CN106452148B - 三电平三相四桥臂逆变***及其控制方法和控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种三电平三相四桥臂逆变***及其控制方法和控制器，通过控制器判断所述三电平三相四桥臂逆变***的总输入电压是否上升到大于预设高限值；并在所述总输入电压上升到大于所述预设高限值时，控制所述三电平三相四桥臂逆变***中第四桥臂的中间两个开关管常通、上下两个开关管常断，使得所述三电平三相四桥臂逆变***转化为三相四线制***，能够将***的交流滤波器中点引回，对其输出的共模电压加以控制，在总输入电压较高时抑制了***的共模电压，使该三电平三相四桥臂逆变***保留了带不平衡负载的功能，同时增强了适应性，扩大了三电平三相四桥臂逆变***的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及三相四桥臂逆变控制技术领域，特别涉及一种三电平三相四桥臂逆变***及其控制方法和控制器。
背景技术
三电平三相四桥臂逆变***由于其可以带100％不平衡负载的能力，将会是光储领域的一个应用趋势。当三电平三相四桥臂逆变***应用于光伏领域时，其总输入电压会随着输出功率、环境温度、光照强度等因素的变化而变化；当三电平三相四桥臂逆变***应用于储能领域时，由于储能装置(蓄电池)的输出电压也与放电/充电的深度有关，因此在储能领域中，该三电平三相四桥臂逆变***的总输入电压也是变化的。
但是由于三电平三相四桥臂逆变***的输出存在一定的共模电压，并且该共模电压还会随着总输入电压的升高而增加；因此，在总输入电压较高的情况下，三电平三相四桥臂逆变***的共模电压会较高。
然而有些负载对共模电压比较敏感，因此，三电平三相四桥臂逆变***对于负载的要求较高，适应性不强，从而限制了三电平三相四桥臂逆变***的应用范围。
发明内容
本发明提供一种三电平三相四桥臂逆变***及其控制方法和控制器，以解决现有技术总输入电压高会导致共模电压高的问题。
为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种三电平三相四桥臂逆变***的控制方法，应用于所述三电平三相四桥臂逆变***的控制器，所述三电平三相四桥臂逆变***的控制方法包括：
判断所述三电平三相四桥臂逆变***的总输入电压是否上升到大于预设高限值；
若所述总输入电压上升到大于所述预设高限值，则控制所述三电平三相四桥臂逆变***中第四桥臂的中间两个开关管常通、上下两个开关管常断；
其中，所述上下两个开关管分别为所述第四桥臂中一个输入端与所述三电平三相四桥臂逆变***的直流侧正极相连的开关管和一个输入端与所述三电平三相四桥臂逆变***的直流侧负极相连的开关管，所述中间两个开关管为所述第四桥臂中除所述上下两个开关管外的两个开关管。
优选的，在所述控制所述三电平三相四桥臂逆变***中第四桥臂的中间两个开关管常通、上下两个开关管常断之后，还包括：
采用脉宽调制策略PWM对所述三电平三相四桥臂逆变***中另外三个桥臂的各开关管进行控制。
优选的，所述采用脉宽调制策略PWM对所述三电平三相四桥臂逆变***中另外三个桥臂的各开关管进行控制，包括：
采用正弦波脉宽调制策略SPWM对所述三电平三相四桥臂逆变***中另外三个桥臂的各开关管进行控制。
优选的，还包括：
判断所述总输入电压是否下降到小于预设低限值；所述预设高限值大于等于所述预设低限值；
若所述总输入电压下降到小于所述预设低限值，则采用PWM分别对所述三电平三相四桥臂逆变***的四个桥臂的所有开关管进行控制。
优选的，所述采用PWM分别对所述三电平三相四桥臂逆变***的四个桥臂的所有开关管进行控制，包括：
采用空间矢量脉宽调制策略SVPWM分别对所述三电平三相四桥臂逆变***的四个桥臂的所有开关管进行控制。
一种三电平三相四桥臂逆变***的控制器，包括：
第一判断单元，用于判断所述三电平三相四桥臂逆变***的总输入电压是否上升到大于预设高限值；
第一控制单元，用于若所述总输入电压上升到大于所述预设高限值，则控制所述三电平三相四桥臂逆变***中第四桥臂的中间两个开关管常通、上下两个开关管常断；
其中，所述上下两个开关管分别为所述第四桥臂中一个输入端与所述三电平三相四桥臂逆变***的直流侧正极相连的开关管和一个输入端与所述三电平三相四桥臂逆变***的直流侧负极相连的开关管，所述中间两个开关管为所述第四桥臂中除所述上下两个开关管外的两个开关管。
优选的，还包括：
第二控制单元，用于在所述控制所述三电平三相四桥臂逆变***中第四桥臂的中间两个开关管常通、上下两个开关管常断之后，采用PWM对所述三电平三相四桥臂逆变***中另外三个桥臂的各开关管进行控制。
优选的，所述第二控制单元用于采用PWM对所述三电平三相四桥臂逆变***中另外三个桥臂的各开关管进行控制时，具体用于：
采用SPWM对所述三电平三相四桥臂逆变***中另外三个桥臂的各开关管进行控制。
优选的，还包括：
第二判断单元，用于判断所述总输入电压是否下降到小于预设低限值；所述预设高限值大于等于所述预设低限值；
第三控制单元，用于若所述总输入电压下降到小于所述预设低限值，则采用PWM分别对所述三电平三相四桥臂逆变***的四个桥臂的所有开关管进行控制。
优选的，所述第三控制单元用于采用PWM分别对所述三电平三相四桥臂逆变***的四个桥臂的所有开关管进行控制时，具体用于：
采用SVPWM分别对所述三电平三相四桥臂逆变***的四个桥臂的所有开关管进行控制。
一种三电平三相四桥臂逆变***，包括：逆变电路、交流滤波器及控制器；其中：所述控制器用于执行上述任一所述的三电平三相四桥臂逆变***的控制方法。
优选的，所述三电平三相四桥臂逆变***的四个桥臂内的开关管为多个开关管串并联后的组合体。
本发明提供的三电平三相四桥臂逆变***的控制方法，通过控制器判断所述三电平三相四桥臂逆变***的总输入电压是否上升到大于预设高限值；并在所述总输入电压上升到大于所述预设高限值时，控制所述三电平三相四桥臂逆变***中第四桥臂的中间两个开关管常通、上下两个开关管常断，使得所述三电平三相四桥臂逆变***转化为三相四线制***，能够将***的交流滤波器中点引回，对其输出的共模电压加以控制，在总输入电压较高时抑制了***的共模电压，使该三电平三相四桥臂逆变***保留了带不平衡负载的功能，同时增强了适应性，扩大了三电平三相四桥臂逆变***的应用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，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，下面描述内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是本发明实施例提供的三电平三相四桥臂逆变***的结构图；
图2是本发明另一实施例提供的三电平三相四桥臂逆变***的控制方法的流程图；
图3是本发明另一实施例提供的三电平三相四桥臂逆变***的等效结构图；
图4是本发明另一实施例提供的三电平三相四桥臂逆变***的控制方法的另一流程图；
图5是本发明另一实施例提供的三电平三相四桥臂逆变***的控制方法的另一流程图；
图6是本发明另一实施例提供的三电平三相四桥臂逆变***的控制器的结构示意图；
图7是本发明另一实施例提供的三电平三相四桥臂逆变***的控制器的另一结构示意图；
图8是本发明另一实施例提供的三电平三相四桥臂逆变***的控制器的另一结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明提供一种三电平三相四桥臂逆变***的控制方法，以解决现有技术总输入电压高会导致共模电压高的问题。
具体的，该三电平三相四桥臂逆变***的控制方法，应用于三电平三相四桥臂逆变***的控制器；如图1所示，该三电平三相四桥臂逆变***包括：逆变电路101、交流滤波器102及控制器；其中，逆变电路101中包括四个桥臂，第一桥臂包括四个开关管T11、T12、T13和T14，第二桥臂包括四个开关管T21、T22、T23和T24，第三桥臂包括四个开关管T31、T32、T33和T34，第四桥臂包括四个开关管T41、T42、T43和T44。
参见图2，三电平三相四桥臂逆变***的控制方法包括：
S101、判断三电平三相四桥臂逆变***的总输入电压是否上升到大于预设高限值；
若总输入电压上升到大于预设高限值，则执行步骤S102；
S102、控制三电平三相四桥臂逆变***中第四桥臂的中间两个开关管常通、上下两个开关管常断；
其中，该上下两个开关管分别为第四桥臂中一个输入端与三电平三相四桥臂逆变***的直流侧正极相连的开关管(即图1中的T41)和一个输入端与三电平三相四桥臂逆变***的直流侧负极相连的开关管(即图1中的T44)，该中间两个开关管为第四桥臂中除该上下两个开关管外的两个开关管(即图1中的T42和T43)。
图1中，该三电平三相四桥臂逆变***的总输入电压为Udc，根据具体的应用环境，***预设有预设高限值Uuplimit；当总输入电压逐渐上升到Udc>Uuplimit时，说明此时该三电平三相四桥臂逆变***的总输入电压将会导致其输出的共模电压过高，可能会给负载的应用带来相应的问题，因此需要对该三电平三相四桥臂逆变***的共模电压进行抑制。
通过步骤S102，该三电平三相四桥臂逆变***的控制器将控制三电平三相四桥臂逆变***中第四桥臂的中间两个开关管T42和T43常通、上下两个开关管T41和T44常断，此时，该三电平三相四桥臂逆变***的等效结构参见图3，可见该三电平三相四桥臂逆变***转化为三相四线制***，能够将***的交流滤波的中点引回，进而对其输出的共模电压加以控制。
本实施例提供的三电平三相四桥臂逆变***的控制方法，通过上述过程，使得三电平三相四桥臂逆变***转化为三相四线制***，能够将***的交流滤波器中点引回，对其输出的共模电压加以控制，在总输入电压较高时抑制了***的共模电压，使该三电平三相四桥臂逆变***保留了带不平衡负载的功能，同时增强了适应性，扩大了三电平三相四桥臂逆变***的应用范围。
本发明另一实施例还提供了另外一种三电平三相四桥臂逆变***的控制方法，参见图4，包括：
S201、判断三电平三相四桥臂逆变***的总输入电压是否上升到大于预设高限值；
若总输入电压上升到大于预设高限值，则执行步骤S102；
S202、控制三电平三相四桥臂逆变***中第四桥臂的中间两个开关管常通、上下两个开关管常断。
S203、采用PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制策略)对三电平三相四桥臂逆变***中另外三个桥臂的各开关管进行控制；
具体的，可以采用SPWM(正弦波脉宽调制，Sinusoidal PWM)对三电平三相四桥臂逆变***中另外三个桥臂的各开关管进行控制。
SPWM是用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，即SPWM波形，控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波(该SPWM波形)的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。
本实施例给出了一种总输入电压较高时，该三电平三相四桥臂逆变***的具体调制方式；当然，并不一定限定于此，此处仅为一种示例，在上述实施例的基础之上采用任意合适的调制方法均可，可以视其具体的应用环境而定，均在本申请的保护范围内。
本发明另一实施例还提供了另外一种三电平三相四桥臂逆变***的控制方法，在图2或者图4的基础之上，还包括图5所示的：
S301、判断总输入电压是否下降到小于预设低限值；预设高限值大于等于预设低限值；
若总输入电压下降到小于预设低限值，则执行步骤S302；
S302、采用PWM分别对三电平三相四桥臂逆变***的四个桥臂的所有开关管进行控制；
具体的，可以采用SVPWM(空间矢量脉宽调制，Space Vector Pulse WidthModulation)对对三电平三相四桥臂逆变***的四个桥臂的所有开关管进行控制。
图1中，该三电平三相四桥臂逆变***的总输入电压为Udc，根据具体的应用环境，***预设有预设低限值Udownlimit；当总输入电压下降到Udc<Udownlimit时，说明此时该三电平三相四桥臂逆变***的总输入电压过低，在现有技术中的光储领域，将会面临总输入电压利用率低的问题。
而本实施例所述的三电平三相四桥臂逆变***的控制方法，在三电平三相四桥臂逆变***的总输入电压过低时，通过控制器采用SVPWM对第四桥臂的四个开关管T41、T42、T43与T44进行控制，实现这四个开关管的PWM，将三电平三相四桥臂逆变***转化为三相四桥臂***。
由于SVPWM在每个小区间的多次开关切换只涉及一个器件，所以开关损耗小；并且利用电压空间矢量直接生成三相PWM波的计算简单；另外，逆变电路输出线电压基波最大值为总输入电压，比一般的SPWM控制下的逆变电路输出电压高15％；因此，本实施例所述的三电平三相四桥臂逆变***的控制方法，能够在三电平三相四桥臂逆变***的总输入电压过低时，保证有较高的直流电压利用率。
当该三电平三相四桥臂逆变***的总输入电压满足Udownlimit<Udc<Uuplimit时，***可以维持原有的控制模式和工作模式，此处不再一一赘述。
值得说明的是，本实施例所述的三电平三相四桥臂逆变***的控制方法，包括图2与图5的结合，或者图4与图5的结合，此处不再一一赘述；并且，图5所示的步骤可以与图2或图4中的各个步骤同时进行，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
本发明另一实施例还提供了一种三电平三相四桥臂逆变***的控制器，参见图6，包括：第一判断单元201和第一控制单元202；其中：
第一判断单元201用于判断三电平三相四桥臂逆变***的总输入电压是否上升到大于预设高限值；
第一控制单元202用于若总输入电压上升到大于预设高限值，则控制三电平三相四桥臂逆变***中第四桥臂的中间两个开关管常通、上下两个开关管常断；
其中，该上下两个开关管分别为第四桥臂中一个输入端与三电平三相四桥臂逆变***的直流侧正极相连的开关管(即图1中的T41)和一个输入端与三电平三相四桥臂逆变***的直流侧负极相连的开关管(即图1中的T44)，该中间两个开关管为第四桥臂中除该上下两个开关管外的两个开关管(即图1中的T42和T43)。
优选的，该三电平三相四桥臂逆变***的控制器在图6的基础之上，参见图7，还包括：
第二控制单元203，用于在控制三电平三相四桥臂逆变***中第四桥臂的中间两个开关管常通、上下两个开关管常断之后，采用PWM(具体可以采用SPWM)对三电平三相四桥臂逆变***中另外三个桥臂的各开关管进行控制。
优选的，该三电平三相四桥臂逆变***的控制器在图6的基础之上，参见图8，还包括：第二判断单元204和第三控制单元205；其中：
第二判断单元204用于判断总输入电压是否下降到小于预设低限值；预设高限值大于等于预设低限值；
第三控制单元205用于若总输入电压下降到小于预设低限值，则采用PWM(具体可以采用SVPWM)对三电平三相四桥臂逆变***的四个桥臂的所有开关管进行控制。
图8中所示的三电平三相四桥臂逆变***的控制器还可以包括第二控制单元203，此处不做具体限定。
本实施例提供的三电平三相四桥臂逆变***的控制器，通过上述原理，使得三电平三相四桥臂逆变***转化为三相四线制***，能够将***的交流滤波器中点引回，对其输出的共模电压加以控制，在总输入电压较高时抑制了***的共模电压，使该三电平三相四桥臂逆变***保留了带不平衡负载的功能，同时增强了适应性，扩大了三电平三相四桥臂逆变***的应用范围。并且能够通过SVPWM控制，在三电平三相四桥臂逆变***的总输入电压过低时，保证有较高的直流电压利用率。
本发明另一实施例还提供了一种三电平三相四桥臂逆变***，参见图1，包括：逆变电路101、交流滤波器102及控制器；其中，逆变电路101中包括四个桥臂，第一桥臂包括四个开关管T11、T12、T13和T14，第二桥臂包括四个开关管T21、T22、T23和T24，第三桥臂包括四个开关管T31、T32、T33和T34，第四桥臂包括四个开关管T41、T42、T43和T44。
该控制器用于判断逆变电路101的总输入电压Udc是否上升到大于预设高限值Uuplimit；若总输入电压Udc上升到大于预设高限值Uuplimit，则控制逆变电路101中第四桥臂的中间两个开关管T42和T43常通、上下两个开关管T41和T44常断；
其中，该上下两个开关管分别为第四桥臂中一个输入端与三电平三相四桥臂逆变***的直流侧正极相连的开关管(即图1中的T41)和一个输入端与三电平三相四桥臂逆变***的直流侧负极相连的开关管(即图1中的T44)，该中间两个开关管为第四桥臂中除该上下两个开关管外的两个开关管(即图1中的T42和T43)。
优选的，该控制器还用于：
在控制逆变电路101中第四桥臂的中间两个开关管T42和T43常通、上下两个开关管T41和T44常断之后，采用PWM(具体可以采用SPWM)对三电平三相四桥臂逆变***中另外三个桥臂的各开关管进行控制。
优选的，该控制器还用于：
判断总输入电压Udc是否下降到小于预设低限值Udownlimit；若总输入电压Udc下降到小于预设低限值Udownlimit，则采用PWM(具体可以采用SVPWM)对三电平三相四桥臂逆变***的四个桥臂的所有开关管进行控制；预设高限值Uuplimit大于等于预设低限值Udownlimit。
优选的，逆变电路101的直流侧通过母线电容与光伏电池板或者储能装置相连。
本实施例所述的三电平三相四桥臂逆变***可以通过光伏电池板或者储能装置为负载供电，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
优选的，逆变电路101的四个桥臂内的开关管可以为多个开关管串并联后的组合体，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。
值得说明的是，本实施例所述的三电平三相四桥臂逆变***，并不一定限定于图1所示的具体实现形式，比如其中的交流滤波器102可以是LC滤波器，也可以是LC、LCL、LCLL等其他形式的滤波器，其三电平拓扑架构也不限于图1所示的一字型，也可以是T字型等，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。
具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。
本发明中各个实施例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部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (12)
1.一种三电平三相四桥臂逆变***的控制方法，其特征在于，应用于所述三电平三相四桥臂逆变***的控制器，所述三电平三相四桥臂逆变***的控制方法包括：
判断所述三电平三相四桥臂逆变***的总输入电压是否上升到大于预设高限值；
若所述总输入电压上升到大于所述预设高限值，则控制所述三电平三相四桥臂逆变***中第四桥臂的中间两个开关管常通、上下两个开关管常断；
其中，所述上下两个开关管分别为所述第四桥臂中一个输入端与所述三电平三相四桥臂逆变***的直流侧正极相连的开关管和一个输入端与所述三电平三相四桥臂逆变***的直流侧负极相连的开关管，所述中间两个开关管为所述第四桥臂中除所述上下两个开关管外的两个开关管。
2.根据权利要求1所述的三电平三相四桥臂逆变***的控制方法，其特征在于，在所述控制所述三电平三相四桥臂逆变***中第四桥臂的中间两个开关管常通、上下两个开关管常断之后，还包括：
采用脉宽调制策略PWM对所述三电平三相四桥臂逆变***中另外三个桥臂的各开关管进行控制。
3.根据权利要求2所述的三电平三相四桥臂逆变***的控制方法，其特征在于，所述采用脉宽调制策略PWM对所述三电平三相四桥臂逆变***中另外三个桥臂的各开关管进行控制，包括：
采用正弦波脉宽调制策略SPWM对所述三电平三相四桥臂逆变***中另外三个桥臂的各开关管进行控制。
4.根据权利要求1所述的三电平三相四桥臂逆变***的控制方法，其特征在于，还包括：
判断所述总输入电压是否下降到小于预设低限值；所述预设高限值大于等于所述预设低限值；
若所述总输入电压下降到小于所述预设低限值，则采用脉宽调制策略PWM分别对所述三电平三相四桥臂逆变***的四个桥臂的所有开关管进行控制。
5.根据权利要求4所述的三电平三相四桥臂逆变***的控制方法，其特征在于，所述采用脉宽调制策略PWM分别对所述三电平三相四桥臂逆变***的四个桥臂的所有开关管进行控制，包括：
采用空间矢量脉宽调制策略SVPWM分别对所述三电平三相四桥臂逆变***的四个桥臂的所有开关管进行控制。
6.一种三电平三相四桥臂逆变***的控制器，其特征在于，包括：
第一判断单元，用于判断所述三电平三相四桥臂逆变***的总输入电压是否上升到大于预设高限值；
第一控制单元，用于若所述总输入电压上升到大于所述预设高限值，则控制所述三电平三相四桥臂逆变***中第四桥臂的中间两个开关管常通、上下两个开关管常断；
其中，所述上下两个开关管分别为所述第四桥臂中一个输入端与所述三电平三相四桥臂逆变***的直流侧正极相连的开关管和一个输入端与所述三电平三相四桥臂逆变***的直流侧负极相连的开关管，所述中间两个开关管为所述第四桥臂中除所述上下两个开关管外的两个开关管。
7.根据权利要求6所述的三电平三相四桥臂逆变***的控制器，其特征在于，还包括：
第二控制单元，用于在所述控制所述三电平三相四桥臂逆变***中第四桥臂的中间两个开关管常通、上下两个开关管常断之后，采用脉宽调制策略PWM对所述三电平三相四桥臂逆变***中另外三个桥臂的各开关管进行控制。
8.根据权利要求7所述的三电平三相四桥臂逆变***的控制器，其特征在于，所述第二控制单元用于采用脉宽调制策略PWM对所述三电平三相四桥臂逆变***中另外三个桥臂的各开关管进行控制时，具体用于：
采用正弦波脉宽调制策略SPWM对所述三电平三相四桥臂逆变***中另外三个桥臂的各开关管进行控制。
9.根据权利要求6至8任一所述的三电平三相四桥臂逆变***的控制器，其特征在于，还包括：
第二判断单元，用于判断所述总输入电压是否下降到小于预设低限值；所述预设高限值大于等于所述预设低限值；
第三控制单元，用于若所述总输入电压下降到小于所述预设低限值，则采用脉宽调制策略PWM分别对所述三电平三相四桥臂逆变***的四个桥臂的所有开关管进行控制。
10.根据权利要求9所述的三电平三相四桥臂逆变***的控制器，其特征在于，所述第三控制单元用于采用脉宽调制策略PWM分别对所述三电平三相四桥臂逆变***的四个桥臂的所有开关管进行控制时，具体用于：
采用空间矢量脉宽调制策略SVPWM分别对所述三电平三相四桥臂逆变***的四个桥臂的所有开关管进行控制。
11.一种三电平三相四桥臂逆变***，其特征在于，包括：逆变电路、交流滤波器及控制器；其中：所述控制器用于执行权利要求1至5任一所述的三电平三相四桥臂逆变***的控制方法。
12.根据权利要求11所述的三电平三相四桥臂逆变***，其特征在于，所述三电平三相四桥臂逆变***的四个桥臂内的开关管为多个开关管串并联后的组合体。
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