一种可变电平变换器及其控制方法

本技术涉及电力电子多电平变换器拓扑结构领域，尤其涉及一种可变电平变换器及其控制方法。

背景技术：

1、在光伏、储能等领域，为了提高效率、降低成本，单机容量逐渐增大，电压等级也越来越高。目前在光伏、储能等领域光伏组串和电池簇广泛使用1500v直流电压，对应的并网逆变器通常采用三电平拓扑：包括二极管箝位三电平、有源中点箝位三电平等拓扑结构，一般采用1200v的功率器件。但当光伏组串或电池簇电压等级提高到2000v之后，依然采用传统三电平拓扑的话，必须采用1700v的开关器件，然而1700v的功率器件开关速度慢、开关损耗大、成本高，会严重影响系统效率和成本。另一方面，光伏组串、电池簇的直流输出电压会随着光照条件、温度、电池soc的不同在较大范围内变化，传统多电平变换器的输出电平数以及每个电平的电压保持不变，难以实现在全电压范围内的效率优化。因此有必要针对更高电压等级的光伏、储能并网逆变器的拓扑结构进行优化设计。

技术实现思路

1、本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本技术的第一个目的在于提出一种可变电平变换器的控制方法。

3、本技术的第二个目的在于提出一种可变电平变换器的控制装置。

4、为达上述目的，本技术第一方面实施例提出了一种可变电平变换器的控制方法，所述方法应用于可变电平变换器，所述可变电平变换器由三个直流母线电容和三相可变电平桥臂组成，各直流母线电容依次串联，每相可变电平桥臂包括六个开关器件和一个旁路开关，所述方法包括：

5、根据直流母线总电压与直流母线电容的额定电压的比较结果，确定所述旁路开关的状态；

6、响应于所述旁路开关断开，确定所述可变电平变换器工作在四电平模式，采用载波交叠pwm调制策略控制三个直流母线电容的电压，当直流母线总电压降低时仅减小第二直流母线电容的电压，并控制第一、第三直流母线电容的电压保持额定值不变，当第二直流母线电容的电压接近0时，闭合所述旁路开关；

7、响应于所述旁路开关闭合，确定所述可变电平变换器工作在三电平模式，采用混合调制策略控制高压开关器件在基波频率。

8、可选的，三个直流母线电容cd1、cd2和cd3依次串联，每相可变电平桥臂包括开关器件s1、开关器件s2、开关器件s3、开关器件s1'、开关器件s2'、开关器件s3'，共引出四个直流输入端口x1、x2、x3、x4和一个交流输出端口x5，其中，

9、所述开关器件s1的发射极和所述开关器件s1'的集电极相连；

10、所述开关器件s3的发射极和所述开关器件s3'的集电极相连；

11、所述开关器件s2的集电极和所述开关器件s1的发射极相连；

12、所述开关器件s2'的发射极和所述开关器件s3'的集电极相连；

13、所述开关器件s2的发射极和所述开关器件s2'的集电极相连，并作为所述可变电平桥臂的交流输出端x5；

14、所述开关器件s1的集电极与所述直流输入端口x1相连；

15、所述开关器件s1'的发射极与所述直流输入端口x2相连；

16、所述开关器件s3的集电极与所述直流输入端口x3相连；

17、所述开关器件s3'的发射极与所述直流输入端口x4相连；

18、所述旁路开关k并联在所述直流输入端口x2和x3之间；

19、所有相的可变电平桥臂的直流输入端口x1并联在一起，并连接到第一直流母线电容cd1的正极；

20、所有相的可变电平桥臂的直流输入端口x2并联在一起，并连接到第一直流母线电容cd1的负极与第二直流母线电容cd2的正极；

21、所有相的可变电平桥臂的直流输入端口x3并联在一起，并连接到第二直流母线电容cd2的负极与第三直流母线电容cd3的正极；

22、所有相的可变电平桥臂的直流输入端口x4并联在一起，并连接到第三直流母线电容cd3的负极。

23、可选的，所述可变电平变换器工作在四电平模式时，具有四种开关状态能够输出四种不同的电平，包括：

24、当开关器件s1、s2、s3导通，其余开关器件关断时，所述可变电平变换器的输出电压为：

25、uo＝udc＝ud1+ud2+ud3

26、其中，uo表示所述可变电平变换器以直流母线负极为参考地电位的输出电压，udc表示直流母线总电压，ud1表示第一直流母线电容cd1的电压，ud2表示第二直流母线电容cd2的电压，ud3表示第三直流母线电容cd3的电压；

27、当开关器件s1'、s2、s3导通，其余开关器件关断时，所述可变电平变换器的输出电压为：

28、uo＝ud2+ud3

29、当开关器件s1'、s2'、s3导通，其余开关器件关断时，所述可变电平变换器的输出电压为：

30、uo＝ud3

31、当开关器件s1'、s2'、s3'导通，其余开关器件关断时，所述可变电平变换器的输出电压为：

32、uo＝0

33、可选的，所述可变电平变换器工作在三电平模式时，具有四种开关状态能够输出三种不同的电平，包括：

34、当开关器件s1、s2、s3导通，其余开关器件关断时，所述可变电平变换器的输出电压为:

35、uo＝udc＝ud1+ud3

36、当开关器件s1'、s2、s3'导通，其余开关器件关断时，所述可变电平变换器的输出电压为:

37、uo＝ud3

38、当开关器件s1、s2'、s3导通，其余开关器件关断时，所述可变电平变换器的输出电压为:

39、uo＝ud3

40、当开关器件s1'、s2'、s3'导通，其余开关器件关断时，所述可变电平变换器的输出电压为:

41、uo＝0

42、可选的，所述根据直流母线总电压与第一直流母线电容的额定电压的比较结果，确定所述旁路开关的状态，包括：

43、若udc>2e，所述旁路开关k断开，所述可变电平变换器工作在四电平模式，e表示第一直流母线电容cd1或第三直流母线电容cd3的额定电压；

44、若udc≤2e，所述旁路开关k闭合，所述可变电平变换器工作在三电平模式。

45、可选的，还包括：

46、根据直流母线电压等级的不同，选择不同种类相应电压等级的开关器件；

47、根据电压和电流等级的不同，选择不同种类相应电压和电流等级的旁路开关。

48、为达上述目的，本技术第二方面实施例提出了一种可变电平变换器的控制装置，所述装置应用于可变电平变换器，所述可变电平变换器由三个直流母线电容和三相可变电平桥臂组成，各直流母线电容依次串联，每相可变电平桥臂包括六个开关器件和一个旁路开关，所述装置包括：

49、旁路开关状态确定模块，用于根据直流母线总电压与第一直流母线电容的额定电压的比较结果，确定所述旁路开关的状态；

50、四电平模式工作模块，响应于所述旁路开关断开，用于确定所述可变电平变换器工作在四电平模式，采用载波交叠pwm调制策略控制三个直流母线电容的电压，当直流母线总电压降低时仅减小第二直流母线电容的电压，并控制第一、第三直流母线电容的电压保持额定值不变，当第二直流母线电容的电压接近0时，闭合所述旁路开关；

51、三电平模式工作模块，响应于所述旁路开关闭合，用于确定所述可变电平变换器工作在三电平模式，采用混合调制策略控制高压开关器件在基波频率。

52、本技术的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：

53、提出了一种新型的可变电平变换器，可变电平变换器由三个直流母线电容和三相可变电平桥臂组成，各直流母线电容依次串联，每相可变电平桥臂包括六个开关器件和一个旁路开关，一方面通过混合使用不同电压等级的开关器件，可减少器件数量，降低成本；另一方面可随着直流母线电压的变化改变输出电平的电压，通过降低高压器件的工作电压降低开关损耗，并当直流母线电压降到一定程度后可直接从四电平切换到三电平工作模式，此时高压器件直接工作在基波频率，大幅提高系统效率，本技术具有开关器件少、系统效率高等优点，适用于光伏、储能并网逆变器等场合。

54、本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。