本發明涉及三相四橋臂逆變控制技術領域，特別涉及一種三電平三相四橋臂逆變系統及其控制方法和控制器。

背景技術：

三電平三相四橋臂逆變系統由于其可以帶100％不平衡負載的能力，將會是光儲領域的一個應用趨勢。當三電平三相四橋臂逆變系統應用于光伏領域時，其直流側電壓會隨著輸出功率、環境溫度、光照強度等因素的變化而變化；而當三電平三相四橋臂逆變系統應用于儲能領域時，由于儲能裝置(蓄電池)的輸出電壓也與放電/充電的深度有關，因此在儲能領域中，該三電平三相四橋臂逆變系統的直流側電壓也是變化的。

但是由于三電平三相四橋臂逆變系統的輸出存在一定的共模電壓，并且該共模電壓還會隨著直流側電壓的升高而增加；因此，在直流側電壓較高的情況下，三電平三相四橋臂逆變系統的共模電壓會較高。

然而有些負載對共模電壓比較敏感，因此，三電平三相四橋臂逆變系統對于負載的要求較高，適應性不強，從而限制了三電平三相四橋臂逆變系統的應用范圍。

技術實現要素：

本發明提供一種三電平三相四橋臂逆變系統及其控制方法和控制器，以解決現有技術直流側電壓高會導致共模電壓高的問題。

為實現上述目的，本申請提供的技術方案如下：

一種三電平三相四橋臂逆變系統的控制方法，應用于所述三電平三相四橋臂逆變系統的控制器，所述三電平三相四橋臂逆變系統的控制方法包括：

判斷所述三電平三相四橋臂逆變系統的直流側電壓是否上升到大于預設高限值；

若所述直流側電壓上升到大于所述預設高限值，則控制所述三電平三相四橋臂逆變系統中第四橋臂的中間兩個開關管常通、上下兩個開關管常斷；

其中，所述上下兩個開關管分別為所述第四橋臂中一個輸入端與所述三電平三相四橋臂逆變系統的直流側正極相連的開關管和一個輸入端與所述三電平三相四橋臂逆變系統的直流側負極相連的開關管，所述中間兩個開關管為所述第四橋臂中除所述上下兩個開關管外的兩個開關管。

優選的，在所述控制所述三電平三相四橋臂逆變系統中第四橋臂的中間兩個開關管常通、上下兩個開關管常斷之后，還包括：

采用脈寬調制策略PWM對所述三電平三相四橋臂逆變系統中另外三個橋臂的各開關管進行控制。

優選的，所述采用脈寬調制策略PWM對所述三電平三相四橋臂逆變系統中另外三個橋臂的各開關管進行控制，包括：

采用正弦波脈寬調制策略SPWM對所述三電平三相四橋臂逆變系統中另外三個橋臂的各開關管進行控制。

優選的，還包括：

判斷所述直流側電壓是否下降到小于預設低限值；所述預設高限值大于等于所述預設低限值；

若所述直流側電壓下降到小于所述預設低限值，則采用PWM分別對所述三電平三相四橋臂逆變系統的四個橋臂的所有開關管進行控制。

優選的，所述采用PWM分別對所述三電平三相四橋臂逆變系統的四個橋臂的所有開關管進行控制，包括：

采用空間矢量脈寬調制策略SVPWM分別對所述三電平三相四橋臂逆變系統的四個橋臂的所有開關管進行控制。

一種三電平三相四橋臂逆變系統的控制器，包括：

第一判斷單元，用于判斷所述三電平三相四橋臂逆變系統的直流側電壓是否上升到大于預設高限值；

第一控制單元，用于若所述直流側電壓上升到大于所述預設高限值，則控制所述三電平三相四橋臂逆變系統中第四橋臂的中間兩個開關管常通、上下兩個開關管常斷；

其中，所述上下兩個開關管分別為所述第四橋臂中一個輸入端與所述三電平三相四橋臂逆變系統的直流側正極相連的開關管和一個輸入端與所述三電平三相四橋臂逆變系統的直流側負極相連的開關管，所述中間兩個開關管為所述第四橋臂中除所述上下兩個開關管外的兩個開關管。

優選的，還包括：

第二控制單元，用于在所述控制所述三電平三相四橋臂逆變系統中第四橋臂的中間兩個開關管常通、上下兩個開關管常斷之后，采用PWM對所述三電平三相四橋臂逆變系統中另外三個橋臂的各開關管進行控制。

優選的，所述第二控制單元用于采用PWM對所述三電平三相四橋臂逆變系統中另外三個橋臂的各開關管進行控制時，具體用于：

采用SPWM對所述三電平三相四橋臂逆變系統中另外三個橋臂的各開關管進行控制。

優選的，還包括：

第二判斷單元，用于判斷所述直流側電壓是否下降到小于預設低限值；所述預設高限值大于等于所述預設低限值；

第三控制單元，用于若所述直流側電壓下降到小于所述預設低限值，則采用PWM分別對所述三電平三相四橋臂逆變系統的四個橋臂的所有開關管進行控制。

優選的，所述第三控制單元用于采用PWM分別對所述三電平三相四橋臂逆變系統的四個橋臂的所有開關管進行控制時，具體用于：

采用SVPWM分別對所述三電平三相四橋臂逆變系統的四個橋臂的所有開關管進行控制。

一種三電平三相四橋臂逆變系統，包括：逆變電路、交流濾波器及控制器；其中：所述控制器用于執行上述任一所述的三電平三相四橋臂逆變系統的控制方法。

優選的，所述三電平三相四橋臂逆變系統的四個橋臂內的開關管為多個開關管串并聯后的組合體。

本發明提供的三電平三相四橋臂逆變系統的控制方法，通過控制器判斷所述三電平三相四橋臂逆變系統的直流側電壓是否上升到大于預設高限值；并在所述直流側電壓上升到大于所述預設高限值時，控制所述三電平三相四橋臂逆變系統中第四橋臂的中間兩個開關管常通、上下兩個開關管常斷，使得所述三電平三相四橋臂逆變系統轉化為三相四線制系統，能夠將系統的交流濾波器中點引回，對其輸出的共模電壓加以控制，在直流側電壓較高時抑制了系統的共模電壓，使該三電平三相四橋臂逆變系統保留了帶不平衡負載的功能，同時增強了適應性，擴大了三電平三相四橋臂逆變系統的應用范圍。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術內的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述內的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明實施例提供的三電平三相四橋臂逆變系統的結構圖；

圖2是本發明另一實施例提供的三電平三相四橋臂逆變系統的控制方法的流程圖；

圖3是本發明另一實施例提供的三電平三相四橋臂逆變系統的等效結構圖；

圖4是本發明另一實施例提供的三電平三相四橋臂逆變系統的控制方法的另一流程圖；

圖5是本發明另一實施例提供的三電平三相四橋臂逆變系統的控制方法的另一流程圖；

圖6是本發明另一實施例提供的三電平三相四橋臂逆變系統的控制器的結構示意圖；

圖7是本發明另一實施例提供的三電平三相四橋臂逆變系統的控制器的另一結構示意圖；

圖8是本發明另一實施例提供的三電平三相四橋臂逆變系統的控制器的另一結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。

本發明提供一種三電平三相四橋臂逆變系統的控制方法，以解決現有技術直流側電壓高會導致共模電壓高的問題。

具體的，該三電平三相四橋臂逆變系統的控制方法，應用于三電平三相四橋臂逆變系統的控制器；如圖1所示，該三電平三相四橋臂逆變系統包括：逆變電路101、交流濾波器102及控制器；其中，逆變電路101中包括四個橋臂，第一橋臂包括四個開關管T₁₁、T₁₂、T₁₃和T₁₄，第二橋臂包括四個開關管T₂₁、T₂₂、T₂₃和T₂₄，第三橋臂包括四個開關管T₃₁、T₃₂、T₃₃和T₃₄，第四橋臂包括四個開關管T₄₁、T₄₂、T₄₃和T₄₄。

參見圖2，三電平三相四橋臂逆變系統的控制方法包括：

S101、判斷三電平三相四橋臂逆變系統的直流側電壓是否上升到大于預設高限值；

若直流側電壓上升到大于預設高限值，則執行步驟S102；

S102、控制三電平三相四橋臂逆變系統中第四橋臂的中間兩個開關管常通、上下兩個開關管常斷；

其中，該上下兩個開關管分別為第四橋臂中一個輸入端與三電平三相四橋臂逆變系統的直流側正極相連的開關管(即圖1中的T₄₁)和一個輸入端與三電平三相四橋臂逆變系統的直流側負極相連的開關管(即圖1中的T₄₄)，該中間兩個開關管為第四橋臂中除該上下兩個開關管外的兩個開關管(即圖1中的T₄₂和T₄₃)。

圖1中，該三電平三相四橋臂逆變系統的直流側電壓為U_dc，根據具體的應用環境，系統預設有預設高限值U_uplimit；當直流側電壓逐漸上升到U_dc>U_uplimit時，說明此時該三電平三相四橋臂逆變系統的直流側電壓將會導致其輸出的共模電壓過高，可能會給負載的應用帶來相應的問題，因此需要對該三電平三相四橋臂逆變系統的共模電壓進行抑制。

通過步驟S102，該三電平三相四橋臂逆變系統的控制器將控制三電平三相四橋臂逆變系統中第四橋臂的中間兩個開關管T₄₂和T₄₃常通、上下兩個開關管T₄₁和T₄₄常斷，此時，該三電平三相四橋臂逆變系統的等效結構參見圖3，可見該三電平三相四橋臂逆變系統轉化為三相四線制系統，能夠將系統的交流濾波的中點引回，進而對其輸出的共模電壓加以控制。

本實施例提供的三電平三相四橋臂逆變系統的控制方法，通過上述過程，使得三電平三相四橋臂逆變系統轉化為三相四線制系統，能夠將系統的交流濾波器中點引回，對其輸出的共模電壓加以控制，在直流側電壓較高時抑制了系統的共模電壓，使該三電平三相四橋臂逆變系統保留了帶不平衡負載的功能，同時增強了適應性，擴大了三電平三相四橋臂逆變系統的應用范圍。

本發明另一實施例還提供了另外一種三電平三相四橋臂逆變系統的控制方法，參見圖4，包括：

S201、判斷三電平三相四橋臂逆變系統的直流側電壓是否上升到大于預設高限值；

若直流側電壓上升到大于預設高限值，則執行步驟S102；

S202、控制三電平三相四橋臂逆變系統中第四橋臂的中間兩個開關管常通、上下兩個開關管常斷。

S203、采用PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調制策略)對三電平三相四橋臂逆變系統中另外三個橋臂的各開關管進行控制；

具體的，可以采用SPWM(正弦波脈寬調制，Sinusoidal PWM)對三電平三相四橋臂逆變系統中另外三個橋臂的各開關管進行控制。

SPWM是用脈沖寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的PWM波形，即SPWM波形，控制逆變電路中開關器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應區間內的面積相等，通過改變調制波(該SPWM波形)的頻率和幅值則可調節逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。

本實施例給出了一種直流側電壓較高時，該三電平三相四橋臂逆變系統的具體調制方式；當然，并不一定限定于此，此處僅為一種示例，在上述實施例的基礎之上采用任意合適的調制方法均可，可以視其具體的應用環境而定，均在本申請的保護范圍內。

本發明另一實施例還提供了另外一種三電平三相四橋臂逆變系統的控制方法，在圖2或者圖4的基礎之上，還包括圖5所示的：

S301、判斷直流側電壓是否下降到小于預設低限值；預設高限值大于等于預設低限值；

若直流側電壓下降到小于預設低限值，則執行步驟S302；

S302、采用PWM分別對三電平三相四橋臂逆變系統的四個橋臂的所有開關管進行控制；

具體的，可以采用SVPWM(空間矢量脈寬調制，Space Vector Pulse Width Modulation)對對三電平三相四橋臂逆變系統的四個橋臂的所有開關管進行控制。

圖1中，該三電平三相四橋臂逆變系統的直流側電壓為U_dc，根據具體的應用環境，系統預設有預設低限值U_downlimit；當直流側電壓下降到U_dc<U_downlimit時，說明此時該三電平三相四橋臂逆變系統的直流側電壓過低，在現有技術中的光儲領域，將會面臨直流側電壓利用率低的問題。

而本實施例所述的三電平三相四橋臂逆變系統的控制方法，在三電平三相四橋臂逆變系統的直流側電壓過低時，通過控制器采用SVPWM對第四橋臂的四個開關管T₄₁、T₄₂、T₄₃與T₄₄進行控制，實現這四個開關管的PWM，將三電平三相四橋臂逆變系統轉化為三相四橋臂系統。

由于SVPWM在每個小區間的多次開關切換只涉及一個器件，所以開關損耗小；并且利用電壓空間矢量直接生成三相PWM波的計算簡單；另外，逆變電路輸出線電壓基波最大值為直流側電壓，比一般的SPWM控制下的逆變電路輸出電壓高15％；因此，本實施例所述的三電平三相四橋臂逆變系統的控制方法，能夠在三電平三相四橋臂逆變系統的直流側電壓過低時，保證有較高的直流電壓利用率。

當該三電平三相四橋臂逆變系統的直流側電壓滿足U_downlimit<U_dc<U_uplimit時，系統可以維持原有的控制模式和工作模式，此處不再一一贅述。

值得說明的是，本實施例所述的三電平三相四橋臂逆變系統的控制方法，包括圖2與圖5的結合，或者圖4與圖5的結合，此處不再一一贅述；并且，圖5所示的步驟可以與圖2或圖4中的各個步驟同時進行，此處不做具體限定，均在本申請的保護范圍內。

本發明另一實施例還提供了一種三電平三相四橋臂逆變系統的控制器，參見圖6，包括：第一判斷單元201和第一控制單元202；其中：

第一判斷單元201用于判斷三電平三相四橋臂逆變系統的直流側電壓是否上升到大于預設高限值；

第一控制單元202用于若直流側電壓上升到大于預設高限值，則控制三電平三相四橋臂逆變系統中第四橋臂的中間兩個開關管常通、上下兩個開關管常斷；

其中，該上下兩個開關管分別為第四橋臂中一個輸入端與三電平三相四橋臂逆變系統的直流側正極相連的開關管(即圖1中的T₄₁)和一個輸入端與三電平三相四橋臂逆變系統的直流側負極相連的開關管(即圖1中的T₄₄)，該中間兩個開關管為第四橋臂中除該上下兩個開關管外的兩個開關管(即圖1中的T₄₂和T₄₃)。

優選的，該三電平三相四橋臂逆變系統的控制器在圖6的基礎之上，參見圖7，還包括：

第二控制單元203，用于在控制三電平三相四橋臂逆變系統中第四橋臂的中間兩個開關管常通、上下兩個開關管常斷之后，采用PWM(具體可以采用SPWM)對三電平三相四橋臂逆變系統中另外三個橋臂的各開關管進行控制。

優選的，該三電平三相四橋臂逆變系統的控制器在圖6的基礎之上，參見圖8，還包括：第二判斷單元204和第三控制器205；其中：

第二判斷單元204用于判斷直流側電壓是否下降到小于預設低限值；預設高限值大于等于預設低限值；

第三控制單元205用于若直流側電壓下降到小于預設低限值，則采用PWM(具體可以采用SVPWM)對三電平三相四橋臂逆變系統的四個橋臂的所有開關管進行控制。

圖8中所示的三電平三相四橋臂逆變系統的控制器還可以包括第二控制單元203，此處不做具體限定。

本實施例提供的三電平三相四橋臂逆變系統的控制器，通過上述原理，使得三電平三相四橋臂逆變系統轉化為三相四線制系統，能夠將系統的交流濾波器中點引回，對其輸出的共模電壓加以控制，在直流側電壓較高時抑制了系統的共模電壓，使該三電平三相四橋臂逆變系統保留了帶不平衡負載的功能，同時增強了適應性，擴大了三電平三相四橋臂逆變系統的應用范圍。并且能夠通過SVPWM控制，在三電平三相四橋臂逆變系統的直流側電壓過低時，保證有較高的直流電壓利用率。

本發明另一實施例還提供了一種三電平三相四橋臂逆變系統，參見圖1，包括：逆變電路101、交流濾波器102及控制器；其中，逆變電路101中包括四個橋臂，第一橋臂包括四個開關管T₁₁、T₁₂、T₁₃和T₁₄，第二橋臂包括四個開關管T₂₁、T₂₂、T₂₃和T₂₄，第三橋臂包括四個開關管T₃₁、T₃₂、T₃₃和T₃₄，第四橋臂包括四個開關管T₄₁、T₄₂、T₄₃和T₄₄。

該控制器用于判斷逆變電路101的直流側電壓U_dc是否上升到大于預設高限值U_uplimit；若直流側電壓U_dc上升到大于預設高限值U_uplimit，則控制逆變電路101中第四橋臂的中間兩個開關管T₄₂和T₄₃常通、上下兩個開關管T₄₁和T₄₄常斷；

其中，該上下兩個開關管分別為第四橋臂中一個輸入端與三電平三相四橋臂逆變系統的直流側正極相連的開關管(即圖1中的T₄₁)和一個輸入端與三電平三相四橋臂逆變系統的直流側負極相連的開關管(即圖1中的T₄₄)，該中間兩個開關管為第四橋臂中除該上下兩個開關管外的兩個開關管(即圖1中的T₄₂和T₄₃)。

優選的，該控制器還用于：

在控制逆變電路101中第四橋臂的中間兩個開關管T₄₂和T₄₃常通、上下兩個開關管T₄₁和T₄₄常斷之后，采用PWM(具體可以采用SPWM)對三電平三相四橋臂逆變系統中另外三個橋臂的各開關管進行控制。

優選的，該控制器還用于：

判斷直流側電壓U_dc是否下降到小于預設低限值U_downlimit；若直流側電壓U_dc下降到小于預設低限值U_downlimit，則采用PWM(具體可以采用SVPWM)對三電平三相四橋臂逆變系統的四個橋臂的所有開關管進行控制；預設高限值U_uplimit大于等于預設低限值U_downlimit。

優選的，逆變電路101的直流側通過母線電容與光伏電池板或者儲能裝置相連。

本實施例所述的三電平三相四橋臂逆變系統可以通過光伏電池板或者儲能裝置為負載供電，此處不做具體限定，均在本申請的保護范圍內。

優選的，逆變電路101的四個橋臂內的開關管可以為多個開關管串并聯后的組合體，此處不做具體限定，均在本申請的保護范圍內。

值得說明的是，本實施例所述的三電平三相四橋臂逆變系統，并不一定限定于圖1所示的具體實現形式，比如其中的交流濾波器102可以是LC濾波器，也可以是LC、LCL、LCLL等其他形式的濾波器，其三電平拓撲架構也不限于圖1所示的一字型，也可以是T字型等，此處不再一一贅述，均在本申請的保護范圍內。

具體的工作原理與上述實施例相同，此處不再一一贅述。

本發明中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。