CN113078837B - 一种基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器及其控制方法。所述变换器包括主电路和控制器，所述主电路包括：钳位型三电平桥臂结构和飞跨电容型三电平桥臂结构，所述控制器基于所述飞跨电容的电压和所述钳位型三电平桥臂结构的中性点的电流，控制所述飞跨电容型三电平桥臂和所述各钳位型三电平桥臂上各功率开关器件的开通和关断，以使所述钳位型三电平桥臂结构的中位点电压为直流电源侧电压的一半。通过对辅助飞跨电容型三电平桥臂进行控制，达到了稳定钳位型三电平桥臂中性点电位的目的，提高了变换器输出的电能质量。

Description

一种基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器及控制方法
技术领域
本发明属于电力电子领域，更具体地，涉及一种基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器及控制方法。
背景技术
钳位型三电平变换器是最为常见的多电平变换器结构，相比于传统的两电平变换器具有输出谐波小、总谐波畸变率低(THD)、电压跳变低、电压应力减半等优势，在中高压变频调速、光伏并网等领域得到了广泛应用。
二极管钳位型和T型钳位三电平变换器是两种经典的钳位式三电平拓扑，其被认为是简单实用的中压大功率变换电路，在工业领域得到了广泛的认可。电路的显著特点是每相桥臂都有两个钳位二极管为桥臂输出提供了一个额外的电平状态，即零电平。通常每相桥臂的钳位二极管中点(也被称为中性点)会连接到直流侧稳压电容支路的中点，理想情况下中性点电压为直流母线电压的一半。然而钳位式三电平变换器均有中性点电压不平衡的固有问题，即由直流侧电容支路中两个电容器不平衡的充电和放电引起的中性点电压的低频波动和直流偏置。这种中性点电压的不平衡将使变换器输出的电压质量变差，并会向负载侧引入额外的谐波，降低系统效率。另外，直流母线电容的电压波动会缩短电容的使用寿命。所以中性点电压的平衡对于维持良好的输出波形并确保变换器的正常功能至关重要。目前抑制中性点电压的不平衡的常见方法是以改进调制和控制算法的方法来实现，但这类方法通常会带来总谐波畸变率增大、直流母线利用率降低等缺点，且在一些特殊应用中，如要求零共模电压算法的前提下，理论上无法通过调制和控制的改进来抑制中性点电压不平衡问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器及控制方法，其目的在于解决钳位型三电平变换器中性点电压不平衡的问题。
为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器，包括：主电路和控制器；
所述主电路包括：钳位型三电平桥臂结构和飞跨电容型三电平桥臂结构，其中，所述飞跨电容型三电平桥臂结构为辅助桥臂；
所述钳位型三电平桥臂结构具有m个钳位型三电平桥臂，m表示交流负载侧负载的相数；各钳位型三电平桥臂的输出节点独立接出，共同构成交流负载侧电气接口；所述各钳位型三电平桥臂的中性点连接到一起，构成所述钳位型三电平桥臂结构的中性点；
所述飞跨电容型三电平桥臂结构包括1个飞跨电容型三电平桥臂，所述飞跨电容型三电平桥臂的输出节点连接到所述钳位式三电平桥臂结构的中性点；所述飞跨电容型三电平桥臂的上节点和所述各钳位型三电平桥臂的上节点均连接到直流电源侧电气接口的正端，构成直流电源侧正极；所述飞跨电容型三电平桥臂的下节点和所述各钳位型三电平桥臂的下节点均连接到直流电源侧电气接口的负端，构成直流电源侧负极；
所述控制器基于所述飞跨电容的电压和所述钳位型三电平桥臂结构的中性点的电流，控制所述飞跨电容型三电平桥臂和所述各钳位型三电平桥臂上各功率开关器件的开通和关断，以使所述钳位型三电平桥臂结构的中位点电压为直流电源侧电压的一半。
优选地，所述控制器用于基于所述飞跨电容的电压和所述钳位型三电平桥臂结构的中性点的电流，控制所述飞跨电容型三电平桥臂和所述各钳位型三电平桥臂上各功率开关器件的开通和关断，以使所述钳位型三电平桥臂结构的中位点电压为直流电源侧电压的一半，包括：
所述控制器的采样触发模块对所述飞跨电容的电压及所述钳位型三电平桥臂结构的中性点的电流进行采样，输出至控制器的中性点电压平衡模块；
所述中性点电压平衡模块接收所述电压和电流，并计算所述电压与0.5倍直流电源侧电压之间的差值，将所述差值输入到电压调节器，计算得到电压控制指令u*；判断采样电流信号的正负并输出标志符X，当电流信号大于等于零，标志符X＝1，当电流信号小于零，标志符X＝-1；将所述电压控制指令u*与标志符X相乘，得到飞跨电容型三电平桥臂的电压参考指令uC *＝u*×X，输出至控制器的调制模块；
所述控制器的参考信号模块计算第x相钳位式三电平桥臂的电压参考信号Vx，x＝1,2,3…,m；将所述电压参考信号Vx输出至调制模块；
所述调制模块接收电压参考指令uC *和电压参考信号Vx；基于所述电压参考指令uC *生成飞跨电容三电平桥臂的驱动信号，控制所述飞跨电容三电平桥臂的开通和关断；基于所述电压参考信号Vx生成第x相钳位式三电平桥臂的驱动信号，控制所述各钳位型三电平桥臂的开通和关断。
优选地，所述基于所述参考指令uC *与生成飞跨电容三电平桥臂的驱动信号，包括：
基于所述参考指令uC *与单个载波进行比较生成辅助飞跨电容三电平桥臂的驱动信号；
所述基于所述参考信号Vx生成第x相钳位式三电平桥臂的驱动信号，包括：
基于所述参考信号Vx与层叠式载波进行比较生成第x相钳位式三电平桥臂的驱动信号。
优选地，所述单个载波为锯齿形载波或三角形载波；所述层叠式载波为层叠式三角形载波。
优选地，所述飞跨电容型三电平桥臂包括4个功率开关器件和1个飞跨电容，所述4个功率开关器件依次串联构成功率桥臂，飞跨电容的上节点与上半桥臂的中点连接，飞跨电容的下节点与下半桥臂的中点连接。
优选地，所述功率开关器件为全控型开关器件。
按照本发明的第二方面，提供了一种基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器的控制方法，应用于如第一方面所述钳位型三电平变换器的控制器，所述方法包括：
对所述飞跨电容的电压及所述钳位型三电平桥臂结构的中性点的电流进行采样；
计算所述电压与0.5倍直流电源侧电压之间的差值，将所述差值输入到电压调节器，计算得到电压控制指令u*；判断采样电流信号的正负并输出标志符X，当电流信号大于等于零，标志符X＝1，当电流信号小于零，标志符X＝-1；将所述电压控制指令u*与标志符X相乘，得到飞跨电容型三电平桥臂的电压参考指令uC *＝u*×X；
计算第x相钳位式三电平桥臂的电压参考信号Vx，x＝1,2,3…,m；
基于所述电压参考指令uC *生成飞跨电容三电平桥臂的驱动信号，控制所述飞跨电容三电平桥臂的开通和关断；基于所述电压参考信号Vx生成第x相钳位式三电平桥臂的驱动信号，控制所述各钳位型三电平桥臂的开通和关断。
优选地，所述基于所述参考指令uC *与生成飞跨电容三电平桥臂的驱动信号，包括：
基于所述参考指令uC *与单个载波进行比较生成辅助飞跨电容三电平桥臂的驱动信号；
所述基于所述参考信号Vx生成第x相钳位式三电平桥臂的驱动信号，包括：
基于所述参考信号Vx与层叠式载波进行比较生成第x相钳位式三电平桥臂的驱动信号。
优选地，所述单个载波为锯齿形载波或三角形载波；所述层叠式载波为层叠式三角形载波。
优选地，所述飞跨电容型三电平桥臂包括4个功率开关器件和1个飞跨电容，所述4个功率开关器件依次串联构成功率桥臂，飞跨电容的上节点与上半桥臂的中点连接，飞跨电容的下节点与下半桥臂的中点连接。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
1、基于辅助飞跨型三电平桥臂中飞跨电容的电压和钳位型三电平桥臂结构中性点的电流，控制所述飞跨电容型三电平桥臂和所述各钳位型三电平桥臂上各功率开关器件的开通和关断，以对所述钳位型三电平桥臂结构的中性点电压进行稳定控制，使所述钳位型三电平桥臂结构的中性点电压稳定为直流母线电压的一半，从而实现钳位式三电平变换器中性点电压的平衡。
2、通过控制辅助飞跨型三电平桥臂输出补偿中性点电流，变换器输出总谐波畸变率降低，从而使输出电能质量得到提升。
3、通过控制辅助飞跨型三电平桥臂可以让电容均匀的充放电，电容电压中的低频和直流偏置成分得到大幅抑制，有利于电容器的稳定安全工作。
4、相比于常见的改进调制和控制方案，本发明所提供的基于辅助飞跨型三电平桥臂的相应控制方案不会牺牲变换器的直流母线电压利用率及输出电能质量，具有全部的电流控制自由度，并具有更好的容错性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器系统示意框图；
图2是本发明实施例提供的基于辅助桥臂结构的二极管钳位型三电平变换器的主电路拓扑图；
图3是本发明实施例提供的基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器的控制器示意框图；
图4是本发明实施例提供的普通钳位型三电平变换器的中性点电压示意图；
图5是本发明实施例提供的基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器的中性点电压示意图；
图6是本发明实施例提供的基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器和普通钳位型三电平变换器的输出电流总谐波畸变率和频谱对比示意图。
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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例提供了一种基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器，包括：
主电路和控制器；
所述主电路包括：钳位型三电平桥臂结构和飞跨电容型三电平桥臂结构，其中，所述飞跨电容型三电平桥臂结构为辅助桥臂；
所述钳位型三电平桥臂结构具有m个钳位型三电平桥臂，m表示交流侧负载的相数；各钳位型三电平桥臂的输出节点独立接出，共同构成交流侧电气接口；所述各钳位型三电平桥臂的中性点连接到一起，构成所述钳位型三电平桥臂结构的中性点；
具体地，图1为本发明实施例提供的基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器系统示意框图，如图1所示，交流侧负载的相数m等于3，即所述钳位型三电平桥臂结构具有3个钳位型三电平桥臂。钳位型三电平桥臂1、钳位型三电平桥臂2和钳位型三电平桥臂3的输出节点独立接出，共同构成交流侧电气接口，钳位型三电平桥臂1、钳位型三电平桥臂2和钳位型三电平桥臂3的中性点连接到一起，构成所述钳位型三电平桥臂结构的中性点。
所述飞跨电容型三电平桥臂结构包括1个飞跨电容型三电平桥臂，所述飞跨电容型三电平桥臂的输出节点连接到所述钳位式三电平桥臂结构的中性点；所述飞跨电容型三电平桥臂的上节点和所述各钳位型三电平桥臂的上节点均连接到直流电源侧电气接口的正端，构成直流侧正极；所述飞跨电容型三电平桥臂的下节点和所述各钳位型三电平桥臂的下节点均连接到直流电源侧电气接口的负端，构成直流侧负极。
具体地，所述飞跨电容型三电平桥臂的上节点和钳位型三电平桥臂1、钳位型三电平桥臂2和钳位型三电平桥臂3的上节点均连接到直流电源侧电气接口的正端，构成直流侧正极；所述飞跨电容型三电平桥臂的下节点和钳位型三电平桥臂1、钳位型三电平桥臂2和钳位型三电平桥臂3的下节点均连接到直流电源侧电气接口的负端，构成直流侧负极。
进一步地，本发明实施例还提供了以经典二极管钳位型三电平变换器为基础的主电路拓扑图，如图2所示，交流侧负载的相数m等于3，即所述钳位型三电平桥臂结构具有3个钳位型三电平桥臂。
各桥臂的上节点均连接到直流电源侧电气接口的正端，构成直流侧正极P；所述各桥臂的下节点均连接到直流电源侧电气接口的负端，构成直流侧负极N。
所述钳位型三电平桥臂是除飞跨电容型三电平桥臂以外的其他类型三电平桥臂，例如：经典的二极管钳位型三电平桥臂和T型钳位三电平桥臂，通常包括上、下桥臂功率开关器件和中点器件。钳位型三电平桥臂的数量根据交流侧负载的相数m来确定。每个钳位型三电平桥臂的输出节点独立接出，共同构成系统交流负载侧电气接口，交流侧电气接口与m相交流负载相连。所述各钳位型三电平桥臂的中性点均连接到一起构成钳位型三电平桥臂结构中性点O。
所述控制器基于所述飞跨电容的电压和所述钳位型三电平桥臂结构的中性点的电流，控制所述飞跨电容型三电平桥臂和所述各钳位型三电平桥臂上各功率开关器件的开通和关断，以使所述钳位型三电平桥臂结构的中位点电压为直流侧电压的一半。
具体地，所述控制器接收所述飞跨电容的电压检测信号和所述钳位型三电平桥臂结构的中性点的电流检测信号，基于所述电压和电流，控制所述飞跨电容型三电平桥臂、钳位型三电平桥臂1、钳位型三电平桥臂2和钳位型三电平桥臂3上各功率开关器件的开通和关断，以使所述钳位型三电平桥臂结构的中位点电压为直流侧电压的一半，从而实现钳位式三电平变换器中性点电压的平衡。
本发明实施例提供的基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器，基于辅助飞跨型三电平桥臂中飞跨电容的电压和钳位型三电平桥臂结构中性点的电流，控制所述飞跨电容型三电平桥臂和所述各钳位型三电平桥臂上各功率开关器件的开通和关断，以对所述钳位型三电平桥臂结构的中性点电压进行稳定控制，使所述钳位型三电平桥臂结构的中性点电压稳定为直流母线电压的一半，从而实现钳位式三电平变换器中性点电压的平衡。
基于上述实施例，可选地，所述控制器用于基于所述飞跨电容的电压和所述钳位型三电平桥臂结构的中性点的电流，控制所述飞跨电容型三电平桥臂和所述各钳位型三电平桥臂上各功率开关器件的开通和关断，以使所述钳位型三电平桥臂结构的中位点电压为直流侧电压的一半，包括：
所述控制器的采样触发模块对所述飞跨电容的电压及所述钳位型三电平桥臂结构的中性点的电流进行采样，输出至控制器的中性点电压平衡模块。
具体地，如图3所示，所述控制器包括采样触发模块、中性点电压平衡模块、参考信号模块和调制模块。
采样触发模块的输出端与中性点电压平衡模块的输入端连接，用于对飞跨电容的电压信号VC及流过中性点O电流信号iO进行采样，并输出至控制器的中性点电压平衡模块。
可选地，所述采样模块可以采用电压传感器和电流传感器。
所述中性点电压平衡模块接收所述电压和电流，并计算所述电压与0.5倍直流侧电压之间的差值，将所述差值输入到电压调节器，计算得到电压控制指令u*；判断采样电流信号的正负并输出标志符X，当电流信号大于等于零，标志符X＝1，当电流信号小于零，标志符X＝-1；将所述电压控制指令u*与标志符X相乘，得到飞跨电容型三电平桥臂的电压参考指令uC *＝u*×X，输出至控制器的调制模块。
具体地，所述中性点电压平衡模块输出端与调制模块的一个输入端连接，用于接收采样触发模块输出的飞跨电容的电压信号VC及流过中性点O电流信号iO，并计算采样的电压信号VC与直流电源侧电压的一半之间的差值，得到电压误差值；将电压误差值输入到电压调节器AUR，计算得到电压控制指令u*。
AUR可以是常见的比例-积分调节器，其传递函数如下：
Figure BDA0002987820960000091
其中，kp和ki为AUR调节器的比例和积分系数。
所述中性点电压平衡模块判断采样电流信号iO的正负并输出标志符X，当电流信号大于等于零，标志符X＝1，当电流信号小于零，标志符X＝-1；将补偿指令u*与标志符X相乘，得到最终的辅助飞跨电容型三电平桥臂的参考指令uC *＝u*×X；输出至调制模块。
所述控制器的参考信号模块计算第x相钳位式三电平桥臂的电压参考信号Vx，x＝1,2,3…,m；将所述电压参考信号Vx输出至调制模块。
具体地，参考信号模块的输出端与调制模块的另一个输入端连接，用于计算m相钳位式三电平桥臂每一相的电压参考信号Vx，x＝1,2,3…,m；当负载不需要额外的控制环时，此模块为开环的参考信号生成器，例如对于三相负载，电压参考信号可表示如下：
Figure BDA0002987820960000101
其中，mL为参考信号调制比，ω为负载电压基波角频率。
所述调制模块接收电压参考指令uC *和电压参考信号Vx；基于所述电压参考指令uC *生成飞跨电容三电平桥臂的驱动信号，控制所述飞跨电容三电平桥臂的开通和关断；基于所述电压参考信号Vx生成第x相钳位式三电平桥臂的驱动信号，控制所述各钳位型三电平桥臂的开通和关断。
具体地，调制模块接收辅助飞跨电容型三电平桥臂的电压参考指令uC *和钳位型三电平桥臂的电压参考信号Vx；基于所述电压参考指令uC *生成飞跨电容三电平桥臂的驱动信号，并将所述驱动信号输出至飞跨电容三电平桥臂，控制飞跨电容型三电平桥臂上各功率开关器件的开通和关断，实现对钳位式中性点O的电压稳定控制和电流补偿；基于所述电压参考信号Vx生成第x相钳位式三电平桥臂的驱动信号，并将所述驱动信号输出至各钳位式三电平桥臂，控制所述各钳位型三电平桥臂的开通和关断，实现变换器交流电能的输出。
本发明实施例提供的基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器的控制器，通过控制辅助飞跨型三电平桥臂输出补偿中性点电流，变换器输出总谐波畸变率降低，从而使输出电能质量得到提升；通过控制辅助飞跨型三电平桥臂可以让电容均匀的充放电，电容电压中的低频和直流偏置成分得到大幅抑制，有利于电容器的稳定安全工作。
基于上述任一实施例，可选地，所述基于所述参考指令uC *与生成飞跨电容三电平桥臂的驱动信号，包括：
基于所述参考指令uC *与单个载波进行比较生成辅助飞跨电容三电平桥臂的驱动信号；
所述基于所述参考信号Vx生成第x相钳位式三电平桥臂的驱动信号，包括：
基于所述参考信号Vx与层叠式载波进行比较生成第x相钳位式三电平桥臂的驱动信号。
基于上述任一实施例，可选地，所述单个载波为锯齿形载波或三角形载波；所述层叠式载波为层叠式三角形载波。
具体地，调制模块将电压参考指令uC *与锯齿形载波进行比较生成辅助飞跨型电容三电平桥臂的驱动信号，控制辅助桥臂上各功率开关器件的开通和关断，实现对钳位式中性点O的电流补偿和电压稳定控制；将电压参考信号Vx与层叠式三角形载波进行比较生成第x相钳位式三电平桥臂的驱动信号，控制桥臂上功率开关器件的开通和关断，实现变换器交流电能的输出。
基于上述任一实施例，可选地，所述飞跨电容型三电平桥臂包括4个功率开关器件和1个飞跨电容，所述4个功率开关器件依次串联构成功率桥臂，飞跨电容的上节点与上半桥臂的中点连接，飞跨电容的下节点与下半桥臂的中点连接。
具体地，如图2所示，辅助桥臂结构为飞跨电容型三电平桥臂结构，其包括4个功率开关器件和1个飞跨电容，4个功率器件依次串联构成功率桥臂，飞跨电容的上节点与上半桥臂的中点连接，飞跨电容的下节点与下半桥臂的中点连接；辅助飞跨电容型三电平桥臂的输出节点连接到钳位式桥臂中性点O。辅助飞跨电容型三电平桥臂在稳定运行情况下，飞跨电容的电压为直流母线电压的一半，此时辅助桥臂可以稳定的输出0.5倍直流母线电压。
基于上述任一实施例，可选地，所述功率开关器件为全控型开关器件。
具体地，所述功率开关器件为全控型开关器件，例如：MOSFET、带反并联二极管的IGBT等。
将本发明实施例提供的基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器与普通二极管钳位式变换器进行仿真实验对比。仿真实验的工况条件为：直流母线电压800V，调制比0.8，基波频率50Hz，载波频率20kHz，输出滤波电感1mH。
普通二极管钳位型变换器的中性点电压如图4所示，其存在明显的三倍基波频率的低频波动；采用本发明实施例提供的基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器的中性点电压如图5所示，其中性点电压几乎没有低频波动，得到了有效的平衡控制，与图4中性点电压峰峰值降低了约90％。图6是本发明实施例提供的基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器和普通二极管钳位型三电平变换器输出电流总谐波畸变率(THD)和频谱对比示意图，如图6所示，本发明实施例提供的基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器输出电流总谐波畸变率降低，输出电能质量得到提高。
下面对本发明提供的基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器的控制方法进行描述。
本发明实施例提供一种基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器的控制方法，应用于如上述任一实施例所述的钳位型三电平变换器的控制器，所述方法包括：
对所述飞跨电容的电压及所述钳位型三电平桥臂结构的中性点的电流进行采样；
计算所述电压与0.5倍直流侧电压之间的差值，将所述差值输入到电压调节器，计算得到电压控制指令u*；判断采样电流信号的正负并输出标志符X，当电流信号大于等于零，标志符X＝1，当电流信号小于零，标志符X＝-1；将所述电压控制指令u*与标志符X相乘，得到飞跨电容型三电平桥臂的电压参考指令uC *＝u*×X；
计算第x相钳位式三电平桥臂的电压参考信号Vx，x＝1,2,3…,m；
基于所述电压参考指令uC *生成飞跨电容三电平桥臂的驱动信号，控制所述飞跨电容三电平桥臂的开通和关断；基于所述电压参考信号Vx生成第x相钳位式三电平桥臂的驱动信号，控制所述各钳位型三电平桥臂的开通和关断。
基于上述任一实施例，可选地，所述基于所述参考指令uC *与生成飞跨电容三电平桥臂的驱动信号，包括：
基于所述参考指令uC *与单个载波进行比较生成辅助飞跨电容三电平桥臂的驱动信号；
所述基于所述参考信号Vx生成第x相钳位式三电平桥臂的驱动信号，包括：
基于所述参考信号Vx与层叠式载波进行比较生成第x相钳位式三电平桥臂的驱动信号。
基于上述任一实施例，可选地，所述单个载波为锯齿形载波或三角形载波；所述层叠式载波为层叠式三角形载波。
基于上述任一实施例，可选地，所述飞跨电容型三电平桥臂包括4个功率开关器件和1个飞跨电容，所述4个功率开关器件依次串联构成功率桥臂，飞跨电容的上节点与上半桥臂的中点连接，飞跨电容的下节点与下半桥臂的中点连接。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器，其特征在于，包括：主电路和控制器；
所述主电路包括：钳位型三电平桥臂结构和飞跨电容型三电平桥臂结构，其中，所述飞跨电容型三电平桥臂结构为辅助桥臂结构；
所述钳位型三电平桥臂结构包括m个钳位型三电平桥臂，m表示交流负载侧负载的相数；各钳位型三电平桥臂的输出节点独立接出，共同构成交流负载侧电气接口；所述各钳位型三电平桥臂的中性点连接到一起，构成所述钳位型三电平桥臂结构的中性点；
所述飞跨电容型三电平桥臂结构包括1个飞跨电容型三电平桥臂，所述飞跨电容型三电平桥臂的输出节点连接到所述钳位型 三电平桥臂结构的中性点；所述飞跨电容型三电平桥臂的上节点和所述各钳位型三电平桥臂的上节点均连接到直流电源侧电气接口的正端，构成直流电源侧正极；所述飞跨电容型三电平桥臂的下节点和所述各钳位型三电平桥臂的下节点均连接到直流电源侧电气接口的负端，构成直流电源侧负极；
所述控制器包括采样触发模块、中性点电压平衡模块、参考信号模块及调制模块，所述控制器基于所述飞跨电容的电压和所述钳位型三电平桥臂结构的中性点的电流，控制所述飞跨电容型三电平桥臂和所述各钳位型三电平桥臂上各功率开关器件的开通和关断，以使所述钳位型三电平桥臂结构的中位点电压为直流电源侧电压的一半，包括：
所述控制器的采样触发模块对所述飞跨电容的电压及所述钳位型三电平桥臂结构的中性点的电流进行采样，输出至控制器的中性点电压平衡模块；
所述中性点电压平衡模块接收所述电压和电流，并计算所述电压与0.5倍直流电源侧电压之间的差值，将所述差值输入到电压调节器，计算得到电压控制指令u*；判断采样电流信号的正负并输出标志符X，当电流信号大于等于零，标志符X＝1，当电流信号小于零，标志符X＝-1；将所述电压控制指令u*与标志符X相乘，得到飞跨电容型三电平桥臂的电压参考指令uC *＝u*×X，输出至控制器的调制模块；
所述控制器的参考信号模块计算第x相钳位式三电平桥臂的电压参考信号Vx，x＝1,2,3…,m；将所述电压参考信号Vx输出至调制模块；
所述调制模块接收电压参考指令uC *和电压参考信号Vx；基于所述电压参考指令uC *生成飞跨电容三电平桥臂的驱动信号，控制所述飞跨电容三电平桥臂的开通和关断；基于所述电压参考信号Vx生成第x相钳位式三电平桥臂的驱动信号，控制所述各钳位型三电平桥臂的开通和关断。
2.如权利要求1所述的基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器，其特征在于，所述基于所述参考指令uC *与生成飞跨电容三电平桥臂的驱动信号，包括：
基于所述参考指令uC *与单个载波进行比较生成辅助飞跨电容三电平桥臂的驱动信号；
所述基于所述参考信号Vx生成第x相钳位式三电平桥臂的驱动信号，包括：
基于所述参考信号Vx与层叠式载波进行比较生成第x相钳位式三电平桥臂的驱动信号。
3.如权利要求2所述的基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器，其特征在于，所述单个载波为锯齿形载波或三角形载波；所述层叠式载波为层叠式三角形载波。
4.如权利要求1-3任一项所述的基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器，其特征在于，所述飞跨电容型三电平桥臂包括4个功率开关器件和1个飞跨电容，所述4个功率开关器件依次串联构成功率桥臂，飞跨电容的上节点与上半桥臂的中点连接，飞跨电容的下节点与下半桥臂的中点连接。
5.如权利要求4所述的基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器，其特征在于，所述功率开关器件为全控型开关器件。
6.一种基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器的控制方法，应用于如权利要求1-5任一项所述钳位型三电平变换器的控制器，其特征在于，所述方法包括：
对所述飞跨电容的电压及所述钳位型三电平桥臂结构的中性点的电流进行采样；
计算所述电压与0.5倍直流电源侧电压之间的差值，将所述差值输入到电压调节器，计算得到电压控制指令u*；判断采样电流信号的正负并输出标志符X，当电流信号大于等于零，标志符X＝1，当电流信号小于零，标志符X＝-1；将所述电压控制指令u*与标志符X相乘，得到飞跨电容型三电平桥臂的电压参考指令uC *＝u*×X；
计算第x相钳位式三电平桥臂的电压参考信号Vx，x＝1,2,3…,m；
基于所述电压参考指令uC *生成飞跨电容三电平桥臂的驱动信号，控制所述飞跨电容三电平桥臂的开通和关断；基于所述电压参考信号Vx生成第x相钳位式三电平桥臂的驱动信号，控制所述各钳位型三电平桥臂的开通和关断。
7.如权利要求6所述的基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器的控制方法，其特征在于，所述基于所述参考指令uC *与生成飞跨电容三电平桥臂的驱动信号，包括：
基于所述参考指令uC *与单个载波进行比较生成辅助飞跨电容三电平桥臂的驱动信号；
所述基于所述参考信号Vx生成第x相钳位式三电平桥臂的驱动信号，包括：
基于所述参考信号Vx与层叠式载波进行比较生成第x相钳位式三电平桥臂的驱动信号。
8.如权利要求7所述的基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器的控制方法，其特征在于，所述单个载波为锯齿形载波或三角形载波；所述层叠式载波为层叠式三角形载波。
9.如权利要求7-8任一项所述的基于辅助桥臂结构的钳位型三电平变换器的控制方法，其特征在于，所述飞跨电容型三电平桥臂包括4个功率开关器件和1个飞跨电容，所述4个功率开关器件依次串联构成功率桥臂，飞跨电容的上节点与上半桥臂的中点连接，飞跨电容的下节点与下半桥臂的中点连接。
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