CN108471247A - 三电平逆变器的控制方法、装置和*** - Google Patents

三电平逆变器的控制方法、装置和*** Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种三电平逆变器的控制方法、装置和***。能够提高三电平逆变器的电路性能。该方法包括：生成控制信号，控制信号用于根据调制信号控制三电平逆变器中的开关变换电路中的开关管的通断，其中，在调制信号的过零点时间区间中，控制信号的配置使得：第二开关管、第三开关管、第五开关管和第六开关管各进行通断状态切换，且第三开关管与第五开关管在第一时间区间内均导通，第二开关管与第六开关管在第二时间区间内均导通，第一时间区间与第二时间区间互不重叠或部分重叠；向开关变换电路输出控制信号。

Description

三电平逆变器的控制方法、装置和***
技术领域
本申请涉及电子电路领域，尤其涉及一种三电平逆变器的控制方法、装置和***。
背景技术
三电平逆变器广泛应用于各种工业场合。三电平逆变器用于产生根据调制信号变化的脉冲序列。一种常见的三电平逆变器为有源中点钳位(active neutral point clamp,ANPC)型三电平逆变器。图1是ANPC三电平逆变器的示意图。如图1所示，ANPC三电平逆变器包括开关变换电路。开关变换电路包括六个开关管101～106。控制信号G1～G6分别控制开关管101～106的导通和关断，使得开关变换电路输出根据调制信号变化的脉冲序列。根据ANPC三电平逆变器的工作原理，在调制信号经过过零点时，第二开关管102、第三开关管103、第五开关管105以及第六开关管106的通断状态均要发生切换(即由导通状态切换为关断状态，或由关断状态切换为导通状态)。过零点是指调制信号的电压值为零的点，调制信号通常在过零点由正变负或由负变正。三电平逆变器在过零点切换过程中的理想输出是零电平。但在相关技术中，上述多个开关管在进行通断状态切换的过程中，会使开关变换电路的输出端产生正电平脉冲或负电平脉冲，导致电流畸变，影响三电平逆变器的性能。
发明内容
本申请提供一种三电平逆变器的控制方法、装置和***，能够提高三电平逆变器的电路性能。
第一方面，提供了一种三电平逆变器的控制方法，其特征在于，所述三电平逆变器包括分压电路(20)和开关变换电路(10)，所述分压电路(20)被配置为输出正电平、负电平和零电平；所述开关变换电路(10)包括六个开关管(101,102,103,104,105,106)，其中第一开关管(101)至第四开关管(104)在所述分压电路(20)输出的所述正电平与所述负电平之间相互串联，且第二开关管(102)的第二端、第三开关管(103)的第一端与所述零电平相连，第五开关管(105)与第六开关管(106)相互串联，且所述第五开关管(105)的第一端与所述第二开关管(102)的第一端相连，所述第六开关管(106)的第二端与所述第三开关管(103)的第二端相连，所述第五开关管(105)的第二端、所述第六开关管(106)的第一端与所述开关变换电路(10)的输出端相连，所述控制方法包括：生成控制信号，所述控制信号用于根据调制信号控制所述六个开关管(101,102,103,104,105,106)的通断，其中，在所述调制信号的过零点时间区间中，所述控制信号的配置使得：所述第二开关管(102)、所述第三开关管(103)、所述第五开关管(105)和所述第六开关管(106)各进行通断状态切换，且所述第三开关管(103)与所述第五开关管(105)在第一时间区间内均导通，所述第二开关管(102)与所述第六开关管(106)在第二时间区间内均导通，所述第一时间区间与所述第二时间区间互不重叠或部分重叠；向所述开关变换电路(10)输出所述控制信号。
在本申请实施例中，在过零点时间区间内，通过配置控制信号以使得：第三开关管103和第五开关管在第一时间区间内均保持导通；以及在第二开关管102和第六开关管106在第二时间区间内均保持导通。从而在过零点时间区间内的任一时刻，第三开关管103和第五开关管105中的至少一个处于导通状态，这样使得过零点时间区间内，当输出电流大于零时，开关变换电路10的输出端与分压电路20的零电平端始终保持导通路径，进而使得开关变换电路10在过零点时间区间内的输出电压保持在零电平。类似地，在过零点时间区间内的任一时刻，第二开关管102和第六开关管106中的至少一个处于导通状态，这样使得在过零点时间区间内，当输出电流小于零时，开关变换电路10的输出端与分压电路20的零电平端始终保持导通路径，进而使得开关变换电路10在过零点时间区间内的输出电压保持在零电平。采用上述方法，可以在过零点切换时，避免三电平逆变器的输出电压的产生多余脉冲，从而减少电流畸变的情况。
另外，上述第一时间区间和第二时间区间互不重叠或部分重叠，使得可以灵活地配置各开关管在过零点时间区间内的控制时序，从而提高三电平逆变器的时序配置的灵活性。
在一种可能的实现方式中，所述调制信号在所述过零点时间区间中由正变负，在所述过零点时间区间中，所述控制信号的配置使得：所述第三开关管(103)由关断状态切换为导通状态，所述第五开关管(105)由导通状态切换为关断状态；以及所述第二开关管(102)由导通状态切换为关断状态，所述第六开关管(106)由关断状态切换为导通状态。
在一种可能的实现方式中，所述调制信号在所述过零点时间区间中由负变正，在所述过零点时间区间中，所述控制信号的配置使得：所述第三开关管(103)由导通状态切换为关断状态，所述第五开关管(105)由关断状态切换为导通状态；以及所述第二开关管(102)由关断状态切换为导通状态，所述第六开关管(106)由导通状态切换为关断状态。
在一种可能的实现方式中，所述调制信号为正弦信号。
第二方面，提供了一种三电平逆变器的控制装置，所述三电平逆变器包括分压电路(20)和开关变换电路(10)，所述分压电路(20)被配置为输出正电平、负电平和零电平；所述开关变换电路(10)包括六个开关管(101,102,103,104,105,106)，其中第一开关管(101)至第四开关管(104)在所述分压电路(20)输出的所述正电平与所述负电平之间相互串联，第二开关管(102)的第二端、第三开关管(103)的第一端用于连接所述零电平，第五开关管(105)与第六开关管(106)相互串联，且所述第五开关管(105)的第一端与所述第二开关管(102)的第一端相连，所述第六开关管(106)的第二端与所述第三开关管(103)的第二端相连，所述第五开关管(105)的第二端、所述第六开关管(106)的第一端与所述开关变换电路(10)的输出端相连，所述控制装置与所述开关变换电路(10)相连，所述控制装置包括：生成单元，用于生成控制信号，所述控制信号用于根据调制信号控制所述六个开关管(101,102,103,104,105,106)的通断，其中，在所述调制信号的过零点时间区间中，所述控制信号的配置使得：所述第二开关管(102)、所述第三开关管(103)、所述第五开关管(105)和所述第六开关管(106)各进行通断切换，且所述第三开关管(103)与所述第五开关管(105)在第一时间区间内均导通，所述第二开关管(102)与所述第六开关管(106)在第二时间区间内均导通，所述第一时间区间与所述第二时间区间互不重叠或部分重叠；输出单元，用于向所述开关变换电路(10)输出所述控制信号。
在一种可能的实现方式中，所述调制信号在所述过零点时间区间中由正变负，在所述过零点时间区间中，所述控制信号的配置使得：所述第三开关管(103)由关断状态切换为导通状态，所述第五开关管(105)由导通状态为切换关断状态；以及所述第二开关管由导通状态切换为关断状态，所述第六开关管由关断状态切换为导通状态。
在一种可能的实现方式中，所述调制信号在所述过零点时间区间中由负变正，在所述过零点时间区间中，所述控制信号的配置使得：所述第三开关管(103)由导通状态切换为关断状态，所述第五开关管(105)由关断状态切换为导通状态；以及所述第二开关管(102)由关断状态切换为导通状态，所述第六开关管(106)由导通状态切换为关断状态。
在一种可能的实现方式中，所述调制信号为正弦信号。
第三方面，提供了一种三电平逆变器的控制***，包括：三电平逆变器和控制装置，所述三电平逆变器包括分压电路(20)和开关变换电路(10)，所述分压电路(20)被配置为输出正电平、负电平和零电平；所述开关变换电路(10)包括六个开关管(101,102,103,104,105,106)，其中第一开关管(101)至第四开关管(104)在所述分压电路(20)输出的所述正电平与所述负电平之间相互串联，第二开关管(102)的第二端、第三开关管(103)的第一端与所述零电平相连，第五开关管(105)与所述第六开关管(106)相互串联，且所述第五开关管(105)的第一端与所述第二开关管(102)的第一端相连，所述第六开关管(106)的第二端与所述第三开关管(103)的第二端相连，所述第五开关管(105)的第二端、所述第六开关管(106)的第一端与所述开关变换电路(10)的输出端相连，所述控制装置与所述开关变换电路(10)相连，所述控制装置为第二方面或第二方面中的任一种可能的实现方式中所述的控制装置。
附图说明
图1是本申请实施例的ANPC型三电平逆变器的电路示意图。
图2是本申请实施例的正弦脉冲宽度调制的波形示意图。
图3是相关技术的控制信号在调制信号过零点时的时序逻辑图。
图4是本申请实施例的三电平逆变器的控制方法的流程示意图。
图5是本申请实施例的过零点时间区间内的电路工作状态示意图。
图6是本申请又一实施例的过零点时间区间内的电路工作状态示意图。
图7是本申请实施例的过零点时间区间的时序示意图。
图8是本申请又一实施例的过零点时间区间的时序示意图。
图9是本申请实施例的一种***架构示意图。
图10是本申请实施例的一种实现方式的示意图。
图11是本申请实施例的控制装置的示意图。
图12是本申请实施例的三电平逆变器的控制***的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
为了便于理解，首先介绍本申请实施例的三电平逆变器及其控制方法的工作原理。本申请中以ANPC型三电平逆变器为例，对三电平逆变器进行介绍。其中，中点钳位是指将直流电源的“中点”与交流侧的地相连。上述“中点”可以指直流电源的输出电平的二分之一电平。对于三电平逆变器的输出端来说，上述“中点”即零电平。
图1是本申请实施例的ANPC型三电平逆变器的电路示意图。如图1所示，该ANPC型三电平逆变器包括分压电路20和开关变换电路10。分压电路20的输入端可以与直流电压源相连。分压电路20的输出端用于输出正电平、负电平以及零电平。零电平即上述直流电压源输出电平的中点电平。开关变换电路10包括六个开关管，即第一开关管101至第六开关管106。开关变换电路10与分压电路20相连。其中，第一开关管101至第四开关管104在所述分压电路输出的所述正电平与所述负电平之间相互串联。第二开关管102的第二端、第三开关管103的第一端用于连接所述零电平，第五开关管105与第六开关管106相互串联，且所述第五开关管105的第一端与第二开关管103的第二端相连，第五开关管105的第二端、第六开关管106的第一端与开关变换电路10的输出端相连。
其中，上述涉及的开关管(即开关管101～106)可以是能够实现开关功能的电子器件。例如，上述开关管可以是双极型结型晶体管(bipolar junction transistor,BJT)，或者也可以是金属氧化物半导体场效应管(metal oxide semiconductor field effecttransistor,MOSFET)。或者，上述开关管可以是绝缘栅双极型晶体管(insulated gatebipolar transistor,IGBT)。IGBT是由电力晶体管(giant transistor,GTR)和MOSFET组成的复合全控性电压驱动式功率半导体器件，可以兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。因此，IGBT适用于中高压的大功率场合。其中，GTR可以指耐高压、大电流的BJT。
上述开关管的第一端和第二端用于指示开关管的两端。例如，若上述开关管为BJT或IGBT，则上述各开关管的第一端和第二端可以用于分别指示开关管的集电极或发射极，用于控制开关管通断的控制信号可以加载于开关管的基电极。若上述开关管为MOSFET，则上述各开关管的第一端和第二端可以分别用于指示开关管的源极或漏极，用于控制开关管通断的控制信号可以加载于开关管的栅极。
可选地，本申请的开关变换电路10中还包括第一二极管D1～第六二极管D6。二极管D1～D6与第一开关管101至第六开关管106一一对应。其中，上述二极管分别是与开关管反并联的续流二极管。例如，第一二极管D1与第一开关管101反并联，第二二极管D2与第二开关管102反并联。
本申请实施例对上述分压电路20的结构不作限定，只要其能实现分压功能，对外输出高电平、低电平和零电平即可。例如，分压电路20可以由串联的电容C1和电容C2组成。
在ANPC三电平逆变器工作时，通过向三电平逆变器输出控制信号以控制开关管101～106的通断。上述控制信号可以根据调制信号生成。可选地，控制信号G1～G6与开关管101～106依次一一对应。例如，第一控制信号G1用于控制第一开关管101的通断，第二控制信号G2用于控制第二开关管102的通断，其余类推。在ANPC三电平逆变器工作时，在第五开关管105导通的情况下，第一开关管101和第二开关管102的状态互补，且三电平逆变器输出正脉冲序列。上述状态互补可以指第一开关管101导通时，第二开关管102关断；第一开关管101关断时，第二开关管102导通。在第六开关管106导通的情况下，第三开关管103和第四开关管104的状态互补，且三电平逆变器输出负脉冲序列。此外，第五开关管105和第六开关管106的状态互补。
可选地，在开关变换电路10的输出端还可以与滤波电路(图1未示出)相连。所述滤波电路可以对开关电路10输出的脉冲序列作滤波处理。通常情况下，开关变换电路10与滤波电路中的电感相连。
在ANPC型三电平逆变器工作的情况下，第一开关管101～第四开关管104以很高的频率进行开关动作。因此可以将第一开关管101至第四开关管104称为高频开关。而第五开关管105和第六开关管106根据调制信号的变化进行开关动作，因此将第五开关管105和第六开关管称为工频开关。
ANPC三电平逆变器输出的脉冲序列的脉冲宽度根据调制信号进行变化。本申请实施例对调制信号的波形不作限制。例如，调制信号可以为正弦信号、三角波或者其他波形的信号。为了便于理解，接下来将以调制信号为正弦信号为例对ANPC三电平逆变器的控制原理进行介绍。调制信号为正弦信号时，脉冲序列的占空比根据正弦规律变化。例如，当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔最小。反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也较小，而脉冲间的间隔则较大。以上可以称为正弦脉冲宽度调制。为了使三电平逆变器输出的脉冲序列的脉冲宽度随正弦规律变化。可以将调制信号与两个三角载波进行比较，以确定第一开关管101至第六开关管106的控制信号G1～G6的状态。其中，上述两个三角载波可以分别为第一三角载波和第二三角载波。第一三角载波用于与处于正半周期的调制信号进行比较，第二三角载波用于与处于负半周期的调制信号进行比较。
图2是本申请实施例的正弦脉冲宽度调制的波形示意图。如图2所示，在调制信号的正半周期，第五控制信号G5为高电平，第六控制信号G6为低电平。当调制信号大于第一三角载波时(即图2中的载波1)，第一控制信号G1为高电平，第二控制信号G2为低电平。当正弦调制信号小于第一三角载波时，第一控制信号G1为高电平，第二控制信号G2为高电平。第三控制信号G3和第四控制信号G4均保持低电平。在开关管101～106根据上述控制信号G1-G6进行通断状态切换时，开关变换电路20输出根据正弦规律变化的脉冲序列。
其中，图2中的开关管101～106为N型晶体管，因此在上述控制信号G1～G6为高电平时，开关管101～106为导通状态，在上述控制信号G1～G6为低电平时，开关管101～106为关闭状态。在其他应用环境中，若开关管为P型晶体管，则控制信号G1～G6为高电平时，开关管101～106为关闭状态，在控制信号G1～G6为低电平时，开关管101～106为导通状态。本申请中以开关管为N型晶体管为例进行说明，但这并不属于对开关管的类型的限制。
在正弦调制信号的负半周期，第六控制信号G6为高电平，第五控制信号G5为低电平。当调制信号大于第二三角载波(即图2中的载波2)时，第三控制信号G3为高电平，第四控制信号G4为低电平。当调制信号小于第二三角载波时，第三控制信号G3为低电平，第四控制信号G4为高电平。第一控制信号G1和第二控制信号G2保持为低电平。
需要说明的是，本申请实施例中的过零点指示的是调制信号的电压值为零的点，调制信号在过零点由正变负或由负变正。三电平逆变器通常采用数字控制，按照固定的控制周期运算控制算法。本申请实施例中的过零点时间区间可以指调制信号的过零点所处的控制周期。或者说，过零点时间区间可以指调制信号经过过零点以及过零点附近时的时间区间。过零点时间区间可以是包括过零点的时间区间，并且在过零点时间区间内，开关变换电路20的理想输出为零电平。换句话说，过零点时间区间包括过零点，且第一开关管101和第四开关管104在过零点时间区间内均为关断状态。本申请实施例中的过零点切换可以指上述各开关管在过零点时间区间内发生的切换过程。另外，若调制信号为根据周期变换的信号，则上述调制信号由正变负可以指调制信号由正半周期过渡到负半周期，上述调制信号由负变正可以指调制信号由负半周期过渡到正半周期。若上述调制信号为非周期变换的信号，则上述调制信号由正变负可以指调制信号由正电压过渡到负电压阶段，上述调制信号由负变正可以指调制信号由负电压过渡到正电压的阶段。
由图2可见，在调制信号由正变负时，第二控制信号G2和第五控制信号G5均从高电平切换为低电平，第三控制信号G3和第六控制信号G6均从低电平切换为高电平。第一控制信号G1和第四控制信号G4均保持为低电平。在调制信号的过零时间区间内，第二控制信号G2、第三控制信号G3、第五控制信号G5以及第六控制信号G6均发生了状态切换。在过零点时间区间内，开关变换电路20的理想输出为零电平，也即三电平逆变器的理想输出为零电平。但是，在相关技术中，在上述开关管的切换过程中加入了死区时间，从而在过零点切换中会使开关变换电路的输出端产生正电平脉冲或负电平脉冲，导致电流畸变，影响三电平逆变器的性能。
图3是相关技术的控制信号在调制信号过零点时的时序逻辑图。如图3所示，在调制信号由正变负时，首先关断第二开关管102；经过一定的死区时间Ta后再关断第五开关管105；之后经过一定的死区时间Tb之后，开通第六开关管106；再经过一定的死区时间Tc之后，开通第三开关管103；此后根据通用的正弦波脉宽调制(sinusoidal pulse widthmodulation,SPWM)方法产生开关管101～106的控制信号。在调制信号由负变正时，首先关断第三开关管103；经过一定死区时间Te之后，在关断第六开关管106；之后经过一定死区时间Tf之后开通第五开关管105；然后经过一定的死区时间Td之后，开通第二开关管102；此后根据通用的SPWM方法来产生开关管101～106的控制信号。
在图3所示的控制方法中，在保障高频开关(第二开关管102或第三开关管103)完全关断之后再关闭工频开关(第五开关管105或第六开关管106)，或是在保障工频开关完全开通之后，再打开高频开关。但是采用这种方式会造成在过零点时间区间内，三电平逆变器输出高电平脉冲或低电平脉冲，而在过零点时间区间内的理想输出应是零电平，因而造成了在过零点时间区间内的电流畸变。
为了解决上述技术问题，本申请实施例提出了一种三电平逆变器的控制方法。图4是该控制方法的示意性流程图。该控制方法包括步骤S401和S402。具体内容如下：
S401.生成控制信号，所述控制信号用于根据调制信号控制开关管101～106的通断。
其中，在所述调制信号的过零点时间区间中，所述控制信号的配置使得：所述第二开关管102、所述第三开关管103、所述第五开关管105和所述第六开关管106各进行通断状态切换，且所述第三开关管103与所述第五开关管105在第一时间区间内均导通，所述第二开关管102与所述第六开关管106在第二时间区间内均导通，所述第一时间区间与所述第二时间区间互不重叠或部分重叠。
可选地，所述控制信号可以包括第一控制信号G1至第六控制信号G6，所述控制信号G1～G6与开关管101-106依次一一对应。
可选地，所述第一时间区间和所述第二时间区间均位于所述过零点时间区间中，所述过零点时间区间包括所述调制信号由正变负，或由负变正的时刻，且所述控制信号的配置使得所述第一开关管101和第四开关管104在所述过零点时间区间内均处于关断状态。
其中，上述通断状态切换是指开关管由导通状态切换为关断状态，或者由关断状态切换为导通状态。在过零点切换期间，第三开关管103与第五开关管105可以在第一时间区间内均保持导通状态。换句话说，在过零点时间区间内的任意时刻，第三开关管103与第五开关管105中的至少一个处于导通状态。同样的，在过零点时间区间内的任意时刻，第二开关管102和第六开关管106中的至少一个处于导通状态。其中，第一时间区间、第二时间区间可以是处于过零点时间区间中的任意一段时间区间。且第一时间区间和第二时间区间互不重叠或部分重叠。通过采取这种方法，能够保证在过零点时间区间内，开关变换电路10的输出端与分压电路20的零电平之间一直存在导通路径，从而能够减少在过零点时间区间内三电平逆变器的输出信号产生电流畸变，提高三电平逆变器的工作性能。
可选地，上述第一时间区间和第二时间区间的长度可以根据实际情况设置。例如，可以是微秒(μs)级别，也可以是其他大于零的值。
S402.向三电平逆变器中的开关变换电路输出所述控制信号。
需要说明的是，本申请实施例仅改进在过零点时间区间内各开关管的控制时序，在过零点时间区间之外的其他时间内，控制信号可以根据传统的控制方法产生，以控制开关管的通断状态。
在本申请实施例中，在过零点时间区间内，通过配置控制信号以使得：第三开关管103和第五开关管在第一时间区间内均保持导通；以及在第二开关管102和第六开关管106在第二时间区间内均保持导通。从而在过零点时间区间内的任一时刻，第三开关管103和第五开关管105中的至少一个处于导通状态，这样使得过零点时间区间内，当输出电流大于零时，开关变换电路10的输出端与分压电路20的零电平端始终保持导通路径，进而使得开关变换电路10在过零点时间区间内的输出电压保持在零电平。类似地，在过零点时间区间内的任一时刻，第二开关管102和第六开关管106中的至少一个处于导通状态，这样使得在过零点时间区间内，当输出电流小于零时，开关变换电路10的输出端与分压电路20的零电平端始终保持导通路径，进而使得开关变换电路10在过零点时间区间内的输出电压保持在零电平。
采用上述方法，可以在过零点切换时，避免三电平逆变器的输出电压的产生多余脉冲，从而减少电流畸变的情况。
另外，上述第一时间区间和第二时间区间互不重叠或部分重叠，使得可以灵活地配置各开关管在过零点时间区间内的控制时序，从而提高三电平逆变器的时序配置的灵活性。例如，可以根据开关管的导通速度快慢，在满足S401步骤的要求的情况下，灵活配置各开关管的控制时序。
在本申请实施例中，通过采用上述方法，可以在过零点切换时，避免三电平逆变器的输出电压的产生多余脉冲，从而减少电流畸变的情况。
接下来介绍本申请的控制方法的原理。为了便于理解，首先介绍相关技术中电流畸变产生的原因。图5示出了本申请实施例的过零点时间区间内的电路工作状态示意图。其中，图5中的过零点时间区间为调制信号由正变负的时间段，并且图5中假设开关变换电路10在过零点切换之前的输出电流大于零，即输出电流方向为由开关变换电路10流向负载。在过零点切换时，假设在过零点时间区间中的T1时刻、T2时刻、T3时刻和T4时刻，第二控制信号G2、第五控制信号G5、第六控制信号G6和第三控制信号G3依次进行通断状态切换。因此，在过零点时间区间中，开关变换电路10依次经历了五个不同的状态。
其中，第一状态发生在过零点时间区间开始到T1时刻之前，此时第二开关管102与第五开关管105为导通状态，其余开关管均关断，开关变换电路10的输出端通过第二二极管D2、第五开关管105与分压电路20的零电平之间存在导通路径，因此开关变换电路10的输出电压为零电平。其中，由于第二二极管D2导通，因此第二开关管102被短路，电流不经过第二开关管102。
第二状态发生在T1时刻与T2时刻之间，此时，第二开关管102由导通切换为关断，第五开关管105保持导通，其余开关管均关断，此时与第二开关管102反并联的第二二极管D2依然处于导通状态，因此，在分压电路20的零电平端与开关变换电路10的输出端之间依然存在导通路径，因此开关变换电路10的输出电压依然为零电平。
第三状态发生在T2时刻与T3时刻之间，此时第五开关管105由导通切换为关断，且其余开关管均处于关断状态。分压电路20的零电平端与开关变换电路10的输出端之间不存在导通路径，由于开关变换电路10的输出端通常与滤波电路中的电感相连，而电感具有阻碍电流变化的功能。因此，在第五开关管105关断的时刻，开关变换电路10的输出端的电流大小和方向不会突变。为了维持电流，开关变换电路10的输出端通过第四二极管D4以及第六二极管D6从分压电路20的负电平端抽取电流。换句话说，开关变换电路10的输出端与分压电路20的负电平端存在导通路径。因此，在第三状态下，开关变换电路10的输出端的电压为负电平。
第四状态发生在T3时刻与T4时刻之间，此时第六开关管106由关断切换为导通，其余开关管均为关断状态。开关变换电路10的输出端与分压电路20的零电平端依然不存在导通路径。开关变换电路10的输出端与分压电路20的负电平端相连，即开关变换电路10输出负电平。其中，由于第六二极管D6导通，因此第六开关管106被短路，电流不经过第六开关管106。
第五状态发生在T4时刻之后，直至过零点时间区间结束。此时第三开关管103由关断切换为导通，第六开关管106保持导通，其余开关管关闭。因此，开关变换电路10的输出端通过第三开关管103、第六二极管D6与分压电路10的零电平端存在导通路径。因此开关变换电路10的输出为零电平
从上述分析可见，当开关变换电路10的输出电流大于零时，第三状态和第四状态下，开关变换电路10会产生输出电压为负电平的情况，从而导致三电平逆变器输出负电平脉冲。具体地，在过零点切换期间，在第五开关管105与第三开关管103同时关断的时间段内，开关变换电路10与分压电路20的零电平端之间不存在导通路径，导致开关变换电路10的输出端与分压电路20的负电平端相连，使得开关变换电路10输出负电平。从而导致输出电压产生多余的脉冲，使得输出电流发生畸变。
图5以调制信号由正变负，且开关变换电路的10的输出电流大于零为例对本申请的控制原理进行说明。图6是本申请又一实施例的过零点时间区间内的电路工作状态示意图。
接下来继续结合图6，描述开关变换电路10的输出电流小于零的情况下的电压突变产生的原因以及控制原理。其中，上述开关变换电路10的输出电流小于零是指输出电流方向为由负载向三电平逆变器流入。与图5相同，图6中的过零点时间区间为调制信号由正变负的时间段。在过零点切换时，假设在过零点时间区间中的T1时刻、T2时刻、T3时刻以及T4时刻，第二控制信号G2、第五控制信号G5、第六控制信号G6和第三控制信号G3按照先后顺序完成状态切换。在过零点时间区间中，开关变换电路10依次经历了五个不同的状态。
其中，第一状态发生在过零点时间区间开始到T1时刻之前，此时第二开关管102与第五开关管105为导通状态，其余开关管均关断，开关变换电路10的输出端通过第二开关管102以及第五二极管D5与分压电路10的零电平之间存在导通路径，因此开关变换电路10的输出电压为零电平。其中，由于第五二极管D5导通，因此第五开关管105被短路，电流不经过第五开关管105。
第二状态发生在T1时刻与T2时刻之间，此时，第二开关管102在T1时刻由导通切换为关断，第五开关管105保持导通，其余开关管均关断，此时分压电路20的零电平端与开关变换电路10的输出端之间不存在导通路径。由于开关变换电路10的输出端通常与滤波电路中的电感相连，而电感具有阻碍电流变化的功能。因此，在第二开关管102关断的时刻，开关变换电路10输出端的电流大小不会突变。为了维持电流，分压电路10的正电平端通过第一二极管D1、第五二极管D5向开关变换电路10的输出端抽取电流。换句话说，开关变换电路10的输出端与分压电路20的正电平端存在导通路径。因此，在第二状态下，开关变换电路10的输出端的电压为正电平。
第三状态发生在T2时刻与T3时刻之间，第五开关管105在T2时刻由导通切换为关断，且其余开关管均处于关断状态。分压电路20的零电平端与开关变换电路10的输出端依然不存在导通路径。开关变换电路10的输出端通过第五二极管D5以及第一二极管D1与分压电路20的正电平端相连。即开关变换电路10输出正电平。
第四状态发生在T3时刻与T4时刻之间，第六开关管106在T3时刻由关断切换为导通，且其余开关管均处于关断状态。开关变换电路10的输出端通过第六开关管106、第三二极管D3与分压电路20的零电平端相连。即开关变换电路10的输出为零电平。
第五状态发生在T4时刻至过零点时间区间结束。第三开关管103由关断切换为导通，第六开关管106保持导通，其余开关管关闭。开关变换电路10通过第六开关管106、第三二极管D3与分压电路20的零电平端相连。即开关变换电路10的输出为零电平。其中，由于第三二极管D3导通，因此第三开关管103被短路，电流不经过第三开关管103。
从上述分析可见，当开关变换电路10的输出电流小于零时，第二状态和第三状态下，会产生输出电压为正电平的情况。在第二开关管102和第六开关管106同时关断的时间段内，开关变换电路10与分压电路20的零电平端之间不存在导通路径，导致开关变换电路10的输出端与分压电路20的正电平端相连，使得开关变换电路10输出负电平，从而导致三电平逆变器的输出电压产生正脉冲，使得输出电流发生畸变。
另外，在过零点时间区间为调制信号由负变正的情况下，产生电压突变的原因与调制信号由正变负的情况下类似。即在开关变换电路10的输出电流大于零的情况下，当第三开关管103和第五开关管105同时关断时，将导致三电平逆变器的输出负电平脉冲。在开关变换电路10的输出电流小于零的情况下，当第二开关管102和第六开关管106同时关断时，将导致三电平逆变器输出正电平脉冲。本申请实施例中不再赘述。
结合图5至图6的分析，为了解决上述问题，本申请实施例提出在过零点切换过程中，配置所述控制信号以使得：第三开关管103和第五开关管在第一时间区间内均保持导通；以及在第二开关管102和第六开关管106在第二时间区间内均保持导通。从而在过零点时间区间内的任一时刻，第三开关管103和第五开关管105中的至少一个处于导通状态，这样使得过零点时间区间内，当输出电流大于零时，开关变换电路10的输出端与分压电路20的零电平端始终保持导通路径，进而使得开关变换电路10在过零点时间区间内的输出电压保持在零电平。类似地，在过零点时间区间内的任一时刻，第二开关管102和第六开关管106中的至少一个处于导通状态，这样使得在过零点时间区间内，当输出电流小于零时，开关变换电路10的输出端与分压电路20的零电平端始终保持导通路径，进而使得开关变换电路10在过零点时间区间内的输出电压保持在零电平。
采用上述方法，可以在过零点切换时，避免三电平逆变器的输出电压的产生多余脉冲，从而减少电流畸变的情况。
图7示出了本申请实施例中调制信号由正变负时控制信号的几种可能的时序示意图。
图8示出了本申请实施例中的调制信号由负变正时控制信号的几种可能的时序示意图。由于过零点时间区间内第一控制信号G1与第四控制信号G4未发生通断状态切换，因此，图7中未示出第一控制信号G1和第四控制信号G4的时序图。如图7中的(a)和(b)以及图8中的(a)和(b)所示，在过零点时间区间内，第一时间区间和第二时间区间可以互不重叠。或者，如图7中的(c)-(e)和图8中的(c)-(f)所示，第一时间区间和第二时间区间可以部分重叠。另外，在符合图4中的S401的描述的情况下，各开关管可以采用各种时序进行通断状态切换。例如，在图7的(a)中，开关管在过零点时间区间内的通断切换顺序依次为第六开关管106、第二开关管102、第三开关管103、第五开关管105。或者，如图7中的(d)所示，在过零点时间区间内，各开关管的切换顺序依次为第六开关管106、第三开关管103、第二开关管102、第五开关管105。图7和图8中的其余时序图不再一一枚举。
图9是本申请实施例的一种可能的***架构示意图。在一些应用场景中，三电平逆变器可以进行直流电能和交流电能的变换。例如，如图9所示，三电平逆变器可以连接直流***和交流***，直流侧传感器检测直流侧电压和电流信号，交流侧传感器检测交流侧电压和电流信号。控制软件接收直流侧和交流侧的电压和电流信号之后，由编程语言编写的程序进行数学运算以产生上述调制信号。上述程序可以成为调制算法。调制算法可以根据调制信号以及本申请实施例中的方法产生控制信号，以控制开关变换电路10中的开关管的通断状态。
需要说明的是，本申请实施例中的产生控制信号的方式可以通过软件编程实现，也可以通过硬件电路实现，或者也可以通过软硬件结合实现。
图10是本申请实施例的控制信号一种实现方式的示意图。在图10中，可以采用可编程逻辑处理器编写控制程序以实现延时逻辑，该延时逻辑对传统的源控制信号g1-g6进行延时处理之后，得到最终作用于开关变换电路10的控制信号G1-G6。首先，根据传统的三电平变换器的SPWM方法产生源控制信号g1～g6。在调制信号的正半周期内，g5为高电平，g6为低电平。第一比较单元将调制信号与第一三角载波比较，当调制信号大于第一三角载波时，g1为高电平，g2为低电平；当调制信号小于第一三角载波时，g1为低电平，g2为高电平。在调制信号的负半周期，g6为高电平，g5为低电平。第一比较单元将调制信号与第二三角载波比较，当调制信号大于第二三角载波时，g3为高电平，g4为低电平；当调制信号小于第二三角载波时，g3为低电平，g4为高电平。
延时逻辑根据源控制信号g1-g6产生控制信号G1～G6。延时逻辑对控制信号G1-G6在过零点时间区间内的时序进行调整。在过零点时间区间之外的时间段内，控制信号G1-G6与源控制信号g1-g6相同。具体地，当调制信号由正变负时，以第三开关管103的控制信号G3的上升沿为参考，将第五开关管105的控制信号G5的下降沿延时Td1；以第六开关管106的控制信号G6的上升沿为参考，将第二开关管102的控制信号G2的控制信号的下降沿延时Td2。即第一时间区间的长度为Td1，第二时间区间的长度为Td2。当调制信号由负变正时，以第五开关管105的控制信号G5的上升沿为参考信号，将第三开关管103的控制信号G3的下降沿延时Td3。以第二开关管102的控制信号G2的上升沿为参考，将第六开关管106的控制信号G6的下降沿延时Td4。即第一时间区间的长度为Td3，第二时间区间的长度为Td4。
另外，调制信号通过符号函数输出第五开关管105的控制信号g5，使得调制信号大于零时，控制信号g5为1，调制信号小于零时，控制信号g5为0。控制信号g5通过逻辑取返可以得到第六开关管106的控制信号g6。
可选地，上述第一时间区间和第二时间区间的长度可以根据实际情况设置。例如，可以是微秒(μs)级别，也可以是其他大于零的值。
下文将结合附图，继续描述本申请实施例的装置。
图11是本申请实施例的三电平逆变器的控制装置1100的示意图。所述装置1100能够执行图4中的各个步骤。装置1100包括：生成单元1101，用于生成控制信号，所述控制信号用于根据调制信号控制三电平逆变器中的开关变换电路中的开关管的通断，其中，在所述调制信号的过零点时间区间中，所述控制信号的配置使得：第二开关管102、第三开关管103、第五开关管105和第六开关管106各进行通断切换，且第三开关管103与第五开关管105在第一时间区间内均导通，第二开关管102与第六开关管106在第二时间区间内均导通，所述第一时间区间与所述第二时间区间互不重叠或部分重叠；输出单元1102，用于向所述开关变换电路10输出所述控制信号。
图12是本申请实施例的三电平逆变器的控制***1200的示意图。所述控制***1200包括图11中的控制装置1100和三电平逆变器1201。所述三电平逆变器1201可以是图1的三电平逆变器。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
本申请提供技术方案可以通过硬件实现。例如，所述硬件可以是中央处理器(central processing unit，CPU)、专用集成电路(application-specific integratedcircuit，ASIC)以及现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)中的至少一个。另外，本申请提供技术方案可以通过硬件与软件的结合实现。例如，硬件可以包括处理器以及与处理器耦合的存储器。软件可以包括所述存储器中存储的计算机指令。所述处理器可以通过访问所述存储器执行计算机指令，从而实现本申请提供的技术方案。上述软件可以存储在一个计算机可读取存储介质中。本申请提供了计算机软件产品。该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式。熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可想到变化或替换。

Claims (10)

1.一种三电平逆变器的控制方法，其特征在于，所述三电平逆变器包括分压电路(20)和开关变换电路(10)，所述分压电路(20)被配置为输出正电平、负电平和零电平；所述开关变换电路(10)包括六个开关管(101,102,103,104,105,106)，其中第一开关管(101)至第四开关管(104)在所述分压电路(20)输出的所述正电平与所述负电平之间相互串联，且第二开关管(102)的第二端、第三开关管(103)的第一端与所述零电平相连，第五开关管(105)与第六开关管(106)相互串联，且所述第五开关管(105)的第一端与所述第二开关管(102)的第一端相连，所述第六开关管(106)的第二端与所述第三开关管(103)的第二端相连，所述第五开关管(105)的第二端、所述第六开关管(106)的第一端与所述开关变换电路(10)的输出端相连，所述控制方法包括：
生成控制信号，所述控制信号用于根据调制信号控制所述六个开关管(101,102,103,104,105,106)的通断，其中，在所述调制信号的过零点时间区间中，所述控制信号的配置使得：所述第二开关管(102)、所述第三开关管(103)、所述第五开关管(105)和所述第六开关管(106)各进行通断状态切换，且所述第三开关管(103)与所述第五开关管(105)在第一时间区间内均导通，所述第二开关管(102)与所述第六开关管(106)在第二时间区间内均导通，所述第一时间区间与所述第二时间区间互不重叠或部分重叠；
向所述开关变换电路(10)输出所述控制信号。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述调制信号在所述过零点时间区间中由正变负，在所述过零点时间区间中，所述控制信号的配置使得：所述第三开关管(103)由关断状态切换为导通状态，所述第五开关管(105)由导通状态切换为关断状态；以及所述第二开关管(102)由导通状态切换为关断状态，所述第六开关管(106)由关断状态切换为导通状态。
3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述调制信号在所述过零点时间区间中由负变正，在所述过零点时间区间中，所述控制信号的配置使得：所述第三开关管(103)由导通状态切换为关断状态，所述第五开关管(105)由关断状态切换为导通状态；以及所述第二开关管(102)由关断状态切换为导通状态，所述第六开关管(106)由导通状态切换为关断状态。
4.如权利要求1-3中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述调制信号为正弦信号。
5.一种三电平逆变器的控制装置，其特征在于，所述三电平逆变器包括分压电路(20)和开关变换电路(10)，所述分压电路(20)被配置为输出正电平、负电平和零电平；所述开关变换电路(10)包括六个开关管(101,102,103,104,105,106)，其中第一开关管(101)至第四开关管(104)在所述分压电路(20)输出的所述正电平与所述负电平之间相互串联，第二开关管(102)的第二端、第三开关管(103)的第一端用于连接所述零电平，第五开关管(105)与第六开关管(106)相互串联，且所述第五开关管(105)的第一端与所述第二开关管(102)的第一端相连，所述第六开关管(106)的第二端与所述第三开关管(103)的第二端相连，所述第五开关管(105)的第二端、所述第六开关管(106)的第一端与所述开关变换电路(10)的输出端相连，所述控制装置与所述开关变换电路(10)相连，所述控制装置包括：
生成单元，用于生成控制信号，所述控制信号用于根据调制信号控制所述六个开关管(101,102,103,104,105,106)的通断，其中，在所述调制信号的过零点时间区间中，所述控制信号的配置使得：所述第二开关管(102)、所述第三开关管(103)、所述第五开关管(105)和所述第六开关管(106)各进行通断切换，且所述第三开关管(103)与所述第五开关管(105)在第一时间区间内均导通，所述第二开关管(102)与所述第六开关管(106)在第二时间区间内均导通，所述第一时间区间与所述第二时间区间互不重叠或部分重叠；
输出单元，用于向所述开关变换电路(10)输出所述控制信号。
6.如权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述调制信号在所述过零点时间区间中由正变负，在所述过零点时间区间中，所述控制信号的配置使得：所述第三开关管(103)由关断状态切换为导通状态，所述第五开关管(105)由导通状态为切换关断状态；以及所述第二开关管由导通状态切换为关断状态，所述第六开关管由关断状态切换为导通状态。
7.如权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述调制信号在所述过零点时间区间中由负变正，在所述过零点时间区间中，所述控制信号的配置使得：所述第三开关管(103)由导通状态切换为关断状态，所述第五开关管(105)由关断状态切换为导通状态；以及所述第二开关管(102)由关断状态切换为导通状态，所述第六开关管(106)由导通状态切换为关断状态。
8.如权利要求5-7中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述调制信号为正弦信号。
9.一种三电平逆变器的控制***，其特征在于，包括：三电平逆变器和控制装置，所述三电平逆变器包括分压电路(20)和开关变换电路(10)，所述分压电路(20)被配置为输出正电平、负电平和零电平；所述开关变换电路(10)包括六个开关管(101,102,103,104,105,106)，其中第一开关管(101)至第四开关管(104)在所述分压电路(20)输出的所述正电平与所述负电平之间相互串联，第二开关管(102)的第二端、第三开关管(103)的第一端与所述零电平相连，第五开关管(105)与所述第六开关管(106)相互串联，且所述第五开关管(105)的第一端与所述第二开关管(102)的第一端相连，所述第六开关管(106)的第二端与所述第三开关管(103)的第二端相连，所述第五开关管(105)的第二端、所述第六开关管(106)的第一端与所述开关变换电路(10)的输出端相连，所述控制装置与所述开关变换电路(10)相连，所述控制装置为如权利要求5-权8中任一项所述的控制装置。
10.一种电气设备，其特征在于，包括如权利要求5-8中任一项所述的控制装置。
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