相交流电，其输出端连接至正、负直流母线；
第三三电平变换器，其输入端连接至第三相交流电，其输出端连接至正、负直流母线；
在所述正、负直流母线之间串联的第一电容和第二电容，所述第一电容和第二电容相连接形成的节点连接至中性点；
所述第一三电平变换器的输入端与所述第一相交流电之间形成第一节点；
所述第二三电平变换器的输入端与所述第二相交流电之间形成第二节点；
在所述第一节点和所述中性点之间串联的第一开关和第一耗能元件；以及
在所述第二节点和所述中性点之间串联的第二开关和第二耗能元件；
其中，所述第一耗能元件和所述第二耗能元件中的至少一个被配置为能够在所述正、负直流母线和所述中性点之间形成直流通路。
2.根据权利要求1所述的三相三电平变换器，其特征在于，所述第一耗能元件为第一电阻，所述第二耗能元件为第二电阻。
3.根据权利要求1所述的三相三电平变换器，其特征在于，所述第一、第二和第三三电平变换器分别为第一、第二和第三T型三电平变换器或者分别为第一、第二和第三I型三电平变换器。
4.一种用于如权利要求1所述的三相三电平变换器的放电方法，其特征在于，所述放电方法包括：
当所述正直流母线和中性点之间的电压超过预定的阈值电压时，控制所述第一开关和第二开关导通，且控制所述第一三电平变换器使得所述正直流母线通过所述串联的第一开关和第一耗能元件到中性点之间形成第一放电路径，和/或控制所述第二三电平变换器使得所述正直流母线通过所述串联的第二开关和第二耗能元件到中性点之间形成第二放电路径；
当所述中性点和负直流母线之间的电压超过预定的阈值电压时，控制所述第一开关和第二开关导通，且控制所述第一三电平变换器使得所述中性点通过所述串联的第一开关和第一耗能元件到负直流母线之间形成第三放电路径，和/或控制所述第二三电平变换器使得所述中性点通过所述串联的第二开关和第二耗能元件到负直流母线之间形成第四放电路径；
当所述正直流母线和中性点之间的电压超过预定的阈值电压且所述中性点和负直流母线之间的电压超过预定的阈值电压时，控制所述第一开关和第二开关导通，且控制所述第一三电平变换器使得所述正直流母线通过所述串联的第一开关和第一耗能元件到中性点之间形成第一放电路径，以及控制所述第二三电平变换器使得所述中性点通过所述串联的第二开关和第二耗能元件到负直流母线之间形成第四放电路径。
5.根据权利要求4所述的放电方法，其特征在于，所述第一、第二和第三三电平变换器分别为第一、第二和第三T型三电平变换器，所述第一T型三电平变换器包括连接至所述正直流母线的第一开关晶体管、在所述中性点和其输入端之间依次连接的第二开关晶体管和第三开关晶体管、连接至所述负直流母线的第四开关晶体管；所述第二T型三电平变换器包括连接至所述正直流母线的第五开关晶体管、在所述中性点和其输入端之间依次连接的第六开关晶体管和第七开关晶体管、连接至所述负直流母线的第八开关晶体管；当所述正直流母线和中性点之间的电压超过预定的阈值电压时，
给所述第一开关晶体管提供第一开关控制信号，给所述第二开关晶体管提供第二开关控制信号，给所述第三开关晶体管提供第三开关控制信号，所述第三开关控制信号与所述第一开关控制信号互补，给所述第四开关晶体管提供第四开关控制信号以控制所述第四开关晶体管截止；和/或
给所述第五开关晶体管提供第五开关控制信号，给所述第六开关晶体管提供第六开关控制信号，给所述第七开关晶体管提供第七开关控制信号，所述第七开关控制信号与所述第五开关控制信号互补，给所述第八开关晶体管提供第八开关控制信号以控制所述第八开关晶体管截止。
6.根据权利要求5所述的放电方法，其特征在于，当所述中性点到所述负直流母线之间的电压超过预定的阈值电压时，
给所述第一开关晶体管提供第二十一开关控制信号以控制所述第一开关晶体管截止，给所述第二开关晶体管提供第二十二开关控制信号，给所述第三开关晶体管提供第二十三开关控制信号，给所述第四开关晶体管提供第二十四开关控制信号，所述第二十四开关控制信号与所述第二十二开关控制信号互补；和/或
给所述第五开关晶体管提供第二十五开关控制信号以控制所述第五开关晶体管截止，给所述第六开关晶体管提供第二十六开关控制信号，给所述第七开关晶体管提供第二十七开关控制信号，给所述第八开关晶体管提供第二十八开关控制信号，所述第二十八开关控制信号与所述第二十六开关控制信号互补。
7.根据权利要求5所述的放电方法，其特征在于，当所述正直流母线和中性点之间的电压超过预定的阈值电压且所述中性点到所述负直流母线之间的电压超过预定的阈值电压时，
给所述第一开关晶体管提供第三十一开关控制信号，给所述第二开关晶体管提供第三十二开关控制信号，给所述第三开关晶体管提供第三十三开关控制信号，所述第三十三开关控制信号与所述第三十一开关控制信号互补，给所述第四开关晶体管提供第三十四开关控制信号以控制所述第四开关晶体管截止；以及
给所述第五开关晶体管提供第三十五开关控制信号以控制所述第五开关晶体管截止，给所述第六开关晶体管提供第三十六开关控制信号，给所述第七开关晶体管提供第三十七开关控制信号，给所述第八开关晶体管提供第三十八开关控制信号，所述第三十八开关控制信号与所述第三十六开关控制信号互补。
8.根据权利要求5所述的放电方法，其特征在于，
当所述正直流母线和中性点之间的电压超过预定的阈值电压时，所述第一、第二和第三开关控制信号分别为第一、第二和第三脉宽调制信号，所述第四开关控制信号为占空比为0的第四脉宽调制信号；和/或所述第五、第六和第七开关控制信号分别为第五、第六和第七脉宽调制信号，所述第八开关控制信号为占空比为0的第八脉宽调制信号。
9.根据权利要求4所述的放电方法，其特征在于，所述第一、第二和第三三电平变换器分别为第一、第二和第三I型三电平变换器，所述第一I型三电平变换器包括在正直流母线和负直流母线之间依次连接的第一开关晶体管、第二开关晶体管、第三开关晶体管和第四开关晶体管，所述第二I型三电平变换器包括在正直流母线和负直流母线之间依次连接的第五开关晶体管、第六开关晶体管、第七开关晶体管和第八开关晶体管，当所述正直流母线和中性点之间的电压超过预定的阈值电压时，
给所述第一开关晶体管提供第一开关控制信号，给所述第二开关晶体管提供第二开关控制信号以控制所述第二开关晶体管导通，给所述第三开关晶体管提供第三开关控制信号，所述第三开关控制信号与所述第一开关控制信号互补，给所述第四开关晶体管提供第四开关控制信号以控制所述第四开关晶体管截止；和/或
给所述第五开关晶体管提供第五开关控制信号，给所述第六开关晶体管提供第六开关控制信号以控制所述第六开关晶体管导通，给所述第七开关晶体管提供第七开关控制信号，所述第七开关控制信号与所述第五开关控制信号互补，给所述第八开关晶体管提供第八开关控制信号以控制所述第八开关晶体管截止。
10.根据权利要求9所述的放电方法，其特征在于，当所述中性点到所述负直流母线之间的电压超过预定的阈值电压时，
给所述第一开关晶体管提供第二十一开关控制信号，给第二开关晶体管提供第二十二开关控制信号以控制所述第二开关晶体管截止，给第三开关晶体管提供第二十三开关控制信号，所述第二十三开关控制信号与所述第二十一开关控制信号互补，给所述第四开关晶体管提供第二十四开关控制信号以控制所述第四开关晶体管导通；和/或
给所述第五开关晶体管提供第二十五开关控制信号，给第六开关晶体管提供第二十六开关控制信号以控制所述第六开关晶体管截止，给第七开关晶体管提供第二十七开关控制信号，所述第二十七开关控制信号与所述第二十五开关控制信号互补，给所述第八开关晶体管提供第二十八开关控制信号以控制所述第八开关晶体管导通。
11.根据权利要求9所述的放电方法，其特征在于，当所述正直流母线和中性点之间的电压超过预定的阈值电压且所述中性点到所述负直流母线之间的电压超过预定的阈值电压时，
给所述第一开关晶体管提供第三十一开关控制信号，给所述第二开关晶体管提供第三十二开关控制信号以控制所述第二开关晶体管导通，给所述第三开关晶体管提供第三十三开关控制信号，所述第三十三开关控制信号与所述第三十一开关控制信号互补，给所述第四开关晶体管提供第三十四开关控制信号以控制所述第四开关晶体管截止；以及
给所述第五开关晶体管提供第三十五开关控制信号，给第六开关晶体管提供第三十六开关控制信号以控制所述第六开关晶体管截止，给第七开关晶体管提供第三十七开关控制信号，所述第三十七开关控制信号与所述第三十五开关控制信号互补，给所述第八开关晶体管提供第三十八开关控制信号以控制所述第八开关晶体管导通。
12.根据权利要求9所述的放电方法，其特征在于，
当所述正直流母线和中性点之间的电压超过预定的阈值电压时，所述第一、第二、第三和第四开关控制信号分别为第一脉宽调制信号、占空比为1的第二脉宽调制信号、第三脉宽调制信号、占空比为0的第四脉宽调制信号；和/或所述第五、第六、第七和第八开关控制信号分别为第五脉宽调制信号、占空比为1的第六脉宽调制信号、第七脉宽调制信号、占空比为0的第八脉宽调制信号。
13.根据权利要求6所述的放电方法，其特征在于，
当所述中性点到所述负直流母线之间的电压超过预定的阈值电压时，所述二十一开关控制信号为占空比为0的第二十一脉宽调制信号，所述第二十二、第二十三和第二十四开关控制信号分别为第二十二、第二十三和第二十四脉宽调制信号；和/或所述二十五开关控制信号为占空比为0的第二十五脉宽调制信号，所述第二十六、第二十七和第二十八开关控制信号分别为第二十六、第二十七和第二十八脉宽调制信号。
14.根据权利要求7所述的放电方法，其特征在于，
当所述正直流母线和中性点之间的电压超过预定的阈值电压且所述中性点到所述负直流母线之间的电压超过预定的阈值电压时，所述第三十一、第三十二和第三十三开关控制信号分别为第三十一、第三十二和第三十三脉宽调制信号，所述第三十四开关控制信号为占空比为0的第三十四脉宽调制信号；以及所述第三十五开关控制信号为占空比为0的第三十五脉宽调制信号，所述第三十六、第三十七和第三十八开关控制信号分别为第三十六、第三十七和第三十八脉宽调制信号。
15.根据权利要求10所述的放电方法，其特征在于，
当所述中性点到所述负直流母线之间的电压超过预定的阈值电压时，所述第二十一、第二十二、第二十三和第二十四开关控制信号分别为第二十一脉宽调制信号、占空比为0的第二十二脉宽调制信号、第二十三脉宽调制信号、占空比为1的第二十四脉宽调制信号；和/或第二十五、第二十六、第二十七和第二十八开关控制信号分别为第二十五脉宽调制信号、占空比为0的第二十六脉宽调制信号、第二十七脉宽调制信号、占空比为1的第二十八脉宽调制信号。
16.根据权利要求11所述的放电方法，其特征在于，
当所述正直流母线和中性点之间的电压超过预定的阈值电压且所述中性点到所述负直流母线之间的电压超过预定的阈值电压时，所述第三十一、第三十二、第三十三和第三十四开关控制信号分别为第三十一脉宽调制信号、占空比为1的第三十二脉宽调制信号、第三十三脉宽调制信号、占空比为0的第三十四脉宽调制信号，所述第三十五、第三十六、第三十七和第三十八开关控制信号分别为第三十五脉宽调制信号、占空比为0的第三十六脉宽调制信号、第三十七脉宽调制信号、占空比为1的第三十八脉宽调制信号。
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