CN112787530B - 具有母线中点电压补偿的三电平逆变器及其控制方法 - Google Patents

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CN112787530B CN202110034350.XA CN202110034350A CN112787530B CN 112787530 B CN112787530 B CN 112787530B CN 202110034350 A CN202110034350 A CN 202110034350A CN 112787530 B CN112787530 B CN 112787530B
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Abstract

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种具有母线中点电压补偿的三电平逆变器及其控制方法，包括，正极电位；负极电位；中点电位；第一电容，连接于正极电位和中点电位之间；第二电容，连接于中点电位和负极电位之间；开关支路，连接于正极电位和负极电位之间，开关支路于一组控制信号的作用下可控制地切换以在一输出点产生一输出点电位；储能电感，连接中点电位和输出点，于开关支路的切换下第一电容或第二电容向储能电感充电或放电。本发明的三电平逆变器可以将第一电容的能量通过储能电感转换到第二电容，或者第二电容的能量通过储能电感转换到第一电容，达到对母线中点电位的电压实现补偿的目的，同时结构简单，成本较低，性价比高。

Description

具有母线中点电压补偿的三电平逆变器及其控制方法
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种具有母线中点电压补偿的三电平逆变器及其控制方法。
背景技术
随着太阳能、UPS(Uninterruptible Power Supply，不间断电源)技术的不断发展和市场的不断扩大，对逆变器效率的要求也越来越被制造商所重视，因此三电平的拓扑结构便应运而生。与传统两电平结构相比，三电平结构除了使单个IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)阻断电压减半之外，还具有谐波小、损耗低、效率高等优势。目前针对三电平拓扑结构有很多种，最常见的两种拓扑结构为“T”型三电平结构和“I”型三电平结构。对于“I”型三电平结构，串联在正极电位P和负极电位N之间的上部电容C1和下部电容C2之间相连接的点作为中点电压，目前存在一个很重要的问题就是中点电压不平衡问题，工况恶劣时，会导致上部电容和下部电容的电压差过大，输出电压电流波形畸变，甚至损坏功率半导体器件。
目前，针对母线中点电压不平衡问题，常见的处理技术方法有以下几种：第一种为在上部电容C1和下部电容C2上并联均压电阻；第二种是通过外加独立的DC/DC(直流/直流)变流器装置或功能模块；第三种为通过母线中点电压采样，通过优化软件算法实时调整；以上方法在母线中点电压不平衡问题均有一定的效果，但也有不足之处。
上述第一种通过上部电容C1和下部电容C2电压不同，对均压电阻施加的功耗不同，电压大的电容其能量消耗比电压小的电容的能量消耗快，进而调节上部电容C1和下部电容C2电压，使之平衡，但该方案需要阻值较小的电阻来提升其均压能力，因此其能耗方面消耗较大，尤其对转换效率有较高要求的设备时，该方面的能耗是无法接受的。第二种会增加设备成本、增大体积，因此性价比也不高。第三种通过母线中点电压采样，虽然对成本要求较少，但需要较高精度的电压采样电路、通过高复杂度的算法进行调整，尤其当负载存在波动时，需要及时调整，算法实现难度较大。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种具有母线中点电压补偿的三电平逆变器及其控制方法。本发明的技术方案如下：
具有母线中点电压补偿的三电平逆变器，包括，
一正极电位；
一负极电位；
一中点电位；
一第一电容，连接于所述正极电位和所述中点电位之间；
一第二电容，连接于所述中点电位和所述负极电位之间；
一开关支路，连接于所述正极电位和所述负极电位之间，所述开关支路于一组控制信号的作用下可控制地切换以在一输出点产生一输出点电位；
一储能电感，连接所述中点电位和所述输出点，于所述开关支路的切换下所述第一电容或所述第二电容向所述储能电感充电或放电。
本发明的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器，所述开关支路包括，
一第一晶体管，于一第一控制信号的作用下连接于所述正极电位和所述输出点之间；
一第二晶体管，于一第二控制信号的作用下连接于所述第一晶体管和所述输出点之间；
一第三晶体管，于一第三控制信号的作用下连接于所述输出点和所述负极电位之间；
一第四晶体管，于一第四控制信号的作用下连接于所述第三晶体管和所述负极电位之间。
本发明的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器，所述开关支路还包括
一第一二极管，所述第一二极管的阳极连接所述中点电位，所述第一二极管的阴极连接所述第一晶体管和所述第二晶体管相连接的点；
一第二二极管，所述第二二极管的阴极连接所述中点电位，所述第二二极管的阳极连接所述第三晶体管和所述第四晶体管相连接的点。
本发明的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器，所述控制信号通过一控制模块产生，所述控制模块包括：
一第一差值计算模块，用于依据所述第一电容两端的电压与所述第二电容两端的电压获得一电压差值；
一第一比例积分调节模块，依据所述电压差值获得一功率调节参数；
一功率计算模块，依据所述储能电感上的电流获得一电感电流功率；
一第二差值计算模块，依据所述第一功率调节参数与所述电感电流功率获得一功率差值；
一第二比例积分调节模块，依据功率差值获得一第二功率调节参数；
一第一PWM占空比调节模块，依据所述第二功率调节参数获得所述第一控制信号和所述第三控制信号；
一第二PWM占空比调节模块，依据所述第二功率调节参数获得所述第二控制信号和所述第四控制信号。
本发明的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器，所述控制信号包括以下状态：
控制所述第一晶体管和所述第四晶体管断开，所述第二晶体管和所述第三晶体管导通的S1状态；
控制所述第一晶体管和所述第二晶体管导通，所述第三晶体管和所述第四晶体管断开的S2状态；
控制所述第一晶体管和所述第四晶体管断开，所述第二晶体管和所述第三晶体管导通的S3状态；
控制所述第一晶体管和所述第二晶体管断开，所述第三晶体管和所述第四晶体管导通的S4状态。
本发明的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器，所述第一比例积分调节模块包括第一比例积分调节单元和第一限幅单元，所述第一比例积分调节单元输出一功率预调节参数，所述第一限幅单元输出所述功率调节参数；
所述第二比例积分调节模块包括第二比例积分调节单元和第二限幅单元，所述第二比例积分调节单元输出一第二功率预调节参数，所述第二限幅单元输出所述第二功率调节参数。
本发明的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器，所述第一PWM占空比调节模块包括一第一比较单元，一第一多路选择单元，以及第一加和计算单元和第一PWM生成单元，所述第一比较单元的输入分别连接所述第二功率调节参数与一第一参考值，所述第一比较单元的输出连接所述第一多路选择单元的输入，所述第一多路选择单元可选择地输出第一参数或第二参数，所述第一多路选择单元的输出与所述第二功率调节参数连接所述第一加和计算单元，所述第一加和计算单元的输出连接所述第一PWM生成单元，所述第一PWM生成单元输出所述第一控制信号和所述第三控制信号。
本发明的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器，所述第二PWM占空比调节模块包括一第二比较单元，一第二多路选择单元，一增益调节单元，以及第二加和计算模块和第二PWM生成单元，所述第二比较单元的输入分别连接所述第二功率调节参数与一第二参考值，所述第二比较单元的输出连接所述第二多路选择单元，所述第二多路选择单元可选择地输出第一参数或第三参数，所述第二功率调节参数连接所述增益调节单元的输入，所述增益调节单元的输出与所述第二多路选择单元的输出连接所述第二加和计算模块，所述第二加和计算模块的输出连接所述第二PWM生成单元，所述第二PWM生成单元输出所述第二控制信号和所述第四控制信号。
本发明还提供具有母线中点电压补偿的三电平逆变器的控制方法，用于所述的三电平逆变器，包括以下步骤：
所述第一电容两端的电压大于所述第二电容两端的电压时，所述开关支路于第一时序的所述控制信号的切换下所述第一电容向所述储能电感充电以及所述储能电感向所述第二电容充电；
所述第一电容两端的电压小于所述第二电容两端的电压时，所述开关支路于第二时序的所述控制信号的切换下通过所述第二电容向所述储能电感充电以及所述储能电感向所述第一电容充电。
具有母线中点电压补偿的三电平逆变器的控制方法，所述第一时序的所述控制信号包括以下状态：
控制所述第一晶体管和所述第四晶体管断开，所述第二晶体管和所述第三晶体管导通的S1状态；
控制所述第一晶体管和所述第二晶体管导通，所述第三晶体管和所述第四晶体管断开的S2状态；
控制所述第一晶体管和所述第四晶体管断开，所述第二晶体管和所述第三晶体管导通的S3状态；
控制所述第一晶体管和所述第二晶体管断开，所述第三晶体管和所述第四晶体管导通的S4状态。
本发明的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器的控制方法，所述第二时序的所述控制信号包括以下状态：
控制所述第一晶体管和所述第四晶体管断开，所述第二晶体管和所述第三晶体管导通的S1状态；
控制所述第一晶体管和所述第二晶体管断开，所述第三晶体管和所述第四晶体管导通的S4状态；
控制所述第一晶体管和所述第四晶体管断开，所述第二晶体管和所述第三晶体管导通的S3状态；
控制所述第三晶体管和所述第四晶体管断开，所述第一晶体管和所述第二晶体管导通的S2状态。
本发明的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器的控制方法，包括第一控制周期阶段，所述第一控制周期阶段中所述S2状态的持续时间等于所述S4状态的持续时间；还包括第二控制周期阶段，所述第二控制周期阶段中所述S2状态的持续时间不等于所述S4状态的持续时间。
有益效果：本发明的三电平逆变器可以将第一电容的能量通过储能电感转换到第二电容，或者第二电容的能量通过储能电感转换到第一电容，达到对母线中点电位的电压实现补偿的目的，同时结构简单，成本较低，性价比高。
附图说明
图1为本发明的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器结构示意图；
图2为本发明的控制模块的原理示意图；
图3为本发明的控制模块的一种具体实施例示意图；
图4为本发明的开关支路的控制信号的状态示意图；
图5a为本发明的未加入死区控制的控制信号的时序波形示意图；
图5b为本发明的加入死区控制的控制信号的时序波形示意图；
图6a为本发明的部分结构的仿真示意图；
图6b为本发明的控制模块对应的仿真波形示意图；
图6c为本发明的未加入死区控制的控制信号的另一种时序波形示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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作出创造性劳动的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
参见图1，具有母线中点电压补偿的三电平逆变器，包括，
一正极电位P；
一负极电位N；
一中点电位M；
一第一电容C1，连接于正极电位P和中点电位M之间；
一第二电容C2，连接于中点电位M和负极电位N之间；
一开关支路，连接于正极电位P和负极电位N之间，开关支路于一组控制信号的作用下可控制地切换以在一输出点B产生一输出点电位；
一储能电感L，连接中点电位M和输出点B，于开关支路的切换下第一电容C1或第二电容C2向储能电感L充电或放电。
上述三电平逆变器的三个电平分别为正极电位P、负极电位N与1/2的中点电位M组成，第一电容C1和第二电容C2串联在正极电位P、负极电位N之间，两个电容之间相连接的点为中点电位M。理想的情况下，第一电容C1和第二电容C2的电压均为E(E为直流电压源Vdc的1/2)，但是流过中点电位M的电流对第一电容C1和第二电容C2充电或者放电，加之电容保持电压的能力有限，即，综合性价比情况下，电容容值有限，会导致第一电容C1和第二电容C2的电压发生变化。本发明的三电平逆变器中输出点B和中点电位M之间连接蓄电功能的储能电感L，通过第一电容C1和第二电容C2对储能电感L补充能量与储能电感L释放能量，可以将第一电容C1的能量通过储能电感L转换到第二电容C2，或者第二电容C2的能量通过储能电感L转换到第一电容C1，实现第一电容C1和第二电容C2的各自电压趋向于相等，达到对母线中点电位M的电压实现补偿的目的，同时结构简单，成本较低，性价比高。
本发明的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器，开关支路包括，
一第一晶体管T1，于一第一控制信号的作用下连接于正极电位P和输出点B之间；
一第二晶体管T2，于一第二控制信号的作用下连接于第一晶体管T1和输出点B之间；
一第三晶体管T3，于一第三控制信号的作用下连接于输出点B和负极电位N之间；
一第四晶体管T4，于一第四控制信号的作用下连接于第三晶体管T3和负极电位N之间。
本发明的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器，开关支路还包括
一第一二极管D1，第一二极管D1的阳极连接中点电位M，第一二极管D1的阴极连接第一晶体管T1和第二晶体管T2相连接的点；
一第二二极管D2，第二二极管D2的阴极连接中点电位M，第二二极管D2的阳极连接第三晶体管T3和第四晶体管T4相连接的点。
本发明的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器，参照图2，控制信号可以通过一控制模块产生，控制模块包括：
第一差值计算模块11，用于依据第一电容C1两端的电压VPM与第二电容C2两端的电压VMN获得一电压差值；
第一比例积分调节模块12，依据该电压差值获得一第一功率调节参数；
功率计算模块13，依据储能电感L上的电流IL获得一电感电流功率；
第二差值计算模块14，依据第一功率调节参数与电感电流功率获得一功率差值；
第二比例积分调节模块15，依据功率差值获得一第二功率调节参数；
第一PWM占空比调节模块16，依据第二功率调节参数获得第一晶体管T1的第一控制信号和第三晶体管T3的第三控制信号；
第二PWM占空比调节模块17，依据第二功率调节参数获得第二晶体管T2第二控制信号和第四晶体管T4的第四控制信号。
作为本发明的一种具体实施例，本发明的控制模块可以参见图3，第一差值计算模块11依据电压VPM与电压VMN获得一电压差值，第一比例积分调节模块12包括第一比例积分调节单元121和第一限幅单元122，第一比例积分调节单元121依据该电压差值输出功率预调节参数，第一限幅单元122输出功率调节参数；第一限幅单元122使得功率调节参数的数值范围可以在-1至1之间。第二差值计算模块14依据第一功率调节参数与电感电流功率得到功率差值。
第二比例积分调节模块15包括第二比例积分调节单元151和第二限幅单元152，第二比例积分调节单元151依据该功率差值输出第二功率预调节参数，第二限幅单元152输出第二功率调节参数。第二限幅单元152使得第二功率调节参数的数值范围可以在-0.9至0.9之间。
本发明的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器，第一PWM占空比调节模块16包括一第一比较单元161，一第一多路选择单元162，以及第一加和计算单元163和第一PWM生成单元164，第一比较单元161的输入分别连接第二功率调节参数与一第一参考值，第一比较单元161的输出连接第一多路选择单元162的输入，第一多路选择单元162可选择地输出第一参数或第二参数，第一多路选择单元162的输出与第二功率调节参数连接第一加和计算单元163，第一加和计算单元163的输出连接第一PWM生成单元164，第一PWM生成单元164输出第一控制信号和第三控制信号。
本发明的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器，第二PWM占空比调节模块17包括一第二比较单元171，一第二多路选择单元172，一增益调节单元175，以及第二加和计算模块173和第二PWM生成单元174，第二比较单元171的输入分别连接第二功率调节参数与一第二参考值，第二比较单元171的输出连接第二多路选择单元172，第二多路选择单元172可选择地输出第一参数或第三参数，第二功率调节参数连接增益调节单元175的输入，增益调节单元175的输出与第二多路选择单元172的输出连接第二加和计算模块173，第二加和计算模块173的输出连接第二PWM生成单元174，第二PWM生成单元174输出第二控制信号和第四控制信号。
该第一比较单元161对第二功率调节参数与一第一参考值，如0.89999作比较并输出比较信号至第一多路选择单元162，第一多路选择单元162依据比较信号为低电平或高电平选择输出第一参数或第二参数，第一参数如可以设为0，第二参数可以设为0.05，第一加和计算单元163对第一多路选择单元162的输出与第二功率调节参数进行加和计算，输出至第一PWM生成单元164以调节第一PWM生成单元164输出的控制信号的占空比。
相似地，该第二比较单元171对第二功率调节参数与一第二参考值，如-0.89999作比较并输出比较信号至第二多路选择单元172，第二多路选择单元172依据比较信号为低电平或高电平选择输出第一参数或第三参数，第一参数如可以设为0，第二参数可以设为-0.05，第二功率调节参数连接增益调节单元175的输入，第二加和计算模块173对增益调节单元175的输出与第二多路选择单元172的输出进行加和计算后输出至第二PWM生成单元174以调节第二PWM生成单元174输出的控制信号的占空比。
当第二功率调节参数大于第一参考值时，如第二功率调节参数为0.9时，第一控制信号的占空比(例如95％)略大于第四控制信号的占空比(例如90％)，第二控制信号的占空比(例如10％)略大于第三控制信号的占空比(例如5％)；当第二功率调节参数小于第二参考值时，如第二功率调节参数为-0.9时，第一控制信号的占空比(例如90％)略小于第四控制信号的占空比(例如95％)，第二控制信号的占空比(例如5％)略小于第三控制信号的占空比(例如10％)；当第二功率调节参数在第一参考值与第二参考值之间时，第一控制信号至第四控制信号占空比一致。
本发明的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器，参照图4，控制信号包括以下状态：
控制所述第一晶体管和所述第四晶体管断开，所述第二晶体管和所述第三晶体管导通的S1状态；
控制所述第一晶体管和所述第二晶体管导通，所述第三晶体管和所述第四晶体管断开的S2状态；
控制所述第一晶体管和所述第四晶体管断开，所述第二晶体管和所述第三晶体管导通的S3状态；
控制所述第一晶体管和所述第二晶体管断开，所述第三晶体管和所述第四晶体管导通的S4状态。
其中，正方向为图1中电感电流IL的箭头方向，负方向为电感电流IL的箭头反方向。
结合图6a，为了模拟实际使用中的中点电位M点电位偏移现象，第一电容C1和第二电容C2的起始电压不同；第一电容C1与第二电容C2各并联一个阻值不相等的电阻R1和电阻R2。可想而知，在不做母线中点电压补偿时，M点电位会产生持续的偏移。通过母线中点电压补偿，可将第一电容C1和第二电容C2的电压补偿为相近电压。
本发明的控制过程如下：第一电容C1两端的电压大于第二电容C2两端的电压时，控制模块控制开关支路于状态组合：S1->S2->S3->S4->S1······，循环进行。储能电感L上的电流波形如图5a左半块所示，图5a为本发明的未加入死区控制的控制信号的时序波形示意图，其中S2状态为第一电容C1向储能电感L充能、第一电容C1的电压降低，S4状态为储能电感L向第二电容C2充能、第二电容C2的电压上升；循环该过程可将第一电容C1的能量通过储能电感L转换到第二电容C2，使第一电容C1、第二电容C2之间的电压值趋向于平衡。
第一电容C1两端的电压小于第二电容C2两端的电压时，控制模块控制开关支路于状态组合：S1->S4->S3->S2->S1······，循环进行。储能电感L上的电流波形如图5a右半块所示。其中S4状态为第二电容C2向储能电感L充能、第二电容C2的电压降低，S2状态为储能电感L向第一电容C1充能、第一电容C1的电压上升，循环该过程可将第二电容C2的能量通过储能电感L转换到第一电容C1，使第一电容C1、第二电容C2之间的电压值趋向于平衡。
在循环控制周期内，通过控制第一晶体管T1，第二晶体管T2，第三晶体管T3和第四晶体管T4的占空比以及S2状态和S4状态的持续时间来实现对母线中点电压的补偿。
本发明还提供具有母线中点电压补偿的三电平逆变器的控制方法，用于上述的三电平逆变器，包括以下步骤：
第一电容C1两端的电压大于第二电容C2两端的电压时，开关支路于第一时序的控制信号的切换下第一电容C1向储能电感L充电以及储能电感L向第二电容C2充电；
第一电容C1两端的电压小于第二电容C2两端的电压时，开关支路于第二时序的控制信号的切换下通过第二电容C2向储能电感L充电以及储能电感L向第一电容C1充电。
具有母线中点电压补偿的三电平逆变器的控制方法，参照图3，图4，第一时序的控制信号包括以下状态：
控制所述第一晶体管和所述第四晶体管断开，所述第二晶体管和所述第三晶体管导通的S1状态；
控制所述第一晶体管和所述第二晶体管导通，所述第三晶体管和所述第四晶体管断开的S2状态；
控制所述第一晶体管和所述第四晶体管断开，所述第二晶体管和所述第三晶体管导通的S3状态；
控制所述第一晶体管和所述第二晶体管断开，所述第三晶体管和所述第四晶体管导通的S4状态。
本发明的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器的控制方法，第二时序的控制信号包括以下状态：
控制所述第一晶体管和所述第四晶体管断开，所述第二晶体管和所述第三晶体管导通的S1状态；
控制所述第一晶体管和所述第二晶体管断开，所述第三晶体管和所述第四晶体管导通的S4状态；
控制所述第一晶体管和所述第四晶体管断开，所述第二晶体管和所述第三晶体管导通的S3状态；
控制所述第三晶体管和所述第四晶体管断开，所述第一晶体管和所述第二晶体管导通的S2状态。
结合图6c，通过控制S2状态的持续时间大于S4状态的持续时间，实现一次循环控制周期后，S1状态储能电感L中电流向正方向增加；通过控制S4状态的持续时间大于S2状态的持续时间，实现一次循环控制周期后，S1状态储能电感L中电流向负方向增加。
本发明的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器的控制方法，包括第一控制周期阶段，第一控制周期阶段中S2状态的持续时间等于S4状态的持续时间；还包括第二控制周期阶段，第二控制周期阶段中S2状态的持续时间不等于S4状态的持续时间。
在能量转换效率较低期间，使S2状态的持续时间与S4状态的持续时间基本一致，使得完成一次控制周期后，电感电流在0A附近，这一阶段的开关支路的晶体管有一半的导通关断时刻，即S1状态，都在0A电流附近进行，晶体管的通断功耗低，电路输出点B与中点电位M之间阻性损耗较低，使得能量转换效率较高；当能量转换功率饱和，即占空比达到饱和状态后，通过留一定的余量，即90％左右时，切换为S2状态的持续时间不等于S4状态的持续时间，当第一电容C1的电压大于第二电容C2的电压时，将S2状态的占空比稍微放大一些，储能电感上的电流会向正方向增加；当第二电容C2的电压大于第一电容C1的电压时，将S4状态的的占空比稍微放大一些，电感上的电流会向负方向增加，从而使得第一电容C1和第二电容C2的电压基本一致，达到稳定状态。本发明实现晶体管导通关断时电流尽可能小，降低开关损耗，提高转换效率。具体实现时，依据电压差值作为电压指令，以及电感电流值换算的能量转换功率，通过比例积分调节模块和PWM占空比调节模块调节控制信号的占空比，当占空比达到饱和时，追加一定量的占空比，使得S2状态的持续时间不等于S4状态的持续时间，实现电感电流向正方向或负方向增加。
一次第二控制周期阶段会使得控制周期完成后，S1状态的电感电流发生偏移。即当S2状态的持续时间大于S4状态的持续时间，一次控制周期完成后，S1状态的电感电流相比较与一次控制周期开始之前的S1状态的电感电流发生正向偏移；当S2状态的持续时间小于S4状态的持续时间，一次控制周期完成后，S1状态的电感电流相比较与一次控制周期开始之前的S1状态的电感电流发生反向偏移。
若在第二控制周期阶段后(即在S1状态的电感电流发生正向偏移或发生反向偏移后)，进行第一控制周期阶段将会如图5b所示。一次第一控制周期完成后，S1状态的电感电流相比较与一次控制周期开始之前的S1状态的电感电流发生归0A偏移。
具体原因为：虽然S2状态与S4状态的持续时间相同，但实际控制时会加入死区控制。
显而易见，当电感电流大于0A时，如图5b左图所示，电感电流发生正向偏移量大小由T1导通时间决定；电感电流发生反向偏移量大小由T2导通时间决定。由于死区控制，T1导通时间小于T2导通时间。因此，一次第一控制周期完成后，S1状态的电感电流相比较与一次控制周期开始之前的S1状态的电感电流发生归0A偏移。
显而易见，当电感电流小于0A时，如下图5b右图所示，电感电流发生正向偏移量大小由T3导通时间决定；电感电流发生反向偏移量大小由T4导通时间决定。由于死区控制，T4导通时间小于T3导通时间。因此，一次第一控制周期完成后，S1状态的电感电流相比较与一次控制周期开始之前的S1状态的电感电流发生归0A偏移。
结合第一控制周期阶段、第二控制周期阶段，以及第一控制周期阶段与第二控制周期阶段交替使用阶段，基于图6a进行仿真获得图6b的仿真波形，电压曲线图中上部曲线为VPM，下部曲线为VNM，可以看出，第一阶段为第一控制周期阶段，如图6b的0s至约0.036s之间，S2状态的持续时间等于S4状态的持续时间，完成一次控制周期后，电感电流在0A附近，此阶段电感转换功率增大。第二阶段为第二控制周期阶段，如图6b的约0.036s至0.2s之间，S2状态的持续时间与S4状态的持续时间不一致，使电感电流发生偏移，通过控制算法将电流偏移，此阶段电感转换功率继续增大。第三阶段为第一控制周期阶段与第二控制周期阶段交替使用阶段，如图6b的0.2s至0.5s，此时第一电容C1的电压VPM与第二电容C2的电压VNM相互平衡，此阶段电感转换功率正好等于仿真用两电阻之间功率差值的一半。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.具有母线中点电压补偿的三电平逆变器，其特征在于，包括，
一正极电位；
一负极电位；
一中点电位；
一第一电容，连接于所述正极电位和所述中点电位之间；
一第二电容，连接于所述中点电位和所述负极电位之间；
一开关支路，连接于所述正极电位和所述负极电位之间，所述开关支路于一组控制信号的作用下可控制地切换以在一输出点产生一输出点电位；
一储能电感，连接所述中点电位和所述输出点，于所述开关支路的切换下所述第一电容或所述第二电容向所述储能电感充电或放电；
所述控制信号通过一控制模块产生，所述控制模块包括：
一第一差值计算模块，用于依据所述第一电容两端的电压与所述第二电容两端的电压获得一电压差值；
一第一比例积分调节模块，依据所述电压差值获得一第一功率调节参数；
一功率计算模块，依据所述储能电感上的电流获得一电感电流功率；
一第二差值计算模块，依据所述第一功率调节参数与所述电感电流功率获得一功率差值；
一第二比例积分调节模块，依据功率差值获得一第二功率调节参数；
一第一PWM占空比调节模块，依据所述第二功率调节参数获得第一控制信号和第三控制信号；
一第二PWM占空比调节模块，依据所述第二功率调节参数获得第二控制信号和第四控制信号；
所述第一比例积分调节模块包括第一比例积分调节单元和第一限幅单元，所述第一比例积分调节单元输出一功率预调节参数，所述第一限幅单元输出所述功率调节参数；
所述第二比例积分调节模块包括第二比例积分调节单元和第二限幅单元，所述第二比例积分调节单元输出一第二功率预调节参数，所述第二限幅单元输出所述第二功率调节参数；
所述第一PWM占空比调节模块包括一第一比较单元，一第一多路选择单元，以及第一加和计算单元和第一PWM生成单元，所述第一比较单元的输入分别连接所述第二功率调节参数与一第一参考值，所述第一比较单元的输出连接所述第一多路选择单元的输入，所述第一多路选择单元可选择地输出第一参数或第二参数，所述第一多路选择单元的输出与所述第二功率调节参数连接所述第一加和计算单元，所述第一加和计算单元的输出连接所述第一PWM生成单元，所述第一PWM生成单元输出所述第一控制信号和所述第三控制信号；
所述第二PWM占空比调节模块包括一第二比较单元，一第二多路选择单元，一增益调节单元，以及第二加和计算模块和第二PWM生成单元，所述第二比较单元的输入分别连接所述第二功率调节参数与一第二参考值，所述第二比较单元的输出连接所述第二多路选择单元，所述第二多路选择单元可选择地输出第一参数或第三参数，所述第二功率调节参数连接所述增益调节单元的输入，所述增益调节单元的输出与所述第二多路选择单元的输出连接所述第二加和计算模块，所述第二加和计算模块的输出连接所述第二PWM生成单元，所述第二PWM生成单元输出所述第二控制信号和所述第四控制信号。
2.根据权利要求1所述的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器，其特征在于，所述开关支路包括，
一第一晶体管，于一第一控制信号的作用下连接于所述正极电位和一第二晶体管之间；
所述第二晶体管，于一第二控制信号的作用下连接于所述第一晶体管和所述输出点之间；
一第三晶体管，于一第三控制信号的作用下连接于所述输出点和一第四晶体管之间；
所述第四晶体管，于一第四控制信号的作用下连接于所述第三晶体管和所述负极电位之间。
3.根据权利要求2所述的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器，其特征在于，所述开关支路还包括
一第一二极管，所述第一二极管的阳极连接所述中点电位，所述第一二极管的阴极连接所述第一晶体管和所述第二晶体管相连接的点；
一第二二极管，所述第二二极管的阴极连接所述中点电位，所述第二二极管的阳极连接所述第三晶体管和所述第四晶体管相连接的点。
4.根据权利要求2所述的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器，其特征在于，所述控制信号包括以下状态：
控制所述第一晶体管和所述第四晶体管断开，所述第二晶体管和所述第三晶体管导通的S1状态；
控制所述第一晶体管和所述第二晶体管导通，所述第三晶体管和所述第四晶体管断开的S2状态；
控制所述第一晶体管和所述第四晶体管断开，所述第二晶体管和所述第三晶体管导通的S3状态；
控制所述第一晶体管和所述第二晶体管断开，所述第三晶体管和所述第四晶体管导通的S4状态。
5.具有母线中点电压补偿的三电平逆变器的控制方法，其特征在于，用于权利要求2-4任意一项所述的三电平逆变器，包括以下步骤：
所述第一电容两端的电压大于所述第二电容两端的电压时，所述开关支路于第一时序的所述控制信号的切换下所述第一电容向所述储能电感充电以及所述储能电感向所述第二电容充电；
所述第一电容两端的电压小于所述第二电容两端的电压时，所述开关支路于第二时序的所述控制信号的切换下通过所述第二电容向所述储能电感充电以及所述储能电感向所述第一电容充电；所述第一时序的所述控制信号包括以下状态：
控制所述第一晶体管和所述第四晶体管断开，所述第二晶体管和所述第三晶体管导通的S1状态；
控制所述第一晶体管和所述第二晶体管导通，所述第三晶体管和所述第四晶体管断开的S2状态；
控制所述第一晶体管和所述第四晶体管断开，所述第二晶体管和所述第三晶体管导通的S3状态；
控制所述第一晶体管和所述第二晶体管断开，所述第三晶体管和所述第四晶体管导通的S4状态；
所述第二时序的所述控制信号包括以下状态：
控制所述第一晶体管和所述第四晶体管断开，所述第二晶体管和所述第三晶体管导通的S1状态；
控制所述第一晶体管和所述第二晶体管断开，所述第三晶体管和所述第四晶体管导通的S4状态；
控制所述第一晶体管和所述第四晶体管断开，所述第二晶体管和所述第三晶体管导通的S3状态；
控制所述第三晶体管和所述第四晶体管断开，所述第一晶体管和所述第二晶体管导通的S2状态。
6.根据权利要求5所述的具有母线中点电压补偿的三电平逆变器的控制方法，其特征在于，包括第一控制周期阶段，所述第一控制周期阶段中所述S2状态的持续时间等于所述S4状态的持续时间；
还包括第二控制周期阶段，所述第二控制周期阶段中所述S2状态的持续时间不等于所述S4状态的持续时间。
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