CN111478609B - 有源中点钳位型三电平变换器及其控制方法和控制装置 - Google Patents

有源中点钳位型三电平变换器及其控制方法和控制装置 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种有源中点钳位型三电平变换器及其控制方法和控制装置。该有源中点钳位型三电平变换器包括至少一个桥臂和控制装置，至少一个桥臂中每个桥臂都包括多个输入端子、一个输出端子以及连接在多个输入端子和输出端子之间的多个开关，多个输入端子包括第一输入端子、第二输入端子、第三输入端子，多个开关包括第一外开关、第一内开关、第一钳位开关、第二外开关、第二内开关、第二钳位开关。该控制方法包括用于控制有源中点钳位型三电平变换器停止工作和开始工作的方法。

Description

有源中点钳位型三电平变换器及其控制方法和控制装置
技术领域
本公开涉及电能变换领域，特别涉及一种有源中点钳位型三电平变换器、控制方法和控制装置。
背景技术
近年来，随着电力电子技术的发展，多电平变换器被广泛应用于各种电能变换领域，例如，光伏发电***、电机驱动***、柔性输电***等。相对于传统的两电平变换器，多电平变换器具有输出电压谐波含量低、功率开关电压应力低、EMI噪声低等优点。其中，有源中点钳位型变换器是使用较为广泛的一种多电平变换器。
响应于接收到外界指令或者检测到自身状态的变化，多电平变换器开始工作或停止工作。在多电平变换器处于工作状态时，多电平变换器中的开关按照正常控制信号开通或关断，以输出相应电平；而在多电平变换器处于停止状态时，多电平变换器中的开关均处于关断状态。
与传统的两电平变换器相比，有源中点钳位型变换器中的功率开关电压应力较低。在有源中点钳位型变换器停止工作时，如果同时关断所有开关，则可能因开关的关断时间差异、寄生参数等因素造成开关所承受的电压应力超过可承受的电压应力，导致开关损坏。类似地，在有源中点钳位型变换器开始工作时，如果同时恢复所有开关的正常控制信号，也可能造成开关所承受的电压应力超过可承受的电压应力，导致开关损坏。
在此部分中描述的方法不一定是之前已经设想到或采用的方法。除非另有指明，否则不应假定此部分中描述的任何方法仅因其包括在此部分中就被认为是现有技术。类似地，除非另有指明，否则此部分中提及的问题不应认为在任何现有技术中已被公认。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供了一种用于控制有源中点钳位型三电平变换器的方法，有源中点钳位型三电平变换器包括至少一个桥臂，至少一个桥臂中每个桥臂都包括多个输入端子、一个输出端子以及连接在多个输入端子和输出端子之间的多个开关，多个输入端子包括第一输入端子、第二输入端子、第三输入端子，多个开关包括第一外开关、第一内开关、第二内开关、第二外开关、第一钳位开关、第二钳位开关，其中，第一外开关、第一内开关、第二内开关、第二外开关依次串联连接，第一外开关的一端连接到第一输入端子，第一外开关的另一端连接到第一内开关，第一钳位开关的一端连接到第二输入端子，第一钳位开关的另一端连接到第一外开关与第一内开关的连接点，第二外开关的一端连接到第三输入端子，第二外开关的另一端连接到第二内开关，第二钳位开关的一端连接到第二输入端子，第二钳位开关的另一端连接到第二外开关与第二内开关的连接点，输出端子连接到第一内开关与第二内开关的连接点，该方法包括：响应于停止工作指令，控制每个桥臂中的第一外开关和第二外开关关断；经过第一延时时间后，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关开通，同时或者经过第二延时时间后，控制每个桥臂中的第一内开关和第二内开关关断；以及经过第三延时时间后，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关关断。
根据本公开的另一个方面，提供了一种用于控制有源中点钳位型三电平变换器的方法，有源中点钳位型三电平变换器包括至少一个桥臂，至少一个桥臂中每个桥臂都包括多个输入端子、一个输出端子以及连接在多个输入端子和输出端子之间的多个开关，多个输入端子包括第一输入端子、第二输入端子、第三输入端子，多个开关包括第一外开关、第一内开关、第二内开关、第二外开关、第一钳位开关、第二钳位开关，其中，第一外开关、第一内开关、第二内开关、第二外开关依次串联连接，第一外开关的一端连接到第一输入端子，第一外开关的另一端连接到第一内开关，第一钳位开关的一端连接到第二输入端子，第一钳位开关的另一端连接到第一外开关与第一内开关的连接点，第二外开关的一端连接到第三输入端子，第二外开关的另一端连接到第二内开关，第二钳位开关的一端连接到第二输入端子，第二钳位开关的另一端连接到第二外开关与第二内开关的连接点，输出端子连接到第一内开关与第二内开关的连接点，该方法包括：响应于开始工作指令，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关开通，同时或者经过第一延时时间后，恢复每个桥臂中的第一内开关和第二内开关的正常控制信号；经过第二延时时间后，恢复每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关的正常控制信号；以及经过第三延时时间后，恢复每个桥臂中的第一外开关和第二外开关的正常控制信号。
根据本公开的又一个方面，提供了一种用于控制有源中点钳位型三电平变换器控制装置，有源中点钳位型三电平变换器包括至少一个桥臂，至少一个桥臂中每个桥臂都包括多个输入端子、一个输出端子以及连接在多个输入端子和输出端子之间的多个开关，多个输入端子包括第一输入端子、第二输入端子、第三输入端子，多个开关包括第一外开关、第一内开关、第二内开关、第二外开关、第一钳位开关、第二钳位开关，其中，第一外开关、第一内开关、第二内开关、第二外开关依次串联连接，第一外开关的一端连接到第一输入端子，第一外开关的另一端连接到第一内开关，第一钳位开关的一端连接到第二输入端子，第一钳位开关的另一端连接到第一外开关与第一内开关的连接点，第二外开关的一端连接到第三输入端子，第二外开关的另一端连接到第二内开关，第二钳位开关的一端连接到第二输入端子，第二钳位开关的另一端连接到第二外开关与第二内开关的连接点，输出端子连接到第一内开关与第二内开关的连接点，该控制装置配置为：响应于停止工作指令，控制每个桥臂中的第一外开关和第二外开关关断；经过第一延时时间，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关开通，同时或者经过第二延时时间，控制每个桥臂中的第一内开关和第二内开关关断；以及经过第三延时时间，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关关断。
根据本公开的又一个方面，提供了一种用于控制有源中点钳位型三电平变换器的控制装置，有源中点钳位型三电平变换器包括至少一个桥臂，至少一个桥臂中每个桥臂都包括多个输入端子、一个输出端子以及连接在多个输入端子和输出端子之间的多个开关，多个输入端子包括第一输入端子、第二输入端子、第三输入端子，多个开关包括第一外开关、第一内开关、第二内开关、第二外开关、第一钳位开关、第二钳位开关，其中，第一外开关、第一内开关、第二内开关、第二外开关依次串联连接，第一外开关的一端连接到第一输入端子，第一外开关的另一端连接到第一内开关，第一钳位开关的一端连接到第二输入端子，第一钳位开关的另一端连接到第一外开关与第一内开关的连接点，第二外开关的一端连接到第三输入端子，第二外开关的另一端连接到第二内开关，第二钳位开关的一端连接到第二输入端子，第二钳位开关的另一端连接到第二外开关与第二内开关的连接点，输出端子连接到第一内开关与第二内开关的连接点，该控制装置配置为：响应于开始工作指令，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关开通，同时或者经过第一延时时间后，恢复每个桥臂中的第一内开关和第二内开关的正常控制信号；经过第二延时时间后，恢复每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关的正常控制信号；以及延时第三延时时间后，恢复每个桥臂中的第一外开关和第二外开关的正常控制信号。
根据本公开的又一个方面，提供了一种有源中点钳位型三电平变换器，包括：至少一个桥臂，至少一个桥臂中每个桥臂都包括多个输入端子、一个输出端子以及连接在多个输入端子和输出端子之间的多个开关，多个输入端子包括第一输入端子、第二输入端子、第三输入端子，多个开关包括第一外开关、第一内开关、第二内开关、第二外开关、第一钳位开关、第二钳位开关，其中，第一外开关、第一内开关、第二内开关、第二外开关依次串联连接，第一外开关的一端连接到第一输入端子，第一外开关的另一端连接到第一内开关，第一钳位开关的一端连接到第二输入端子，第一钳位开关的另一端连接到第一外开关与第一内开关的连接点，第二外开关的一端连接到第三输入端子，第二外开关的另一端连接到第二内开关，第二钳位开关的一端连接到第二输入端子，第二钳位开关的另一端连接到第二外开关与第二内开关的连接点，输出端子连接到第一内开关与第二内开关的连接点；以及如本公开中所述的控制装置。
附图说明
附图示例性地示出了实施例并且构成说明书的一部分，与说明书的文字描述一起用于讲解实施例的示例性实施方式。所示出的实施例仅出于例示的目的，并不限制权利要求的范围。在所有附图中，相同的附图标记指代类似但不一定相同的要素。
图1是示出根据本公开的示例性实施例的有源中点钳位型三电平变换器的结构图；
图2是示出根据本公开的示例性实施例的有源中点钳位型三电平变换器的桥臂的结构图；
图3是示出根据本公开的示例性实施例的有源中点钳位型三电平变换器的输出电流过流故障检测的示意图；
图4是示出根据本公开的示例性实施例的控制有源中点钳位型三电平变换器停止工作的示例性方法的流程图；
图5a-5e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂处于第一状态、输出电流为正电流时桥臂停止工作的过程的示意图；
图6a-6e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂处于第一状态、输出电流为负电流时桥臂停止工作的过程的示意图；
图7a-7e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂处于第二状态、输出电流为正电流时桥臂停止工作的过程的示意图；
图8a-8e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂处于第二状态、输出电流为负电流时桥臂停止工作的过程的示意图；
图9a-9e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂处于第三状态、输出电流为正电流时桥臂停止工作的过程的示意图；
图10a-10e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂处于第三状态、输出电流为负电流时桥臂停止工作的过程的示意图；
图11a-11e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂处于第四状态、输出电流为正电流时桥臂停止工作的过程的示意图；
图12a-12e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂处于第四状态、输出电流为负电流时桥臂停止工作的过程的示意图；
图13a-13e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂处于第五状态、输出电流为正电流时桥臂停止工作的过程的示意图；
图14a-14e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂处于第五状态、输出电流为负电流时桥臂停止工作的过程的示意图；
图15是示出根据本公开的示例性实施例的控制有源中点钳位型三电平变换器开始工作的示例性方法的流程图；
图16a-16e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂正常工作后处于第一状态、输出电流为正电流时桥臂开始工作的过程的示意图；
图17a-17e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂正常工作后处于第一状态、输出电流为负电流时桥臂开始工作的过程的示意图；
图18a-18e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂正常工作后处于第二状态、输出电流为正电流时桥臂开始工作的过程的示意图；
图19a-19e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂正常工作后处于第二状态、输出电流为负电流时桥臂开始工作的过程的示意图；
图20a-20e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂正常工作后处于第三状态、输出电流为正电流时桥臂开始工作的过程的示意图；
图21a-21e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂正常工作后处于第三状态、输出电流为负电流时桥臂开始工作的过程的示意图；
图22a-22e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂正常工作后处于第四状态、输出电流为正电流时桥臂开始工作的过程的示意图；
图23a-23e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂正常工作后处于第四状态、输出电流为负电流时桥臂开始工作的过程的示意图；
图24a-24e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂正常工作后处于第五状态、输出电流为正电流时桥臂开始工作的过程的示意图；
图25a-25e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂正常工作后处于第五状态、输出电流为负电流时桥臂开始工作的过程的示意图。
具体实施方式
在本公开中，除非另有说明，否则使用术语“第一”、“第二”等来描述各种要素不意图限定这些要素的位置关系、时序关系或重要性关系，这种术语只是用于将一个元件与另一元件区分开。在一些示例中，第一要素和第二要素可以指向该要素的同一实例，而在某些情况下，基于上下文的描述，它们也可以指代不同实例。
在本公开中对各种示例的描述中所使用的术语只是为了描述特定示例的目的，而并非旨在进行限制。除非上下文另外明确地表明，如果不特意限定要素的数量，则该要素可以是一个也可以是多个。此外，本公开中所使用的术语“和/或”涵盖所列出的项目中的任何一个以及全部可能的组合方式。
图1是示出根据本公开的示例性实施例的有源中点钳位型三电平变换器的结构图。如图1所示，有源中点钳位型三电平变换器100包括桥臂101、102、103和控制器104。根据一些实施例，有源中点钳位型三电平变换器100还包括总输入端子111a、111b、111c。
根据一些实施例，桥臂101-103中的每一个都包括多个输入端子、一个输出端子以及连接在多个输入端子和输出端子之间的多个开关。桥臂101包括输入端子101a、101b、101c、输出端子101d，桥臂102包括输入端子102a、102b、102c、输出端子102d，桥臂103包括输入端子103a、103b、103c、输出端子103d，其中，输入端子101a、102a、103a通过输入母线连接到相同的总输入端子111a，输入端子101b、102b、103b通过输入母线连接到相同的总输入端子111b，输入端子101c、102c、103c通过输入母线连接到相同的总输入端子111c。
根据一些实施例，桥臂101-103中的每一个将接收到的输入电压转换为输出电压。根据一些实施例，桥臂101-103中的每一个接收来自各自输入端子的输入电压，并且通过控制桥臂中的多个开关的开通或关断，将接收到的输入电压转换为输出电压，在各自的输出端子输出。根据一些实施例，桥臂的输入电压为直流电压，而桥臂的输出电压为交流电压。
根据一些实施例，总输入端子111a上的电压保持为正电平Udc，总输入端子111b上的电压保持为零电平0，总输入端子111c上的电压保持为负电平-Udc。相应地，输入端子101a-103a上的电压保持为正电平Udc，输入端子101b-103b上的电压保持为零电平0，输入端子101c-103c上的电压保持为负电平-Udc，桥臂101-103的总输入电压为2Udc。根据桥臂开关状态的不同，桥臂101-103的输出端子101d-103d输出电压可以是正电平Udc、零电平0或负电平-Udc。
根据一些实施例，控制器104向桥臂101-103分别发送控制信号，控制桥臂101-103中的多个开关的开通或关断。当变换器100在工作时，控制器104接收变换器100的各种采样信号(例如，变换器的输入母线电压、输出电压、输出电流、温度的采样信号)，并且基于采样信号产生对桥臂101-103的控制信号。其中，控制器104可以根据所接收到的采样信号，判断变换器100是否发生故障；如果判断发生故障，则会产生故障停机指令。当控制器104产生故障停机指令或者接收到来自外界的关机指令时，控制器104按照预定的时序，向桥臂101-103中的各个开关发送控制信号，从而顺序地控制桥臂101-103中的各个开关关断，使得变换器100进入停止状态。当控制器104检测到变换器100的故障消除而产生故障消除指令，或接收到来自外界的开机指令，控制器104按照预定的时序，恢复桥臂101-103中的各个开关的正常控制信号，使得变换器100恢复到正常工作状态。
根据一些实施例，控制器104可以用汇编语言或硬件编程语言(例如，VERILOG、VHDL、C++)对可编程的硬件电路(例如，包括现场可编程门阵列(FPGA)和/或可编程逻辑阵列(PLA)的可编程逻辑电路)进行编程来实现。根据另一些实施例，控制器104可以通过不可编程的硬件电路来实现(例如，包括专用集成电路和/或分立元件的电路)。根据又一些实施例，控制器104可以由可编程的硬件电路和不可编程的硬件电路的组合来实现。
虽然图1的例子仅示出了三个桥臂和一个控制器，但是应理解，图1仅是示例性的，有源中点钳位型三电平变换器100所具有的桥臂或控制器数量不限于此。
图2是示出根据本公开的示例性实施例的有源中点钳位型三电平变换器的桥臂的结构图。桥臂200包括多个输入端子201a-201c、输出端子201d以及连接在多个输入端子和输出端子之间的多个开关211-216。多个输入端子包括第一输入端子201a、第二输入端子201b、第三输入端子201c，多个开关包括第一外开关211、第一内开关212、第二内开关213、第二外开关214、第一钳位开关215、第二钳位开关216。
根据一些实施例，多个开关211-216可以是相同类型的开关器件，其中，每个开关包括一个有源开关器件和一个与该有源开关器件反并联的二极管。根据一些实施例，如图2所示，多个开关211-216中的每一个都包括一个绝缘栅双极晶体管(IGBT)和一个与该IGBT反并联的二极管，其中反并联的二极管的正极连接到IGBT的发射极，该二极管的负极连接到IGBT的集电极。为了便于描述，下文中将开关中IGBT的集电极称为“开关的正极”，将开关中IGBT的栅极称为“开关的栅极”，将开关中IGBT的发射极称为“开关的负极”。根据另一些实施例，多个开关211-216中的每一个都包括一个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和一个与该MOSFET反并联的二极管。
根据另一些实施例，多个开关211-216可以是不同类型的开关器件，例如，第一外开关211、第二外开关214、第一钳位开关215、第二钳位开关216可以是MOSFET和二极管的组合，而第一内开关212、第二内开关213可以是IGBT和二极管的组合。
根据一些实施例，用来形成开关211-216的材料可包括但不限于硅(Si)、锗(Ge)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)或其组合。
如图2所示，第一外开关211、第一内开关212、第二内开关213、第二外开关214依次串联连接。第一外开关211位于第一输入端子201a与第一内开关212之间，其中，第一外开关211的正极连接到第一输入端子201a，第一外开关211的负极连接到第一内开关212的正极。第一内开关212位于第一外开关211与第二内开关213之间，其中，第一内开关212的负极连接到第二内开关213的正极，第一内开关212和第二内开关213的连接点连接到输出端子201d。第二内开关213位于第一内开关212与第二外开关214之间，第二内开关213的负极连接到第二外开关214的正极。第二外开关214位于第二内开关213与第三输入端子201c之间，第二外开关214的负极连接到第三输入端子201c。第一钳位开关215位于第二输入端子201b与第一外开关211和第一内开关212的连接点之间，第一钳位开关215的正极连接到第一外开关211和第一内开关212的连接点，第一钳位开关215的负极连接到第二输入端子201b。第二钳位开关216位于第二输入端子201b与第二内开关213和第二外开关214的连接点之间，第二钳位开关216的正极连接到第二输入端子201b，第二钳位开关216的负极连接到第二内开关213和第二外开关214的连接点。
根据一些实施例，多个开关211-216中的每一个的栅极(即，开关中IGBT的栅极)接收来自控制器的控制信号。响应于控制器的控制信号，多个开关211-216中的每一个相应地开通或关断，其中，开关中的IGBT将相应地开通或关断。当多个开关211-216中的某一开关开通时，在电流从该开关的正极流向该开关的负极时，电流流经该开关中的IGBT；而在电流从该开关的负极流向该开关的正极时，电流流经该开关中的二极管。当多个开关211-216中的某一开关关断时，由于该开关中的IGBT关断，电流无法流经该开关中的IGBT，因此电流不能从该开关的正极流向该开关的负极；而在电流从该开关的负极流向该开关的正极时，电流流经该开关中的二极管。
根据一些实施例，响应于控制器的控制信号为高电平，多个开关211-216中的每一个开通；响应于控制器的控制信号为低电平，多个开关211-216中的每一个关断。根据另一些实施例，响应于控制器的控制信号为高电平，多个开关211-216中的每一个关断；响应于控制器的控制信号为低电平，多个开关211-216中的每一个开通。
表1中示出了桥臂的输出电压uo与桥臂的开关状态之间的对应关系，其中，开关状态为“1”表示该开关开通，开关状态为“0”表示该开关关断。
表1
Figure GDA0002764220500000091
如表1所示，当第一外开关211、第一内开关212开通，而其余开关213-216关断时，桥臂的输出电压uo为正电平Udc。当开关211-216处于以下状态时，桥臂的输出电压uo为零电平0：1)第一内开关212、第一钳位开关215开通，其余开关211、213、214、216关断；2)第二内开关213、第二钳位开关216开通，其余开关211、212、214、215关断；3)第一内开关212、第二内开关213、第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211、214关断。当第二内开关213、第二外开关214开通，而其余开关211、212、215、216关断时，桥臂的输出电压uo为负电平-Udc。
根据本公开中的实施例，当变换器正常工作时，控制器计算出桥臂200的开关状态，并且按照桥臂200的开关状态向桥臂200中的各个开关发送控制信号。例如，当控制器计算出桥臂200的开关状态为第一状态，控制器向第一外开关211、第二外开关212发送开通信号，向其余开关213-216发送关断信号。
为了便于描述，下文中，当输出电流io方向为从输出端子201d流出时，输出电流io为正电流；当输出电流io方向为流入输出端子201d时，输出电流io为负电流。
根据一些实施例，桥臂200还包括电容221、222。如图2所示，电容221在第一输入端子201a与第二输入端子201b之间，电容222在第二输入端子201b与第三输入端子201c之间。
如上所述，当检测到变换器发生故障时，控制器控制变换器停止工作；当检测到变换器故障消除时，控制器控制变换器开始工作。其中，输出电流过流故障是一种发生较为频繁的故障。
根据一些实施例，在变换器正常工作时，当检测到输出电流io的绝对值大于或等于第一电流阈值Ith1且保持第一检测时间T1时，控制器检测到发生输出电流过流故障；在变换器处于输出电流过流故障时，当检测到输出电流io的绝对值小于第二电流阈值Ith2且保持第二检测时间T2时，控制器检测到输出电流过流故障消除。根据一些实施例，第一电流阈值Ith1、第二电流阈值Ith2均为正值，且第一电流阈值Ith1大于第二电流阈值Ith2。根据一些实施例，第一检测时间T1、第二检测时间T2取决于开关的短路能力(即，在开关中的电流超过额定电流的某一条件下能够持续一段时间的能力)和检测电路的干扰水平等因素，其值可以在例如100ns-100us的范围内，但不限于此。其中，第一检测时间T1可以与第二检测时间T2相同或不同。
图3是示出根据本公开的示例性实施例的有源中点钳位型三电平变换器的输出电流过流故障检测的示意图。
在时刻t1-t2之间，输出电流io为正电流。其中，在时刻t1处，输出电流io达到第一电流阈值Ith1；在时刻t1-t2之间，输出电流io大于第一电流阈值Ith1；在时刻t2处，由于输出电流io已经在第一检测时间T1内大于或等于第一电流阈值Ith1，输出电流过流故障信号由“0”切换为“1”，控制器检测到发生输出电流过流故障。
在时刻t2-t3，输出电流io为正电流且持续大于第二电流阈值Ith2，输出电流过流故障信号持续为“1”。
在时刻t3-t4之间，输出电流io为正电流。其中，在时刻t3处，输出电流io降低到第二电流阈值Ith2；在时刻t3-t4之间，输出电流io小于第二电流阈值Ith2；在时刻t4处，由于输出电流io已经在第二检测时间T2内小于第二电流阈值Ith2，输出电流过流故障信号由“1”切换为“0”，控制器检测到输出电流过流故障消除。
类似地，在时刻t5-t8之间，输出电流io为负电流。其中，在时刻t6处，由于输出电流io的绝对值已经在第一检测时间T1内大于或等于第一电流阈值Ith1，输出电流过流故障信号由“0”切换为“1”，控制器检测到发生输出电流过流故障；在时刻t8处，由于输出电流io的绝对值已经在第二检测时间T2内小于第二电流阈值Ith2，输出电流过流故障信号由“1”切换为“0”，控制器检测到输出电流过流故障消除。
图4是示出根据本公开的示例性实施例的控制有源中点钳位型三电平变换器停止工作的示例性方法的流程图。其中，有源中点钳位型三电平变换器包括至少一个如参考图2所描述的桥臂。
在步骤S401中，响应于停止工作指令，控制每个桥臂中的第一外开关和第二外开关关断。
根据一些实施例，停止工作指令包括接收到关机指令或检测到发生故障的故障停机指令。根据一些实施例，关机指令可以是来自变换器外部的指令，例如，关机指令可以是来自用户通过用户交互界面输入的指令，还可以是上位机通过通信接口下达到变换器的指令。根据一些实施例，故障停机指令对应的故障为输出电流过流故障。根据另一些实施例，故障停机指令对应的故障还可以是以下故障中至少之一：输出电压过压故障、过温故障、母线电压偏压故障、母线电压过压故障、漏电流故障。
在步骤S403中，经过第一延时时间后，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关开通，同时或者经过第二延时时间后，控制每个桥臂中的第一内开关和第二内开关关断。
根据一些实施例，在控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关开通的同时，控制每个桥臂中的第一内开关和第二内开关关断。根据另一些实施例，在控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关开通之后，经过第二延时时间，控制每个桥臂中的第一内开关和第二内开关关断。
在步骤S405中，经过第三延时时间后，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关关断。
根据一些实施例，第一延时时间、第三延时时间大于开关中的有源开关器件完成关断过程的时间，第二延时时间大于开关中的有源开关器件完成开通过程的时间，第一延时时间、第二延时时间、第三延时时间可以在例如0.1us到50us之间，但不限于该范围。第一延时时间、第三延时时间可以相同或不同，第二延时时间可以与第一延时时间、第三延时时间相同或不同。
在变换器正常工作时，变换器中的桥臂的状态取决于各个开关的状态、输出电流io的方向。因此，在变换器停止工作时，桥臂可能处于多种状态，而当变换器包含多个桥臂时，变换器停止工作时的状态更为复杂。参考图4所描述的控制变换器停止工作的方法适用于处于各种状态的桥臂，而无需检测桥臂中各个开关的状态和输出电流io的方向，从而缩短了变换器停止工作的时间，简化了控制变换器停止工作的控制逻辑，提高了变换器停止工作过程的可靠性。
图5a-5e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂处于第一状态、输出电流为正电流时桥臂停止工作的过程的示意图。
当桥臂200处于第一状态时、输出电流io为正电流时，桥臂200的状态如图5a所示。如参考表1所描述的，第一外开关211、第一内开关212开通，其余开关213-216关断。输出电流io流经第一输入端子201a、第一外开关211中的IGBT、第一内开关212中的IGBT、输出端子201d。
在桥臂200接收到控制第一外开关211、第二外开关214关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图5b所示。响应于接收到关断信号，第一外开关211从开通转为关断，而第二外开关214仍然保持关断状态。此时，第一内开关212开通，其余开关211、213-216关断。输出电流io流经第二输入端子201b、第一钳位开关215中的二极管、第一内开关212中的IGBT、输出端子201d。
结合图5a和图5b可知，在第一外开关211关断的过程中，电流从第一外开关211切换到第一钳位开关215，第一外开关211所承受的电压应力为(Udc+换流回路的寄生电感上的电压)。其中，由于电流在与第一内开关212相同侧的第一外开关211和第一钳位开关215之间切换，使得换流回路路径较短，降低了换流回路中的寄生电感值，从而进一步降低了第一外开关211所承受的电压应力。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的控制信号之后，桥臂200的状态如图5c所示；在经过第二延迟时间后，桥臂200接收到控制第一内开关212、第二内开关213关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图5d所示。
如图5c所示，响应于接收到开通信号，第一钳位开关215、第二钳位开关216从关断转为开通。此时，第一内开关212、第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211、213、214关断。输出电流io流经第二输入端子201b、并联的两组开关212、213、215、216、输出端子201d，其中，输出电流io流经第一钳位开关215中的二极管、第一内开关212的IGBT，并且流经第二钳位开关216的IGBT、第二内开关213中的二极管。
如图5d所示，响应于接收到关断信号，第一内开关212从开通转为关断，而第二内开关213仍然保持关断状态。第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211-214关断。输出电流io流经第二输入端子201b、第二钳位开关216中的IGBT、第二内开关213中的二极管、输出端子201d。
在桥臂200同时接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通、控制第一内开关212、第二内开关213关断的控制信号之后，第一钳位开关215、第二钳位开关216从关断转为开通，第一内开关212从开通转为关断，而第二内开关213仍然保持关断状态。此时，第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211-214关断，桥臂200的状态如图5d所示。桥臂200的状态与上述参考图5d所描述的相同。
结合图5b-5d可知，在第一内开关212关断的过程中，电流从第一内开关212中的IGBT、第一钳位开关215中的二极管切换到与其并联的第二内开关213中的二极管、第二钳位开关216中的IGBT，因此，第一内开关212所承受的电压应力仅来自换流回路中寄生电感上的电压。由于第一内开关212、第一钳位开关215、第二内开关213、第二钳位开关216所构成的换流回路路径较短，因此，第一内开关212所承受的电压应力也较小。在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图5e所示。响应于接收到关断信号，第一钳位开关215、第二钳位开关216关断。此时，所有开关211-216均关断。输出电流io流经第三输入端子201c、第二外开关214中的二极管、第二内开关213中的二极管、输出端子201d。
结合图5d和图5e可知，在第一钳位开关215、第二钳位开关216关断的过程中，电流从第二钳位开关216切换到第二外开关214，第一钳位开关215所承受的电压应力为零，第二钳位开关216所承受的电压应力为(Udc+换流回路的寄生电感上的电压)。其中，由于电流在与第二内开关213相同侧的第二外开关214和第二钳位开关216之间切换，使得换流回路路径较短，降低了换流回路中的寄生电感值，从而进一步降低了第二钳位开关216所承受的电压应力。
在所有开关211-216均关断之后，桥臂200停止工作。桥臂200的输出电流io持续流经第二外开关214中的二极管、第二内开关213中的二极管，直至输出电流io衰减至零。
图6a-6e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂处于第一状态、输出电流为负电流时桥臂停止工作的过程的示意图。
当桥臂200处于第一状态时、输出电流io为负电流时，桥臂200的状态如图6a所示。如参考表1所描述的，第一外开关211、第一内开关212开通，其余开关213-216关断。输出电流io流经输出端子201d、第一内开关212中的二极管、第一外开关211中的二极管、第一输入端子201a。
在桥臂200接收到控制第一外开关211、第二外开关214关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图6b所示。此时，第一内开关212开通，其余开关211、213-216关断。输出电流io仍然流经输出端子201d、第一内开关212中的二极管、第一外开关211中的二极管、第一输入端子201a。
结合图6a、图6b可知，在第一外开关211关断前后，电流均流经第一外开关211中的二极管，电流的流经路径不变。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的控制信号之后，桥臂200的状态如图6c所示；在经过第二延迟时间后，桥臂200接收到控制第一内开关212、第二内开关213关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图6d所示。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的控制信号之后，桥臂200的状态如图6c所示。此时，第一内开关212、第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211、213、214关断。输出电流io流经输出端子201d、第一内开关212中的二极管、第一钳位开关215中的IGBT、第二输入端子201b。
在桥臂200接收到控制第一内开关212、第二内开关213关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图6d所示。此时，第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211-214关断。输出电流io仍然流经输出端子201d、第一内开关212中的二极管、第一钳位开关215中的IGBT、第二输入端子201b。
在桥臂200同时接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通、控制第一内开关212、第二内开关213关断的控制信号之后，第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211-214关断，桥臂200的状态如图6d所示。桥臂200的状态与上述参考图6d所描述的相同。
结合图6b-6d可知，在第一钳位开关215开通的过程中，电流从第一外开关211切换到第一钳位开关215。如参考图5a-5b所描述的，第一外开关211所承受的电压应力为(Udc+换流回路的寄生电感上的电压)。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图6e所示。此时，所有开关211-216均关断。输出电流io流经输出端子201d、第一内开关212中的二极管、第一外开关211中的二极管、第一输入端子201a。
结合图6d和图6e可知，在第一钳位开关215、第二钳位开关216关断的过程中，电流从第一钳位开关215切换到第一外开关211，第一钳位开关215所承受的电压应力为(Udc+换流回路的寄生电感上的电压)，第二钳位开关216所承受的电压应力为零。并且，由于电流在与第一内开关212相同侧的第一外开关211和第一钳位开关215之间切换，使得换流回路路径较短，降低了换流回路中的寄生电感值，从而进一步降低了第一钳位开关215所承受的电压应力。
在所有开关211-216均关断之后，桥臂200停止工作。桥臂200的输出电流io持续流经第一外开关211、第一内开关212中的二极管，直至输出电流io衰减至零。
图7a-7e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂处于第二状态、输出电流为正电流时桥臂停止工作的过程的示意图。
当桥臂200处于第二状态时、输出电流io为正电流时，桥臂200的状态如图7a所示。如参考表1所描述的，第一内开关212、第一钳位开关215开通，其余开关211、213、214、216关断。此时，输出电流io流经第二输入端子201b、第一钳位开关215中的二极管、第一内开关212中的IGBT、输出端子201d。
在桥臂200接收到控制第一外开关211、第二外开关214关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图7b所示。响应于接收到关断信号，第一外开关211、第二外开关214仍然保持关断，桥臂200的状态与参考图7a所描述的相同。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的控制信号之后，桥臂200的状态如图7c所示；在经过第二延迟时间后，桥臂200接收到控制第一内开关212、第二内开关213关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图7d所示。
如图7c所示，响应于接收到开通信号，第一钳位开关215仍然保持开通状态，第二钳位开关216从关断转为开通。此时，第一内开关212、第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211、213、214关断。输出电流io流经第二输入端子201b、并联的两组开关212、213、215、216、输出端子201d，其中，输出电流io流经第一钳位开关215中的二极管、第一内开关212的IGBT，并且流经第二钳位开关216的IGBT、第二内开关213中的二极管。
如图7d所示，响应于接收到关断信号，第一内开关212从开通转为关断，而第二内开关213仍然保持关断状态。此时，第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211-214关断。输出电流io流经第二输入端子201b、第二钳位开关216中的IGBT、第二内开关213中的二极管、输出端子201d。
在桥臂200同时接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通、控制第一内开关212、第二内开关213关断的控制信号之后，第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211-214关断，桥臂200的状态与参考图7d所描述的相同。
结合图7b-7d可知，在第一内开关212关断的过程中，电流从第一内开关212中的IGBT、第一钳位开关215中的二极管切换到与其并联的第二内开关213中的二极管、第二钳位开关216中的IGBT，因此第一内开关212所承受的电压应力仅来自换流回路中寄生电感上的电压。由于第一内开关212、第一钳位开关215、第二内开关213、第二钳位开关216所构成的换流回路路径较短，因此，第一内开关212所承受的电压应力也较小。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图7e所示。响应于接收到关断信号，第一钳位开关215、第二钳位开关216关断。此时，所有开关211-216均关断。桥臂200的输出电流io持续流经第二外开关214中的二极管、第二内开关213中的二极管，直至输出电流io衰减至零。
结合图7d和图7e可知，在第一钳位开关215、第二钳位开关216关断的过程中，与图5d和图5e相同，电流从第二钳位开关216切换到第二外开关214。因此，第一钳位开关215所承受的电压应力为零，第二钳位开关216所承受的电压应力为(Udc+换流回路的寄生电感上的电压)。
图8a-8e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂处于第二状态、输出电流为负电流时桥臂停止工作的过程的示意图。
当桥臂200处于第二状态时、输出电流io为正电流时，桥臂200的状态如图8a所示。如参考表1所描述的，第一内开关212、第一钳位开关215开通，其余开关211、213、214、216关断。此时，输出电流io流经输出端子201d、第一内开关212中的二极管、第一钳位开关215中的IGBT、第二输入端子201b。
在桥臂200接收到控制第一外开关211、第二外开关214关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图8b所示。响应于接收到关断信号，第一外开关211、第二外开关214仍然保持关断，桥臂200的状态与参考图8a所描述的相同。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的控制信号之后，桥臂200的状态如图8c所示；在经过第二延迟时间后，桥臂200接收到控制第一内开关212、第二内开关213关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图8d所示。
如图8c所示，响应于接收到开通信号，第一钳位开关215仍然保持开通，第二钳位开关216从关断转为开通。此时，第一内开关212、第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211、213、214关断。输出电流io仍然流经输出端子201d、第一内开关212中的二极管、第一钳位开关215中的IGBT、第二输入端子201b。
如图8d所示，响应于接收到关断信号，第一内开关212从开通转为关断，而第二内开关213仍然保持关断状态。第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211-214关断。输出电流io仍然流经输出端子201d、第一内开关212中的二极管、第一钳位开关215中的IGBT、第二输入端子201b。
在桥臂200同时接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通、控制第一内开关212、第二内开关213关断的控制信号之后，第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211-214关断，桥臂200的状态与参考图8d所描述的相同。
结合图8b-8d可知，电流的流经路径不发生改变。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图8e所示。响应于接收到关断信号，第一钳位开关215、第二钳位开关216关断。此时，所有开关211-216均关断。输出电流io流经输出端子201d、第一内开关212中的二极管、第一外开关211中的二极管、第一输入端子201a。
结合图8d和图8e可知，在第一钳位开关215、第二钳位开关216关断的过程中，与图6d和图6e相同，电流从第一钳位开关215切换到第一外开关211。因此，第一钳位开关215所承受的电压应力为(Udc+换流回路的寄生电感上的电压)，第二钳位开关216所承受的电压应力为零。
图9a-9e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂处于第三状态、输出电流为正电流时桥臂停止工作的过程的示意图。其中，桥臂200停止工作的过程与参考图8a-8e所描述的当桥臂处于第二状态、输出电流为负电流时桥臂停止工作的过程类似。
图10a-10e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂处于第三状态、输出电流为负电流时桥臂停止工作的过程的示意图。其中，桥臂200停止工作的过程与参考图7a-7e所描述的当桥臂处于第二状态、输出电流为正电流时桥臂停止工作的过程类似。
图11a-11e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂处于第四状态、输出电流为正电流时桥臂停止工作的过程的示意图。
当桥臂200处于第二状态时、输出电流io为正电流时，桥臂200的状态如图11a所示。如参考表1所描述的，第一内开关212、第二内开关213、第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211、214关断。输出电流io流经第二输入端子201b、并联的两组开关212、213、215、216、输出端子201d，其中，输出电流io流经第一钳位开关215中的二极管、第一内开关212的IGBT，并且流经第二钳位开关216的IGBT、第二内开关213中的二极管。
在桥臂200接收到控制第一外开关211、第二外开关214关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图11b所示。响应于接收到关断信号，第一外开关211、第二外开关214仍然保持关断，桥臂200的状态与参考图11a所描述的相同。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的控制信号之后，桥臂200的状态如图11c所示；在经过第二延迟时间后，桥臂200接收到控制第一内开关212、第二内开关213关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图11d所示。
如图11c所示，响应于接收到开通信号，第一钳位开关215、第二钳位开关216仍然保持开通，桥臂200的状态与参考图11a所描述的相同。
如图11d所示，响应于接收到关断信号，第一内开关212、第二内开关213从开通转为关断。此时，第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211-214关断。输出电流io流经第二输入端子201b、第二钳位开关216中的IGBT、第二内开关213中的二极管、输出端子201d。
在桥臂200同时接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通、控制第一内开关212、第二内开关213关断的控制信号之后，第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211-214关断，桥臂200的状态与参考图11d所描述的相同。
结合图11b-11d可知，在第一内开关212、第二内开关213关断的过程中，电流从第一内开关212中的IGBT、第一钳位开关215中的二极管切换到与其并联的第二内开关213中的二极管、第二钳位开关216中的IGBT，因此第一内开关212所承受的电压应力仅来自换流回路中寄生电感上的电压，而第二内开关213所承受的电压应力为零。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图11e所示。响应于接收到关断信号，第一钳位开关215、第二钳位开关216关断。此时，所有开关211-216均关断。桥臂200的输出电流io持续流经第二外开关214中的二极管、第二内开关213中的二极管，直至输出电流io衰减至零。
结合图11d和图11e可知，在第一钳位开关215、第二钳位开关216关断的过程中，与图5d和图5e相同，电流从第二钳位开关216切换到第二外开关214。因此，第一钳位开关215所承受的电压应力为零，第二钳位开关216所承受的电压应力为(Udc+换流回路的寄生电感上的电压)。
图12a-12e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂处于第四状态、输出电流为负电流时桥臂停止工作的过程的示意图。
当桥臂200处于第二状态时、输出电流io为负电流时，桥臂200的状态如图12a所示。如参考表1所描述的，第一内开关212、第二内开关213、第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211、214关断。输出电流io流经输出端子201d、并联的两组开关212、213、215、216、第二输入端子201b，其中，输出电流io流经第一钳位开关215中的IGBT、第一内开关212的二极管，并且流经第二钳位开关216的二极管、第二内开关213中的IGBT。
在桥臂200接收到控制第一外开关211、第二外开关214关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图12b所示。响应于接收到关断信号，第一外开关211、第二外开关214仍然保持关断，桥臂200的状态与参考图12a所描述的相同。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的控制信号之后，桥臂200的状态如图12c所示；在经过第二延迟时间后，桥臂200接收到控制第一内开关212、第二内开关213关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图12d所示。
如图12c所示，响应于接收到开通信号，第一钳位开关215、第二钳位开关216仍然保持开通，桥臂200的状态与参考图12a所描述的相同。
如图12d所示，响应于接收到关断信号，第一内开关212、第二内开关213从开通转为关断。此时，第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211-214关断。输出电流io流经输出端子201d、第一内开关212中的二极管、第一钳位开关215中的IGBT、第二输入端子201b。
在桥臂200同时接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通、控制第一内开关212、第二内开关213关断的控制信号之后，第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211-214关断，桥臂200的状态与参考图12d所描述的相同。
结合图12b-12d可知，在第一内开关212、第二内开关213关断的过程中，电流从第二内开关213中的IGBT、第二钳位开关216中的二极管切换到与其并联的第一内开关212中的二极管、第一钳位开关215中的IGBT，因此第一内开关212所承受的电压应力为零，而第二内开关213仅来自换流回路中寄生电感上的电压。由于第一内开关212、第一钳位开关215、第二内开关213、第二钳位开关216所构成的换流回路路径较短，因此，第二内开关213所承受的电压应力也较小。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图12e所示。响应于接收到关断信号，第一钳位开关215、第二钳位开关216关断。此时，所有开关211-216均关断。输出电流io流经输出端子201d、第一内开关212中的二极管、第一外开关211中的二极管、第一输入端子201a。
结合图12d和图12e可知，在第一钳位开关215、第二钳位开关216关断的过程中，与图6d和图6e相同，电流从第一钳位开关215切换到第一外开关211。因此，第一钳位开关215所承受的电压应力为(Udc+换流回路的寄生电感上的电压)，第二钳位开关216所承受的电压应力为零。
图13a-13e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂处于第五状态、输出电流为正电流时桥臂停止工作的过程的示意图。其中，桥臂200停止工作的过程与参考图6a-6e所描述的当桥臂处于第一状态、输出电流为负电流时桥臂停止工作的过程类似。
图14a-14e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂处于第五状态、输出电流为负电流时桥臂停止工作的过程的示意图。其中，桥臂200停止工作的过程与参考图5a-5e所描述的当桥臂处于第一状态、输出电流为正电流时桥臂停止工作的过程类似。
如上面参考图5a-14e所描述的，在变换器停止工作时，桥臂中的电流切换是以下两种情况之一：
(1)桥臂中的电流在同一侧的外开关、钳位开关之间切换(例如，在第一外开关211、第一钳位开关215之间切换)，此时，开关所承受的电压应力为(Udc+换流回路的寄生电感上的电压)；
(2)桥臂中的电流从同一侧的内开关、钳位开关切换到另一侧的内开关、钳位开关(例如，从第一内开关212、第一钳位开关215切换到第二内开关213、第二钳位开关216)，此时，开关所承受的电压应力仅为换流回路的寄生电感上的电压。
在上述两种情况中，桥臂中的电流的换流回路均较短，因此，不论桥臂停止工作前处于哪一种状态，在开关切换过程中，电流的换流回路路径较短，开关所承受的电压应力较小，保护开关不会因电压应力过高而损坏。因而，本公开中所述的控制有源中点钳位型三电平变换器停止工作的方法在不需要检测变换器中的桥臂的状态的情况下，即可控制桥臂中的各开关安全地关断。
特别地，当发生输出电流过流故障时，由于输出电流较大，由换流回路中的寄生电感造成的电压应力问题更为严重，因此，使用如本公开中所述的控制有源中点钳位型三电平变换器停止工作的方法，以减少开关所承受的电压应力是更为有利的。
如上面参考图5a-14e所描述的，如果在控制桥臂中的第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的同时，控制第一内开关212、第二内开关213关断，则变换器将更快地进入停止工作的状态。如果在控制桥臂中的第一钳位开关215、第二钳位开关216开通后，经过第二延时时间，控制第一内开关212、第二内开关213关断，由于每次仅有两个开关的状态发生改变，开关的控制逻辑更为简单；并且，在第一钳位开关215、第二钳位开关216已经开通而第一内开关212、第二内开关213尚未关断的过渡阶段，由于第一钳位开关215、第二钳位开关216均已开通，桥臂200的输出电平为零电平0，桥臂200输出功率为0，输出电流io相应地衰减，保护了变换器的安全。
如上所述，当变换器停止工作后，变换器中的各个开关均处于关断状态，而变换器的输出电流流经桥臂的第一外开关、第一内开关中的二极管，或者流经桥臂的第二外开关、第二内开关中的二极管，直至电流衰减为零。如果变换器在上一次停止工作后的较短时间内再次开始工作，则在变换器开始工作时，变换器中的电流可能尚未衰减至零。例如，当变换器发生输出电流过流故障后，变换器停止工作，变换器的输出电流开始衰减，而当变换器的输出电流降低到第二电流阈值Ith2且保持第二检测时间T2时，输出电流过流故障消除，变换器再次开始工作。因此，在变换器开始工作的过程中，应当控制变换器中的各个开关以合理的时序恢复正常控制信号，以避免在变换器的开关切换过程中换流回路的寄生电感引起过高的电压。
图15是示出根据本公开的示例性实施例的控制有源中点钳位型三电平变换器开始工作的示例性方法的流程图。其中，有源中点钳位型三电平变换器包括至少一个如参考图2所描述的桥臂。
在步骤S1501中，响应于开始工作指令，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关开通，同时或者经过第一延时时间后，恢复每个桥臂中的第一内开关和第二内开关的正常控制信号。
根据一些实施例，开始工作指令包括开机指令或故障消除指令。根据一些实施例，与关机指令类似，开机指令可以是来自变换器外部的指令，例如，开机指令可以是来自用户通过用户交互界面输入的指令，还可以是上位机通过通信接口下达到变换器的指令。根据一些实施例，故障消除指令对应的故障为输出电流过流故障。根据另一些实施例，故障消除指令对应的故障包括以下故障中至少之一：输出电压过压故障、过温故障、母线电压偏压故障、母线电压过压故障、漏电流故障。
根据一些实施例，在控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关开通的同时，恢复每个桥臂中的第一内开关和第二内开关的正常控制信号。根据另一些实施例，在控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关开通之后，经过第一延时时间后，恢复每个桥臂中的第一内开关和第二内开关的正常控制信号。
根据一些实施例，恢复内开关的正常控制信号指：按照变换器正常工作后的控制信号来控制内开关。例如，当计算出某一桥臂正常工作后应处于第一状态时，控制器控制该桥臂的第一内开关开通、第二内开关关断。
在步骤S1503中，经过第二延时时间后，恢复每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关的正常控制信号。其中，恢复钳位开关的正常控制信号与恢复内开关的控制信号一致，即按照变换器正常工作后的控制信号来控制钳位开关。
在步骤S1505中，经过第三延时时间后，恢复每个桥臂中的第一外开关和第二外开关的正常控制信号。其中，恢复外开关的正常控制信号与恢复内开关的控制信号一致，即按照变换器正常工作后的控制信号来控制外开关。
根据一些实施例，第一延时时间、第二延时时间大于开关中的有源开关器件完成开通过程的时间，第三延时时间大于开关中的有源开关器件完成关断过程的时间，第一延时时间、第二延时时间、第三延时时间可以在例如0.1us到50us之间，但不限于该范围。第一延时时间、第二延时时间可以相同或不同，第三延时时间可以与第一延时时间或第二延时时间相同或不同。
如参考表1所描述的，当桥臂正常工作后处于第一状态时，第一外开关211、第一内开关212开通，其余开关213-216关断，因此第一外开关211、第一内开关212的正常控制信号为开通信号，其余开关213-216的正常控制信号为关断信号。
图16a-16e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂正常工作后处于第一状态、输出电流为正电流时桥臂开始工作的过程的示意图。
当桥臂200处于停止工作状态、输出电流io为正电流时，桥臂200的状态如图16a所示。此时，桥臂200的输出电流io流经第三输入端子201c、第二外开关214中的二极管、第二内开关213中的二极管、输出端子201d。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的控制信号之后，桥臂200的状态如图16b所示；在经过第一延迟时间后，桥臂200接收到控制第一内开关212、第二内开关213关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图16c所示。
如图16b所示，响应于接收到开通信号，第一钳位开关215、第二钳位开关216从关断转为开通。此时，第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211-214关断。输出电流io流经第二输入端子201b、第二钳位开关216中的IGBT、第二内开关213中的二极管、输出端子201d。
结合图16a和图16b可知，在第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的过程中，电流从第二外开关214切换到第二钳位开关216。因此，第二外开关214所承受的电压应力为(Udc+换流回路的寄生电感上的电压)。其中，换流回路为节点201f-节点201e-第三输入端子201c-第二输入端子201b-节点201f。
如图16c所示，响应于接收到开通信号，第一内开关212由关断转为开通；响应于接收到关断信号，第二内开关213保持关断。此时，第一内开关212、第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211、213、214关断。输出电流io流经第二输入端子201b、并联的两组开关212、213、215、216、输出端子201d，其中，输出电流io流经第一钳位开关215中的二极管、第一内开关212的IGBT，并且流经第二钳位开关216的IGBT、第二内开关213中的二极管。
在桥臂200同时接收到控制第一内开关212、第一钳位开关215、第二钳位开关216开通、控制第二内开关213关断的控制信号之后，第一内开关212、第一钳位开关215、第二钳位开关216从关断转为开通，其余开关211、213、214保持关断。桥臂200的状态与参考图16c描述的相同。
结合图16a和图16c可知，在第一内开关212、第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的过程中，电流从流经第二外开关214、第二内开关213切换到流经并联的两组内开关、钳位开关。由基尔霍夫电压定律可知，第二外开关214所承受的电压应力为(Udc+节点201f-节点201e的路径上的寄生电感的电压+节点201e-第三输入端子201c-第二输入端子201b-节点201f的路径上的寄生电感的电压)。
与参考图16a、16b所描述的电流从第二外开关214、第二内开关213切换到第二钳位开关216、第二内开关213的情况相比，当电流从流经第二外开关214、第二内开关213切换到流经并联的两组内开关、钳位开关时，节点201e-第三输入端子201c-第二输入端子201b-节点201f的路径上的寄生电感的电压相同，而由于电流仅部分地切换到第二钳位开关216中，节点201f-节点201e的路径上的寄生电感的电压降低。因此，当电流从流经第二外开关214、第二内开关213切换到流经并联的两组内开关、钳位开关时，第二外开关214所承受的电压应力应小于当电流从第二外开关214、第二内开关213切换到第二钳位开关216、第二内开关213时第二外开关214所承受的电压应力。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图16d所示。响应于接收到关断信号，第一钳位开关215、第二钳位开关216从开通转为关断。此时，第一内开关212开通，其余开关211、213-216关断。输出电流io流经第二输入端子201b、第一钳位开关215中的二极管、第一内开关212中的IGBT、输出端子201d。
结合图16c和图16d可知，在第一钳位开关215、第二钳位开关216关断的过程中，电流从第二内开关213中的二极管、第二钳位开关216中的IGBT切换到与其并联的第一内开关212中的IGBT、第一钳位开关215中的二极管，因此第一内开关212所承受的电压应力仅来自换流回路中寄生电感上的电压。
在桥臂200接收到控制第一外开关211开通、第二外开关214关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图16e所示。响应于接收到开通信号，第一外开关211从关断转为开通；响应于接收到关断信号，第二外开关214仍然保持关断。此时，第一外开关211、第一内开关212开通，其余开关213-216关断。输出电流io流经第一输入端子201a、第一外开关211中的IGBT、第一内开关212中的IGBT、输出端子201d。
结合图16d和图16e可知，在第一外开关开通的过程中，电流从第一钳位开关215切换到第一外开关211，第一钳位开关215所承受的电压应力为(Udc+换流回路的寄生电感上的电压)。
图17a-17e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂正常工作后处于第一状态、输出电流为负电流时桥臂开始工作的过程的示意图。
当桥臂200处于停止工作状态、输出电流io为负电流时，桥臂200的状态如图17a所示。此时，桥臂200的输出电流io流经输出端子201d、第一内开关212中的二极管、第一外开关211中的二极管、第一输入端子201a。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的控制信号之后，桥臂200的状态如图17b所示；在经过第一延迟时间后，桥臂200接收到控制第一内开关212、第二内开关213关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图17c所示。
如图17b所示，响应于接收到开通信号，第一钳位开关215、第二钳位开关216从关断转为开通。此时，第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211-214关断。输出电流io流经输出端子201d、第一内开关212中的二极管、第一钳位开关215中的IGBT、第二输入端子201b。
结合图17a和图17b可知，在在第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的过程中，电流从第一外开关211切换到第一钳位开关215，第一外开关211所承受的电压应力为(Udc+换流回路的寄生电感上的电压)。
如图17c所示，响应于接收到开通信号，第一内开关212由关断转为开通；响应于接收到关断信号，第二内开关213保持关断。此时，第一内开关212、第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211、213、214关断。输出电流io仍然流经输出端子201d、第一内开关212中的二极管、第一钳位开关215中的IGBT、第二输入端子201b。
在桥臂200同时接收到控制第一内开关212、第一钳位开关215、第二钳位开关216开通、控制第二内开关213关断的控制信号之后，第一内开关212、第一钳位开关215、第二钳位开关216从关断转为开通，其余开关211、213、214保持关断。桥臂200的状态与参考图17c描述的相同。
结合图17a和图17c可知，在第一内开关212、第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的过程中，电流从第一外开关211切换到第一钳位开关215，第一外开关211所承受的电压应力为(Udc+换流回路的寄生电感上的电压)。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图17d所示。响应于接收到关断信号，第一钳位开关215、第二钳位开关216从开通转为关断。此时，第一内开关212开通，其余开关211、213-216关断。输出电流io流经输出端子201d、第一内开关212中的二极管、第一外开关211中的二极管、第一输入端子201a。
结合图17c和图17d可知，在第一钳位开关215、第二钳位开关216关断的过程中，电流从第一钳位开关215切换到第一外开关211，第一钳位开关215所承受的电压应力为(Udc+换流回路的寄生电感上的电压)。
在桥臂200接收到控制第一外开关211开通、第二外开关214关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图17e所示。响应于接收到开通信号，第一外开关211从关断转为开通；响应于接收到关断信号，第二外开关214仍然保持关断。此时，第一外开关211、第一内开关212开通，其余开关213-216关断。输出电流io仍然流经输出端子201d、第一内开关212中的二极管、第一外开关211中的二极管、第一输入端子201a。
如参考表1所描述的，当桥臂正常工作后处于第一状态时，第一外开关211、第一内开关212开通，其余开关213-216关断，因此第一外开关211、第一内开关212的正常控制信号为开通信号，其余开关213-216的正常控制信号为关断信号；当桥臂正常工作后处于第二状态时，第一内开关212、第一钳位开关215开通，其余开关211、213、214、216关断，因此第一内开关212、第一钳位开关215的正常控制信号为开通信号，其余开关211、213、214、216的正常控制信号为关断信号。
因为当桥臂正常工作后处于第一状态或第二状态时，第一内开关212、第二内开关213的正常控制信号相同，即，第一内开关212的正常控制信号为开通信号，第二内开关213的正常控制信号为关断信号，所以当桥臂正常工作后处于第一状态或第二状态时，从桥臂开始工作到恢复内开关的正常控制信号的过程也相同。
图18a-18e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂正常工作后处于第二状态、输出电流为正电流时桥臂开始工作的过程的示意图。
图18a-18c示出了从桥臂开始工作到恢复内开关的正常控制信号的过程。其中，图18a示出了当桥臂开始工作时输出电流为正电流的状态，图18b示出了当桥臂接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的控制信号时的状态，图18c示出了当桥臂接收到控制第一内开关212开通、第二内开关213关断的控制信号的状态。图18a-18c中的桥臂200的状态与图16a-16c中的桥臂200的状态相同。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215开通、第二钳位开关216关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图18d所示。响应于接收到开通信号，第一钳位开关215保持开通；响应于接收到关断信号，第二钳位开关216从开通转为关断。此时，第一内开关212、第一钳位开关215开通，其余开关211、213、214、216关断。输出电流io流经第二输入端子201b、第一钳位开关215中的二极管、第一内开关212中的IGBT、输出端子201d。
结合图18c和图18d可知，在第二钳位开关216关断的过程中，电流从第二内开关213中的二极管、第二钳位开关216中的IGBT切换到与其并联的第一内开关212中的IGBT、第一钳位开关215中的二极管，因此第一内开关212所承受的电压应力仅来自换流回路中寄生电感上的电压。
在桥臂200接收到控制第一外开关211、第二外开关214关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图18e所示。响应于接收到关断信号，第一外开关211、第二外开关214仍然保持关断。此时，桥臂200的状态与参考图18d所描述的相同。
图19a-19e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂正常工作后处于第二状态、输出电流为负电流时桥臂开始工作的过程的示意图。
图19a-19c示出了从桥臂开始工作到恢复内开关的正常控制信号的过程。其中，图19a示出了当桥臂开始工作时输出电流为负电流的状态，图19b示出了当桥臂接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的控制信号时的状态，图19c示出了当桥臂接收到控制第一内开关212开通、第二内开关213关断的控制信号的状态。图19a-19c中的桥臂200的状态与图17a-17c中的桥臂200的状态相同。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215开通、第二钳位开关216关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图19d所示。此时，第一内开关212、第一钳位开关215开通，其余开关211、213、214、216关断。输出电流io流经输出端子201d、第一内开关212中的二极管、第一钳位开关215中的IGBT、第二输入端子201b。
结合图19c和图19d可知，电流的流经路径不发生改变。
在桥臂200接收到控制第一外开关211、第二外开关214关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图19e所示。响应于接收到关断信号，第一外开关211、第二外开关214仍然保持关断。此时，桥臂200的状态与参考图19d所描述的相同。
图20a-20e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂正常工作后处于第三状态、输出电流为正电流时桥臂开始工作的过程的示意图。其中，桥臂200开始工作的过程与参考图19a-19e所描述的当桥臂正常工作后处于第二状态、输出电流为负电流时桥臂开始工作的过程类似。
图21a-21e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂正常工作后处于第三状态、输出电流为负电流时桥臂开始工作的过程的示意图。其中，桥臂200开始工作的过程与参考图18a-18e所描述的当桥臂正常工作后处于第二状态、输出电流为正电流时桥臂开始工作的过程类似。
如参考表1所描述的，当桥臂正常工作后处于第四状态时，第一内开关212、第一钳位开关215、第二内开关213、第二钳位开关216开通，其余开关211、214关断，因此第一内开关212、第一钳位开关215、第二内开关213、第二钳位开关216的正常控制信号为开通信号，其余开关211、214的正常控制信号为关断信号。
图22a-22e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂正常工作后处于第四状态、输出电流为正电流时桥臂开始工作的过程的示意图。
当桥臂200处于停止工作状态、输出电流io为正电流时，桥臂200的状态如图22a所示。此时，桥臂200的输出电流io流经第三输入端子201c、第二外开关214中的二极管、第二内开关213中的二极管、输出端子201d。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的控制信号之后，桥臂200的状态如图22b所示；在经过第一延迟时间后，桥臂200接收到控制第一内开关212、第二内开关213开通的控制信号之后，桥臂200的状态如图22c所示。
如图22b所示，响应于接收到开通信号，第一钳位开关215、第二钳位开关216从关断转为开通。输出电流io流经第二输入端子201b、第二钳位开关216中的IGBT、第二内开关213中的二极管、输出端子201d。
结合图22a和图22b可知，在第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的过程中，电流从第二外开关214切换到第二钳位开关216。因此，第二外开关214所承受的电压应力为(Udc+换流回路的寄生电感上的电压)。
如图22c所示，响应于接收到开通信号，第一内开关212、第二内开关213由关断转为开通。此时，第一内开关212、第二内开关213、第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211、214关断。输出电流io流经第二输入端子201b、并联的两组开关212、213、215、216、输出端子201d，其中，输出电流io流经第一钳位开关215中的二极管、第一内开关212的IGBT，并且流经第二钳位开关216的IGBT、第二内开关213中的二极管。
在桥臂200同时接收到控制第一内开关212、第二内开关213、第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的控制信号之后，第一内开关212、第二内开关213、第一钳位开关215、第二钳位开关216从关断转为开通，其余开关211、214保持关断。桥臂200的状态与参考图22c描述的相同。
结合图22a和图22c可知，在第一内开关212、第二内开关213、第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的过程中，电流从流经第二外开关214、第二内开关213切换到流经并联的两组内开关、钳位开关，第二外开关214所承受的电压应力为(Udc+节点201f-节点201e的路径上的寄生电感的电压+节点201e-第三输入端子201c-第二输入端子201b-节点201f的路径上的寄生电感的电压)。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的控制信号之后，桥臂200的状态如图22d所示。响应于接收到开通信号，第一钳位开关215、第二钳位开关216保持开通。此时，桥臂200的状态与参考图22c描述的相同。
在桥臂200接收到控制第一外开关211、第二外开关214关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图22e所示。响应于接收到开通信号，第一外开关211、第二外开关214保持关断。此时，桥臂200的状态与参考图22c描述的相同。
图23a-23e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂正常工作后处于第四状态、输出电流为负电流时桥臂开始工作的过程的示意图。
当桥臂200处于停止工作状态、输出电流io为负电流时，桥臂200的状态如图23a所示。此时，桥臂200的输出电流io流经输出端子201d、第一内开关212中的二极管、第一外开关211中的二极管、第一输入端子201a。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的控制信号之后，桥臂200的状态如图23b所示；在经过第一延迟时间后，桥臂200接收到控制第一内开关212、第二内开关213开通的控制信号之后，桥臂200的状态如图23c所示。
如图23b所示，响应于接收到开通信号，第一钳位开关215、第二钳位开关216从关断转为开通。此时，第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211-214关断。输出电流io流经输出端子201d、第一内开关212中的二极管、第一钳位开关215中的IGBT、第二输入端子201b。
结合图23a和图23b可知，在在第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的过程中，电流从第一外开关211切换到第一钳位开关215，第一外开关211所承受的电压应力为(Udc+换流回路的寄生电感上的电压)。其中，换流回路为节点201f-节点201g-第一输入端子201a-第二输入端子201b-节点201f。
如图23c所示，响应于接收到开通信号，第一内开关212、第二内开关213由关断转为开通。此时，第一内开关212、第二内开关213、第一钳位开关215、第二钳位开关216开通，其余开关211、214关断。输出电流io流经输出端子201d、并联的两组开关212、213、215、216、第二输入端子201b，其中，输出电流io流经第一钳位开关215中的IGBT、第一内开关212的二极管，并且流经第二钳位开关216的二极管、第二内开关213中的IGBT。
在桥臂200同时接收到控制第一内开关212、第二内开关213、第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的控制信号之后，第一内开关212、第二内开关213、第一钳位开关215、第二钳位开关216从关断转为开通，其余开关211、214保持关断。桥臂200的状态与参考图23c描述的相同。
结合图23a和图23c可知，在第一内开关212、第二内开关213、第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的过程中，电流从流经第一外开关211、第一内开关212切换到流经并联的两组内开关、钳位开关。由基尔霍夫电压定律可知，第一外开关211所承受的电压应力为(Udc+节点201f-节点201g的路径上的寄生电感的电压+节点201f-第二输入端子201b-第一输入端子201a-节点201g的路径上的寄生电感的电压)。
与参考图23a、23b所描述的电流从第一外开关211、第一内开关212切换到第一钳位开关215、第一内开关212的情况相比，当电流从流经第一外开关211、第一内开关212切换到流经并联的两组内开关、钳位开关时，节点201f-第二输入端子201b-第一输入端子201a-节点201g的路径上的寄生电感的电压相同，而由于电流仅部分地切换到第一钳位开关215中，节点201f-节点201g的路径上的寄生电感的电压降低。因此，当电流从流经第一外开关211、第一内开关212切换到流经并联的两组内开关、钳位开关时，第一外开关211所承受的电压应力应小于当电流从第一外开关211、第一内开关212切换到第一钳位开关215、第一内开关212时第一外开关211所承受的电压应力。
在桥臂200接收到控制第一钳位开关215、第二钳位开关216开通的控制信号之后，桥臂200的状态如图23d所示。响应于接收到开通信号，第一钳位开关215、第二钳位开关216保持开通。此时，桥臂200的状态与参考图23c描述的相同。
在桥臂200接收到控制第一外开关211、第二外开关214关断的控制信号之后，桥臂200的状态如图23e所示。响应于接收到开通信号，第一外开关211、第二外开关214保持关断。此时，桥臂200的状态与参考图23c描述的相同。
图24a-24e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂正常工作后处于第五状态、输出电流为正电流时桥臂开始工作的过程的示意图。其中，桥臂200开始工作的过程与参考图17a-17e所描述的当桥臂正常工作后处于第一状态、输出电流为负电流时桥臂开始工作的过程类似。
图25a-25e是示出根据本公开的示例性实施例的当桥臂正常工作后处于第五状态、输出电流为负电流时桥臂开始工作的过程的示意图。其中，桥臂200开始工作的过程与参考图16a-16e所描述的当桥臂正常工作后处于第一状态、输出电流为正电流时桥臂开始工作的过程类似。
如上面参考图16a-25e所描述的，在变换器开始工作时，桥臂中的电流切换是以下三种情况之一：
(1)桥臂中的电流在同一侧的外开关、钳位开关之间切换(例如，在第一外开关211、第一钳位开关215之间切换)，此时，开关所承受的电压应力为(Udc+换流回路的寄生电感上的电压)；
(2)桥臂中的电流从外开关、内开关切换到并联的两组内开关、钳位开关(例如，从第一外开关211、第一内开关212切换到并联的第一内开关212、第一钳位开关215、第二内开关213、第二钳位开关216)，如上面参考图16a、16c和图23a、23c所描述的，此时开关所承受的电压应力小于情况(1)中开关所承受的电压应力；
(3)桥臂中的电流从同一侧的内开关、钳位开关切换到另一侧的内开关、钳位开关(例如，从第一内开关212、第一钳位开关215切换到第二内开关213、第二钳位开关216)，此时，开关所承受的电压应力仅为换流回路的寄生电感上的电压。
当桥臂中的电流在同一侧的外开关、钳位开关之间切换，或从同一侧的内开关、钳位开关切换到另一侧的内开关、钳位开关中时，桥臂中的电流的换流回路均较短，相应地换流回路中的寄生电感值较低，开关所承受的电压应力较小，保护开关不会因电压应力过高而损坏。当桥臂中的电流从外开关、内开关切换到并联的两组内开关、钳位开关时，开关所承受的电压应力小于当桥臂中的电流在同一侧的外开关、钳位开关之间切换时开关所承受的电压应力。因此，在如本公开中所述的控制有源中点钳位型三电平变换器开始工作的方法中，不论桥臂在正常工作后处于哪一种状态，开关在切换过程中所承受的电压应力都较小，保护开关不会因电压应力过高而损坏。
以下描述本公开的一些示例性方面。
方面1.一种用于控制有源中点钳位型三电平变换器的方法，所述有源中点钳位型三电平变换器包括至少一个桥臂，所述至少一个桥臂中每个桥臂都包括多个输入端子、一个输出端子以及连接在所述多个输入端子和所述输出端子之间的多个开关，所述多个输入端子包括第一输入端子、第二输入端子、第三输入端子，所述多个开关包括第一外开关、第一内开关、第二内开关、第二外开关、第一钳位开关、第二钳位开关，其中，所述第一外开关、所述第一内开关、所述第二内开关、所述第二外开关依次串联连接，所述第一外开关的一端连接到所述第一输入端子，所述第一外开关的另一端连接到所述第一内开关，所述第一钳位开关的一端连接到所述第二输入端子，所述第一钳位开关的另一端连接到所述第一外开关与所述第一内开关的连接点，所述第二外开关的一端连接到所述第三输入端子，所述第二外开关的另一端连接到所述第二内开关，所述第二钳位开关的一端连接到所述第二输入端子，所述第二钳位开关的另一端连接到所述第二外开关与所述第二内开关的连接点，所述输出端子连接到所述第一内开关与所述第二内开关的连接点，所述方法包括：
响应于停止工作指令，控制每个桥臂中的第一外开关和第二外开关关断；
经过第一延时时间后，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关开通，同时或者经过第二延时时间后，控制每个桥臂中的第一内开关和第二内开关关断；以及
经过第三延时时间后，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关关断。
方面2.如方面1所述的方法，其中，所述停止工作指令包括关机指令或故障停机指令。
方面3.如方面2所述的方法，其中，所述故障停机指令对应的故障为输出电流过流故障。
方面4.如方面2所述的方法，其中，所述故障停机指令对应的故障包括以下故障中至少之一：输出电压过压故障、过温故障、母线电压偏压故障、母线电压过压故障、漏电流故障。
方面5.一种用于控制有源中点钳位型三电平变换器的方法，所述有源中点钳位型三电平变换器包括至少一个桥臂，所述至少一个桥臂中每个桥臂都包括多个输入端子、一个输出端子以及连接在所述多个输入端子和所述输出端子之间的多个开关，所述多个输入端子包括第一输入端子、第二输入端子、第三输入端子，所述多个开关包括第一外开关、第一内开关、第二内开关、第二外开关、第一钳位开关、第二钳位开关，其中，所述第一外开关、所述第一内开关、所述第二内开关、所述第二外开关依次串联连接，所述第一外开关的一端连接到所述第一输入端子，所述第一外开关的另一端连接到所述第一内开关，所述第一钳位开关的一端连接到所述第二输入端子，所述第一钳位开关的另一端连接到所述第一外开关与所述第一内开关的连接点，所述第二外开关的一端连接到所述第三输入端子，所述第二外开关的另一端连接到所述第二内开关，所述第二钳位开关的一端连接到所述第二输入端子，所述第二钳位开关的另一端连接到所述第二外开关与所述第二内开关的连接点，所述输出端子连接到所述第一内开关与所述第二内开关的连接点，所述方法包括：
响应于开始工作指令，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关开通，同时或者经过第一延时时间后，恢复每个桥臂中的第一内开关和第二内开关的正常控制信号；
经过第二延时时间后，恢复每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关的正常控制信号；以及
经过第三延时时间后，恢复每个桥臂中的第一外开关和第二外开关的正常控制信号。
方面6.如方面5所述的方法，其中，所述开始工作指令包括开机指令或故障消除指令。
方面7.如方面6所述的方法，其中，所述故障消除指令对应的故障为输出电流过流故障。
方面8.如方面6所述的方法，其中，所述故障消除指令对应的故障包括以下故障中至少之一：输出电压过压故障、过温故障、母线电压偏压故障、母线电压过压故障、漏电流故障。
方面9.一种用于控制有源中点钳位型三电平变换器控制装置，所述有源中点钳位型三电平变换器包括至少一个桥臂，所述至少一个桥臂中每个桥臂都包括多个输入端子、一个输出端子以及连接在所述多个输入端子和所述输出端子之间的多个开关，所述多个输入端子包括第一输入端子、第二输入端子、第三输入端子，所述多个开关包括第一外开关、第一内开关、第二内开关、第二外开关、第一钳位开关、第二钳位开关，其中，所述第一外开关、所述第一内开关、所述第二内开关、所述第二外开关依次串联连接，所述第一外开关的一端连接到所述第一输入端子，所述第一外开关的另一端连接到所述第一内开关，所述第一钳位开关的一端连接到所述第二输入端子，所述第一钳位开关的另一端连接到所述第一外开关与所述第一内开关的连接点，所述第二外开关的一端连接到所述第三输入端子，所述第二外开关的另一端连接到所述第二内开关，所述第二钳位开关的一端连接到所述第二输入端子，所述第二钳位开关的另一端连接到所述第二外开关与所述第二内开关的连接点，所述输出端子连接到所述第一内开关与所述第二内开关的连接点，所述控制装置配置为：
响应于停止工作指令，控制每个桥臂中的第一外开关和第二外开关关断；
经过第一延时时间，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关开通，同时或者经过第二延时时间，控制每个桥臂中的第一内开关和第二内开关关断；以及
经过第三延时时间，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关关断。
方面10.如方面9所述的控制装置，其中，所述停止工作指令包括关机指令或故障停机指令。
方面11.如方面10所述的控制装置，其中，所述故障停机指令对应的故障为输出电流过流故障。
方面12.如方面10所述的控制装置，其中，所述故障停机指令对应的故障包括以下故障中至少之一：输出电压过压故障、过温故障、母线电压偏压故障、母线电压过压故障、漏电流故障。
方面13.一种用于控制有源中点钳位型三电平变换器的控制装置，所述有源中点钳位型三电平变换器包括至少一个桥臂，所述至少一个桥臂中每个桥臂都包括多个输入端子、一个输出端子以及连接在所述多个输入端子和所述输出端子之间的多个开关，所述多个输入端子包括第一输入端子、第二输入端子、第三输入端子，所述多个开关包括第一外开关、第一内开关、第二内开关、第二外开关、第一钳位开关、第二钳位开关，其中，所述第一外开关、所述第一内开关、所述第二内开关、所述第二外开关依次串联连接，所述第一外开关的一端连接到所述第一输入端子，所述第一外开关的另一端连接到所述第一内开关，所述第一钳位开关的一端连接到所述第二输入端子，所述第一钳位开关的另一端连接到所述第一外开关与所述第一内开关的连接点，所述第二外开关的一端连接到所述第三输入端子，所述第二外开关的另一端连接到所述第二内开关，所述第二钳位开关的一端连接到所述第二输入端子，所述第二钳位开关的另一端连接到所述第二外开关与所述第二内开关的连接点，所述输出端子连接到所述第一内开关与所述第二内开关的连接点，所述控制装置配置为：
响应于开始工作指令，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关开通，同时或者经过第一延时时间后，恢复每个桥臂中的第一内开关和第二内开关的正常控制信号；
经过第二延时时间后，恢复每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关的正常控制信号；以及
延时第三延时时间后，恢复每个桥臂中的第一外开关和第二外开关的正常控制信号。
方面14.如方面13所述的控制装置，其中，所述开始工作指令包括开机指令或故障消除指令。
方面15.如方面14所述的控制装置，其中，所述故障消除指令对应的故障为输出电流过流故障。
方面16.如方面14所述的控制装置，其中，所述故障消除指令对应的故障包括以下故障中至少之一：输出电压过压故障、过温故障、母线电压偏压故障、母线电压过压故障、漏电流故障。
方面17.一种有源中点钳位型三电平变换器，包括：
至少一个桥臂，所述至少一个桥臂中每个桥臂都包括多个输入端子、一个输出端子以及连接在所述多个输入端子和所述输出端子之间的多个开关，所述多个输入端子包括第一输入端子、第二输入端子、第三输入端子，所述多个开关包括第一外开关、第一内开关、第二内开关、第二外开关、第一钳位开关、第二钳位开关，其中，所述第一外开关、所述第一内开关、所述第二内开关、所述第二外开关依次串联连接，所述第一外开关的一端连接到所述第一输入端子，所述第一外开关的另一端连接到所述第一内开关，所述第一钳位开关的一端连接到所述第二输入端子，所述第一钳位开关的另一端连接到所述第一外开关与所述第一内开关的连接点，所述第二外开关的一端连接到所述第三输入端子，所述第二外开关的另一端连接到所述第二内开关，所述第二钳位开关的一端连接到所述第二输入端子，所述第二钳位开关的另一端连接到所述第二外开关与所述第二内开关的连接点，所述输出端子连接到所述第一内开关与所述第二内开关的连接点；以及
如方面9-16中任一项所述的控制装置。
虽然已经参照附图描述了本公开的实施例或示例，但应理解，上述的方法、***和设备仅仅是示例性的实施例或示例，本发明的范围并不由这些实施例或示例限制，而是仅由授权后的权利要求书及其等同范围来限定。实施例或示例中的各种要素可以被省略或者可由其等同要素替代。此外，可以通过不同于本公开中描述的次序来执行各步骤。进一步地，可以以各种方式组合实施例或示例中的各种要素。重要的是随着技术的演进，在此描述的很多要素可以由本公开之后出现的等同要素进行替换。

Claims (17)

1.一种用于控制有源中点钳位型三电平变换器的方法，所述有源中点钳位型三电平变换器包括至少一个桥臂，所述至少一个桥臂中每个桥臂都包括多个输入端子、一个输出端子以及连接在所述多个输入端子和所述输出端子之间的多个开关，所述多个输入端子包括第一输入端子、第二输入端子、第三输入端子，所述多个开关包括第一外开关、第一内开关、第二内开关、第二外开关、第一钳位开关、第二钳位开关，其中，所述第一外开关、所述第一内开关、所述第二内开关、所述第二外开关依次串联连接，所述第一外开关的一端连接到所述第一输入端子，所述第一外开关的另一端连接到所述第一内开关，所述第一钳位开关的一端连接到所述第二输入端子，所述第一钳位开关的另一端连接到所述第一外开关与所述第一内开关的连接点，所述第二外开关的一端连接到所述第三输入端子，所述第二外开关的另一端连接到所述第二内开关，所述第二钳位开关的一端连接到所述第二输入端子，所述第二钳位开关的另一端连接到所述第二外开关与所述第二内开关的连接点，所述输出端子连接到所述第一内开关与所述第二内开关的连接点，所述方法包括：
响应于停止工作指令，控制每个桥臂中的第一外开关和第二外开关关断；
经过第一延时时间后，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关开通，同时或者经过第二延时时间后，控制每个桥臂中的第一内开关和第二内开关关断；以及
经过第三延时时间后，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关关断。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述停止工作指令包括关机指令或故障停机指令。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述故障停机指令对应的故障为输出电流过流故障。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述故障停机指令对应的故障包括以下故障中至少之一：输出电压过压故障、过温故障、母线电压偏压故障、母线电压过压故障、漏电流故障。
5.一种用于控制有源中点钳位型三电平变换器的方法，所述有源中点钳位型三电平变换器包括至少一个桥臂，所述至少一个桥臂中每个桥臂都包括多个输入端子、一个输出端子以及连接在所述多个输入端子和所述输出端子之间的多个开关，所述多个输入端子包括第一输入端子、第二输入端子、第三输入端子，所述多个开关包括第一外开关、第一内开关、第二内开关、第二外开关、第一钳位开关、第二钳位开关，其中，所述第一外开关、所述第一内开关、所述第二内开关、所述第二外开关依次串联连接，所述第一外开关的一端连接到所述第一输入端子，所述第一外开关的另一端连接到所述第一内开关，所述第一钳位开关的一端连接到所述第二输入端子，所述第一钳位开关的另一端连接到所述第一外开关与所述第一内开关的连接点，所述第二外开关的一端连接到所述第三输入端子，所述第二外开关的另一端连接到所述第二内开关，所述第二钳位开关的一端连接到所述第二输入端子，所述第二钳位开关的另一端连接到所述第二外开关与所述第二内开关的连接点，所述输出端子连接到所述第一内开关与所述第二内开关的连接点，所述方法包括：
响应于开始工作指令，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关开通，同时或者经过第一延时时间后，恢复每个桥臂中的第一内开关和第二内开关的正常控制信号；
经过第二延时时间后，恢复每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关的正常控制信号；以及
经过第三延时时间后，恢复每个桥臂中的第一外开关和第二外开关的正常控制信号。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述开始工作指令包括开机指令或故障消除指令。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述故障消除指令对应的故障为输出电流过流故障。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述故障消除指令对应的故障包括以下故障中至少之一：输出电压过压故障、过温故障、母线电压偏压故障、母线电压过压故障、漏电流故障。
9.一种用于控制有源中点钳位型三电平变换器控制装置，所述有源中点钳位型三电平变换器包括至少一个桥臂，所述至少一个桥臂中每个桥臂都包括多个输入端子、一个输出端子以及连接在所述多个输入端子和所述输出端子之间的多个开关，所述多个输入端子包括第一输入端子、第二输入端子、第三输入端子，所述多个开关包括第一外开关、第一内开关、第二内开关、第二外开关、第一钳位开关、第二钳位开关，其中，所述第一外开关、所述第一内开关、所述第二内开关、所述第二外开关依次串联连接，所述第一外开关的一端连接到所述第一输入端子，所述第一外开关的另一端连接到所述第一内开关，所述第一钳位开关的一端连接到所述第二输入端子，所述第一钳位开关的另一端连接到所述第一外开关与所述第一内开关的连接点，所述第二外开关的一端连接到所述第三输入端子，所述第二外开关的另一端连接到所述第二内开关，所述第二钳位开关的一端连接到所述第二输入端子，所述第二钳位开关的另一端连接到所述第二外开关与所述第二内开关的连接点，所述输出端子连接到所述第一内开关与所述第二内开关的连接点，所述控制装置配置为：
响应于停止工作指令，控制每个桥臂中的第一外开关和第二外开关关断；
经过第一延时时间，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关开通，同时或者经过第二延时时间，控制每个桥臂中的第一内开关和第二内开关关断；以及
经过第三延时时间，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关关断。
10.如权利要求9所述的控制装置，其中，所述停止工作指令包括关机指令或故障停机指令。
11.如权利要求10所述的控制装置，其中，所述故障停机指令对应的故障为输出电流过流故障。
12.如权利要求10所述的控制装置，其中，所述故障停机指令对应的故障包括以下故障中至少之一：输出电压过压故障、过温故障、母线电压偏压故障、母线电压过压故障、漏电流故障。
13.一种用于控制有源中点钳位型三电平变换器的控制装置，所述有源中点钳位型三电平变换器包括至少一个桥臂，所述至少一个桥臂中每个桥臂都包括多个输入端子、一个输出端子以及连接在所述多个输入端子和所述输出端子之间的多个开关，所述多个输入端子包括第一输入端子、第二输入端子、第三输入端子，所述多个开关包括第一外开关、第一内开关、第二内开关、第二外开关、第一钳位开关、第二钳位开关，其中，所述第一外开关、所述第一内开关、所述第二内开关、所述第二外开关依次串联连接，所述第一外开关的一端连接到所述第一输入端子，所述第一外开关的另一端连接到所述第一内开关，所述第一钳位开关的一端连接到所述第二输入端子，所述第一钳位开关的另一端连接到所述第一外开关与所述第一内开关的连接点，所述第二外开关的一端连接到所述第三输入端子，所述第二外开关的另一端连接到所述第二内开关，所述第二钳位开关的一端连接到所述第二输入端子，所述第二钳位开关的另一端连接到所述第二外开关与所述第二内开关的连接点，所述输出端子连接到所述第一内开关与所述第二内开关的连接点，所述控制装置配置为：
响应于开始工作指令，控制每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关开通，同时或者经过第一延时时间后，恢复每个桥臂中的第一内开关和第二内开关的正常控制信号；
经过第二延时时间后，恢复每个桥臂中的第一钳位开关和第二钳位开关的正常控制信号；以及
延时第三延时时间后，恢复每个桥臂中的第一外开关和第二外开关的正常控制信号。
14.如权利要求13所述的控制装置，其中，所述开始工作指令包括开机指令或故障消除指令。
15.如权利要求14所述的控制装置，其中，所述故障消除指令对应的故障为输出电流过流故障。
16.如权利要求14所述的控制装置，其中，所述故障消除指令对应的故障包括以下故障中至少之一：输出电压过压故障、过温故障、母线电压偏压故障、母线电压过压故障、漏电流故障。
17.一种有源中点钳位型三电平变换器，包括：
至少一个桥臂，所述至少一个桥臂中每个桥臂都包括多个输入端子、一个输出端子以及连接在所述多个输入端子和所述输出端子之间的多个开关，所述多个输入端子包括第一输入端子、第二输入端子、第三输入端子，所述多个开关包括第一外开关、第一内开关、第二内开关、第二外开关、第一钳位开关、第二钳位开关，其中，所述第一外开关、所述第一内开关、所述第二内开关、所述第二外开关依次串联连接，所述第一外开关的一端连接到所述第一输入端子，所述第一外开关的另一端连接到所述第一内开关，所述第一钳位开关的一端连接到所述第二输入端子，所述第一钳位开关的另一端连接到所述第一外开关与所述第一内开关的连接点，所述第二外开关的一端连接到所述第三输入端子，所述第二外开关的另一端连接到所述第二内开关，所述第二钳位开关的一端连接到所述第二输入端子，所述第二钳位开关的另一端连接到所述第二外开关与所述第二内开关的连接点，所述输出端子连接到所述第一内开关与所述第二内开关的连接点；以及
如权利要求9-16中任一项所述的控制装置。
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