一种T型交-直-交九电平变换器的电压平衡策略

一种t型交
‑
直
‑
交九电平变换器的电压平衡策略
技术领域
1.本发明属于电力电子变换器领域，尤其是涉及一种t型交
‑
直
‑
交九电平变换器的电压平衡策略。


背景技术：

2.单相交
‑
直
‑
交变换器已在许多应用中使用，在一些频率恒定的场合如不间断电源，统一电能质量调节器，交流调压器中，(high
‑
performance online ups using three
‑
leg
‑
type converter[j].ieee transactions on industrial electronics,2005,52(3):889
‑
897.)公开了一种桥臂共用的三桥臂拓扑，相比于传统的双h桥拓扑不仅节省了成本，损耗也更低。在传统的两平或三电平交直交变换器中，输出电压和网侧电流包含的谐波分量较多，网侧电流和电网电压存在相位差，难以实现网侧单位功率因数运行。与传统的npc型三电平结构相比，t型三电平每个桥臂减少两个钳位二极管，多数电平状态下电流流经桥臂的开关管数量为1个，因此具有更低的导通损耗。然而对开关管耐压能力的提高，使其具有更高的开关损耗，因此t型三电平只适用于中低压场合(design and implementation ofa highly efficient three
‑
level t
‑
type converter for low
‑
voltage applications[j].ieee transactions on power electronics,2013,28(2):899
‑
907.)。


技术实现要素：

[0003]
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于将t型三电平和模块化级联技术应用到恒定频率的三桥臂交直交拓扑中，从而在很大程度上减少网侧电流和输出电压的波形失真度，克服中高压大功率应用领域中t型三电平结构对开关管的耐压限制，并且降低了成本缩小了体积，功率密度得到显著提高。
[0004]
提供了一种t型交
‑
直
‑
交九电平变换器的电压平衡策略，使其具有网侧单位功率因数运行，同时输出稳定、可调、高正弦度的交流电压。
[0005]
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0006]
一种t型交
‑
直
‑
交九电平变换器，其特征在于，包括电网电压源e
g
，滤波电感l
s
，t型变换器a，t型变换器b，滤波电感l
f
，滤波电容c
l
和负载电阻r；
[0007]
所述电网电压源的正极与滤波电感l
s
的一端连接，所述滤波电感l
s
的另一端与t型变换器a的整流端口连接，所述t型变换器a的逆变端口与滤波电感l
f
的一端连接，所述滤波电感l
f
的另一端与负载电阻r的一端连接，所述负载电阻r的另一端与t型变换器b的逆变端口连接，所述滤波电容c
l
与负载电阻r并联，所述t型变换器b的整流端口与电网电压源的负极连接，所述t型变换器a的公共桥臂与t型变换器a的公共桥臂中点连接。
[0008]
优选地，所述t型变换器a与t型变换器b结构完全相同，所述t型变换器a包括开关管s
a1
～s
a8
，开关管s
1a
，开关管s
2a
，电容c
a1
和电容c
a2
；
[0009]
所述开关管s
a1
的源极分别和开关管s
a2
的漏极、开关管s
a3
的漏极连接，所述开关管s
a1
的漏极分别和开电容c
a1
的正极、开关管s
1a
的漏极，开关管s
a5
的漏极连接，所述开关管s
a2
的源极和开关s
a4
的漏极连接，所述开关管s
a4
的源极分别和和电容c
a1
的负极、电容c
a2
的负极、开关管s
a8
的的漏极连接，所述开关管s
a3
的源极分别和电容c
a2
的负极、开关管s
2a
的源极、开关管s
a7
的源极连接，所述开关管s
1a
的源极和开关管s
2a
的漏极连接，所述开关管s
a5
的源极分别和开关管s
a7
的漏极、开关管s
a6
的漏极连接，所述开关管s
a6
的源极和开关管s
a8
的源极连接，所述t型变换器a的开关管s
1a
的源极和开关管s
2a
的漏极连接点与t型变换器b的开关管s
1a
的源极和开关管s
2a
的漏极连接点连接。
[0010]
优选地所述t型变换器a的开关管s
a1
的源极和开关管s
a2
的漏极、开关管s
a3
的漏极连接点作为t型变换器a的整流端口，所述t型变换器a的开关管s
1a
的源极和开关管s
2a
的漏极连接点作为t型变换器a的公共桥臂中点。
[0011]
本发明还提供了一种如权利要求1所述的一种t型交
‑
直
‑
交九电平变换器的电压平衡策略，具体步骤为：
[0012]
检测电网电压源e
g
的电压v
g
，检测电网电流i
g
，检测t型变换器a和t型变换器b的电容c
a1
、c
a2
、c
b1
和c
b2
的电压v
ca1
、v
ca2
、v
cb1
和v
cb2
求和，将电压v
ca1
、v
ca2
、v
cb1
和v
cb2
求平均值为直流电压平均值v
avg
,将直流电压平均值v
avg
与直流电压平均值的参考值v
avg*
求差，其差值经过pi算法得到电网电流的参考值i
g*
,将电网电流参考值i
g*
与实际值i
g
求差，其差值经过pi算法得到整流侧调制信号v
in*
，将整流侧调制信号v
in*
经过pwm调制后得t型变换器a和t型变换器b整流电路开关管的脉冲信号。检测电阻r的电压v
o
，将电阻r电压的指令值v
o*
与实际值v
o
求差，其差值经过pi算法得到逆变侧调制信号v
l*
的幅值v
l*
,用锁相环检测整流侧调制信号v
in*
的相位，将整流侧调制信号v
in*
的相位经过正弦化后与逆变侧调制信号的幅值v
l*
相乘的逆变侧的调制信号v
l*
，将逆变侧调制信号v
l*
经过pwm调制后得t型变换器a和t型变换器b逆变电路开关管的脉冲信号。取t型变换器a中开关管s
a1
，s
a2
，s
a3
，s
a4
，s
1a
，s
2a
包含的电路部分为t型变换器a的整流电路，取t型变换器b中开关管s
b1
，s
b2
，s
b3
，s
b4
，s
1b
，s
2b
包含的电路部分为t型变换器b的整流电路，取t型变换器a中开关管s
a5
，s
a6
，s
a7
，s
a8
，包含的电路部分为t型变换器a的逆变电路，取t型变换器b中开关管s
b5
，s
b6
，s
b7
，s
b8
包含的电路部分为t型变换器b的逆变电路；
[0013]
对t型变换器a的整流电路进行开关状态划分，分别为：a1：s
a1
导通，s
a2
关断，s
a3
关断，s
a4
关断，s
1a
关断，s
2a
导通；b1：s
a1
关断，s
a2
导通，s
a3
关断，s
a4
导通，s
1a
关断，s
2a
导通；c1：s
a1
关断，s
a2
关断，s
a3
导通，s
a4
关断，s
1a
关断，s
2a
导通；d1：s
a1
关断，s
a2
关断，s
a3
导通，s
a4
关断，s
1a
导通，s
2a
关断；e1：s
a1
关断，s
a2
导通，s
a3
关断，s
a4
导通，s
1a
导通，s
2a
关断；f1：s
a1
导通，s
a2
关断，s
a3
关断，s
a4
关断，s
1a
导通，s
2a
关断；
[0014]
对t型变换器b的整流电路进行开关状态划分，分别为：a2：s
b1
导通，s
b2
关断，s
b3
关断，s
b4
关断，s
1b
关断，s
2b
导通；b2：s
b1
关断，s
b2
导通，s
b3
关断，s
b4
导通，s
1b
关断，s
2b
导通；c2：s
b1
关断，s
b2
关断，s
b3
导通，s
b4
关断，s
1b
关断，s
2b
导通；d2：s
b1
关断，s
b2
关断，s
b3
导通，s
b4
关断，s
1b
导通，s
2b
关断；e2：s
b1
关断，s
b2
导通，s
b3
关断，s
b4
导通，s
1b
导通，s
2b
关断；f2：s
b1
导通，s
b2
关断，s
b3
关断，s
b4
关断，s
1b
导通，s
2b
关断；
[0015]
对t型变换器a的逆变电路进行开关状态划分，分别为：a3：s
a5
导通，s
a6
关断，s
a7
关断，s
a8
关断；b3：s
a5
关断，s
a6
导通，s
a7
关断，s
a8
导通；c3：s
a5
关断，s
a6
关断，s
a7
导通，s
a8
关断；
[0016]
对t型变换器b的逆变电路进行开关状态划分，分别为：a4：s
b5
导通，s
b6
关断，s
b7
关断，s
b8
关断；b4：s
b5
关断，s
b6
导通，s
b7
关断，s
b8
导通；c4：s
b5
关断，s
b6
关断，s
b7
导通，s
b8
关断.
[0017]
令t型变换器a的电容电压和为v
ca
＝v
ca1
+v
ca2
,t型变换器b的电容电压和为v
cb
＝v
cb1
+v
cb2
；当i
g*
>0时：
[0018]
当3<v
in*
<4时,对t型变换器a的整流电路选择a1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择d2开关状态；
[0019]
当2<v
in*
<3时,若v
ca1
>v
ca2
，v
cb1
>v
cb2
，对t型变换器a的整流电路选择b1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择d2开关状态；在v
ca1
>v
ca2
，v
cb1
<v
cb2
情况下，如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的整流电路选择b1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择d2开关状态；如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的整流电路选择a1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择e2开关状态；在v
ca1
<v
ca2
，v
cb1
>v
cb2
情况下，如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的整流电路选择b1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择d2开关状态；如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的整流电路选择a1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择e2开关状态；在v
ca1
<v
ca2
，v
cb1
<v
cb2
情况下，对t型变换器a的整流电路选择a1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择e2开关状态；
[0020]
当1<v
in*
<2时,如果v
ca1
>v
ca2
，v
cb1
<v
cb2
，对t型变换器a的整流电路选b1开关状态，对t型变换器b的整流电路选e2开关状态；其余情况这根据模块间的不均衡关系来选择开关状态，当v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的整流电路选c1开关状态,对t型变换器b的整流电路选d2开关状态；当v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的整流电路选a1开关状态,对t型变换器的整流电路b选f2开关状态；
[0021]
当0<v
in*
<1时，如果v
ca1
>v
ca2
,v
cb1
>v
cb2
，对t型变换器a的整流电路选b1开关状态，对t型变换器b的整流电路选f2开关状态；在v
ca1
>v
ca2
，v
cb1
<v
cb2
情况下,如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的整流电路选c1开关状态，对t型变换器b的整流电路选e2开关状态，如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的整流电路选b1开关状态，对t型变换器b的整流电路选f2开关状态；如果v
ca1
<v
ca2
，v
cb1
>v
cb2
,当|v
ca1
‑
v
ca2
|>|v
ca1
‑
v
ca2
|时，对t型变换器a的整流电路选用b1开关状态，对t型变换器b的整流电路选f2开关状态；当|v
ca1
‑
v
ca2
|<|v
ca1
‑
v
ca2
|时，对t型变换器a的整流电路选用c1开关状态，对t型变换器b的整流电路选e2开关状态；如果v
ca1
<v
ca2
，v
cb1
<v
cb2
,对t型变换器a的整流电路选用c1开关状态，对t型变换器b的整流电路选e2开关状态；
[0022]
当v
in*
＝0时，对t型变换器a的整流电路选用c1开关状态，对t型变换器b的整流电路选f2开关状态；
[0023]
当3<v
l*
<4时,对t型变换器a的逆变电路选择c3开关状态，对t型变换器b的逆变电路选择c4开关状态；
[0024]
当2<v
l*
<3时,如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选择a3开关状态，对t型变换器b的逆变电路选择b4开关状态；如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选择b3开关状态，对t型变换器b的逆变电路选择a4开关状态；
[0025]
当1<v
l*
<2时,如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选a3开关状态,对t型变换器b的逆变电路选c3开关状态；如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选c3开关状态,对t型变换器的逆变电路b选a4开关状态；
[0026]
当0<v
l*
<1时，如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选b3开关状态，对t型变换器b的逆变电路选c4开关状态，如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选c3开关状态，对t型变换器b的逆变电路选b4开关状态；
[0027]
当v
l*
＝0时，对t型变换器a的逆变电路选用c3开关状态，对t型变换器b的整流电路
选c4开关状态；
[0028]
当i
g*
<0时：
[0029]
当
‑
4<v
in*
<
‑
3时,对t型变换器a的整流电路选择d1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择a2开关状态；
[0030]
当
‑
3<vin*<
‑
2时,如果v
ca1
>v
ca2
，v
cb1
>v
cb2
，对t型变换器a的整流电路选择d1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择b2开关状态；在v
ca1
>v
ca2
，v
cb1
<v
cb2
情况下，如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的整流电路选择e1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择a2开关状态，如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的整流电路选择d1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择b2开关状态；在v
ca1
<v
ca2
，v
cb1
>v
cb2
情况下，如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的整流电路选择d1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择b2开关状态,如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的整流电路选择e1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择a2开关状态；在v
ca1
<v
ca2
，v
cb1
<v
cb2
情况下，对t型变换器a的整流电路选择e1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择a2开关状态；
[0031]
当
‑
2<v
in*
<
‑
1时,如果v
ca1
<v
ca2
，v
cb1
>v
cb2
，对t型变换器a的整流电路选e1开关状态，对t型变换器b的整流电路选b2开关状态；其余情况这根据模块间的不均衡关系来选择开关状态，如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的整流电路选f1,对t型变换器b整流电路选a2开关状态；如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的整流电路选d1开关状态,对t型变换器b的整流电路选c2开关状态；
[0032]
当
‑
1<v
in*
<0时,如果v
ca1
>v
ca2
,v
cb1
>v
cb2
，t型变换器a的整流电路选f1开关状态，t型变换器b的整流电路选b2开关状态；如果v
ca1
>v
ca2
，v
cb1
<v
cb2
,当|v
ca1
‑
v
ca2
|>|v
ca1
‑
v
ca2
|时，t型变换器a的整流电路选用f1开关状态，t型变换器b的整流电路b2开关状态；当|v
ca1
‑
v
ca2
|<|v
ca1
‑
v
ca2
|，t型变换器a的整流电路选用e1开关状态，t型变换器b的整流电路选c2开关状态；如果v
ca1
<v
ca2
，v
cb1
>v
cb2
,当v
ca
>v
cb
，t型变换器a的整流电路选用f1开关状态，t型变换器b的整流电路选b2开关状态；当v
ca
<v
cb
，t型变换器a的整流电路选用e1开关状态，t型变换器b的整流电路选c2开关状态；如果v
ca1
<v
ca2
，v
cb1
<v
cb2
,t型变换器a的整流电路选用e1开关状态，t型变换器b的整流电路选c2开关状态；
[0033]
当v
in*
＝0时,如果v
ca1
>v
ca2
,v
cb1
>v
cb2
，t型变换器a的整流电路选c1开关状态，t型变换器b的整流电路选f2开关状态；
[0034]
当
‑
4<v
l*
<
‑
3时,对t型变换器a的逆变电路选择a3开关状态，对t型变换器b的逆变电路选择a4开关状态；
[0035]
当
‑
3<v
l*
<
‑
2时,如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选择c3开关状态，对t型变换器b的逆变电路选择b4开关状态；如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选择b3开关状态，对t型变换器b的逆变电路选择c4开关状态；
[0036]
当1<v
l*
<2时,如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选a3开关状态,对t型变换器b的逆变电路选c4开关状态；当v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选c3开关状态,对t型变换器的逆变电路b选a4开关状态；
[0037]
当0<vl*<1时，如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选b3开关状态，对t型变换器b的逆变电路选a4开关状态，如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选a3开关状态，对t型变换器b的逆变电路选b4开关状态；
[0038]
当v
l*
＝0时，对t型变换器a的逆变电路选用a3开关状态，对t型变换器b的整流电路
选a4开关状态。
[0039]
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0040]
1.能为各类交流负载提供高品质电压源。
[0041]
2.能实现高电平的输出，并且通过级联进一步减小了开关管的应力。
[0042]
3.能实现各直流侧电容电压的均衡，同时实现电网电压的单位功率因数运行。
[0043]
4.无需工频变压器即可接入中压配电网、使用较小的滤波电感就能保证并网电流的质量。
附图说明
[0044]
图1是一种t型交
‑
直
‑
交九电平变换器拓扑结构。
[0045]
图2是t型变换器a和t型变换器b的整流电路。
[0046]
图3是t型变换器a和t型变换器b的逆变电路。
[0047]
图4是一种t型交
‑
直
‑
交九电平变换器拓扑结构的控制方法。
[0048]
图5是t型变换器a的整流电路的开关状态。
[0049]
图6是t型变换器b的整流电路的开关状态。
[0050]
图7是t型变换器a的逆变电路的开关状态。
[0051]
图8是t型变换器b的逆变电路的开关状态。
[0052]
图9是电容ca1，ca2，cb1，cb2的电压示意图。
[0053]
图10是电网电网电压v
g
和电网电流i
g
示意图。
[0054]
图11是t型交
‑
直
‑
交九电平变换器整流侧和逆变侧的输出电压示意图。
[0055]
图12是逆变侧负载电阻r上的的电压示意图。
具体实施方式
[0056]
下面结合附图对本发明的技术方法作进一步详细说明：
[0057]
为了更加清楚地描述本发明的思想，技术方案和优点，具体实施方式通过实施例和附图来表明。显然地，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在未付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0058]
如图1所示，一种t型交
‑
直
‑
交九电平变换器，包括电网电压源e
g
，滤波电感l
s
，t型变换器a，t型变换器b，滤波电感l
f
，滤波电容c
l
和负载电阻r；
[0059]
所述电网电压源的正极与滤波电感l
s
的一端连接，所述滤波电感l
s
的另一端与t型变换器a的整流端口连接，所述t型变换器a的逆变端口与滤波电感l
f
的一端连接，所述滤波电感l
f
的另一端与负载电阻r的一端连接，所述负载电阻r的另一端与t型变换器b的逆变端口连接，所述滤波电容c
l
与负载电阻r并联，所述t型变换器b的整流端口与电网电压源的负极连接，所述t型变换器a的公共桥臂与t型变换器a的公共桥臂中点连接。
[0060]
如图1所示，所述t型变换器a与t型变换器b结构完全相同，所述t型变换器a包括开关管s
a1
～s
a8
，开关管s
1a
，开关管s
2a
，电容c
a1
和电容c
a2
；
[0061]
所述开关管s
a1
的源极分别和开关管s
a2
的漏极、开关管s
a3
的漏极连接，所述开关管s
a1
的漏极分别和电容c
a1
的正极、开关管s
1a
的漏极，开关管s
a5
的漏极连接，所述开关管s
a2
的
源极和开关管s
a4
的漏极连接，所述开关管s
a4
的源极分别和电容c
a1
的负极、电容c
a2
的负极、开关管s
a8
的的漏极连接，所述开关管s
a3
的源极分别和电容c
a2
的负极、开关管s
2a
的源极、开关管s
a7
的源极连接，所述开关管s
1a
的源极和开关管s
2a
的漏极连接，所述开关管s
a5
的源极分别和开关管s
a7
的漏极、开关管s
a6
的漏极连接，所述开关管s
a6
的源极和开关管s
a8
的源极连接，所述t型变换器a的开关管s
1a
的源极和开关管s
2a
的漏极连接点与t型变换器b的开关管s
1a
的源极和开关管s
2a
的漏极连接点连接。
[0062]
如图1所示，所述t型变换器a、的开关管s
a1
的源极和开关管s
a2
的漏极、开关管s
a3
的漏极连接点作为t型变换器a的整流端口，所述t型变换器a的开关管s
1a
的源极和开关管s
2a
的漏极连接点作为t型变换器a的公共桥臂中点。
[0063]
如图2(a)所示，取t型变换器a中开关管s
a1
，s
a2
，s
a3
，s
a4
，s
1a
，s
2a
包含的电路部分为t型变换器a的整流电路，如图2(b)所示，取t型变换器b中开关管s
b1
，s
b2
，s
b3
，s
b4
，s
1b
，s
2b
包含的电路部分为t型变换器b的整流电路，如图3(a)所示，取t型变换器a中开关管s
a5
，s
a6
，s
a7
，s
a8
包含的电路部分为t型变换器a的逆变电路，如图3(b)所示，取t型变换器b中开关管s
b5
，s
b6
，s
b7
，s
b8
包含的电路部分为t型变换器b的逆变电路；
[0064]
本发明实现t型交
‑
直
‑
交九电平变换器的直流侧电压平衡策略为：
[0065]
如图4所示，检测电网电压源e
g
的电压v
g
，检测电网电流i
g
，检测t型变换器a和t型变换器b的电容c
a1
、c
a2
、c
b1
和c
b2
的电压v
ca1
、v
ca2
、v
cb1
和v
cb2
求和，将电压v
ca1
、v
ca2
、v
cb1
和v
cb2
求平均值为直流电压平均值v
avg
,将直流电压平均值v
avg
与直流电压平均值的参考值v
avg*
求差，其差值经过pi算法得到电网电流的参考值i
g*
,将电网电流参考值i
g*
与实际值i
g
求差，其差值经过pi算法得到整流侧调制信号v
in*
，将整流侧调制信号v
in*
经过pwm调制后得t型变换器a和t型变换器b整流电路开关管的脉冲信号。检测电阻r的电压v
o
，将电阻r电压的指令值v
o*
与实际值v
o
求差，其差值经过pi算法得到逆变侧调制信号v
l*
的幅值v
l*
,用锁相环检测整流侧调制信号v
in*
的相位，将整流侧调制信号v
in*
的相位经过正弦化后与逆变侧调制信号的幅值v
l*
相乘的逆变侧的调制信号v
l*
，将逆变侧调制信号v
l*
经过pwm调制后得t型变换器a和t型变换器b逆变电路开关管的脉冲信号。
[0066]
如图5所示，对t型变换器a的整流电路进行开关状态划分，分别为：a1：s
a1
导通，s
a2
关断，s
a3
关断，s
a4
关断，s
1a
关断，s
2a
导通；b1：s
a1
关断，s
a2
导通，s
a3
关断，s
a4
导通，s
1a
关断，s
2a
导通；c1：s
a1
关断，s
a2
关断，s
a3
导通，s
a4
关断，s
1a
关断，s
2a
导通；d1：s
a1
关断，s
a2
关断，s
a3
导通，s
a4
关断，s
1a
导通，s
2a
关断；e1：s
a1
关断，s
a2
导通，s
a3
关断，s
a4
导通，s
1a
导通，s
2a
关断；f1：s
a1
导通，s
a2
关断，s
a3
关断，s
a4
关断，s
1a
导通，s
2a
关断；
[0067]
如图6所示，对t型变换器b的整流电路进行开关状态划分，分别为：a2：s
b1
导通，s
b2
关断，s
b3
关断，s
b4
关断，s
1b
关断，s
2b
导通；b2：s
b1
关断，s
b2
导通，s
b3
关断，s
b4
导通，s
1b
关断，s
2b
导通；c2：s
b1
关断，s
b2
关断，s
b3
导通，s
b4
关断，s
1b
关断，s
2b
导通；d2：s
b1
关断，s
b2
关断，s
b3
导通，s
b4
关断，s
1b
导通，s
2b
关断；e2：s
b1
关断，s
b2
导通，s
b3
关断，s
b4
导通，s
1b
导通，s
2b
关断；f2：s
b1
导通，s
b2
关断，s
b3
关断，s
b4
关断，s
1b
导通，s
2b
关断；
[0068]
如图7所示，对t型变换器a的逆变电路进行开关状态划分，分别为：a3：s
a5
导通，s
a6
关断，s
a7
关断，s
a8
关断；b3：s
a5
关断，s
a6
导通，s
a7
关断，s
a8
导通；c3：s
a5
关断，s
a6
关断，s
a7
导通，s
a8
关断；
[0069]
如图8所示，对t型变换器b的逆变电路进行开关状态划分，分别为：a4：s
b5
导通，s
b6
关断，s
b7
关断，s
b8
关断；b4：s
b5
关断，s
b6
导通，s
b7
关断，s
b8
导通；c4：s
b5
关断，s
b6
关断，s
b7
导通，s
b8
关断。
[0070]
令t型变换器a的电容电压和为v
ca
＝v
ca1
+v
ca2
,t型变换器b的电容电压和为v
cb
＝v
cb1
+v
cb2
；当i
g*
>0时：
[0071]
当3<v
in*
<4时,对t型变换器a的整流电路选择a1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择d2开关状态；
[0072]
当2<v
in*
<3时,若v
ca1
>v
ca2
，v
cb1
>v
cb2
，对t型变换器a的整流电路选择b1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择d2开关状态；在v
ca1
>v
ca2
，v
cb1
<v
cb2
情况下，如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的整流电路选择b1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择d2开关状态；如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的整流电路选择a1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择e2开关状态；在v
ca1
<v
ca2
，v
cb1
>v
cb2
情况下，如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的整流电路选择b1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择d2开关状态；如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的整流电路选择a1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择e2开关状态；在v
ca1
<v
ca2
，v
cb1
<v
cb2
情况下，对t型变换器a的整流电路选择a1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择e2开关状态；
[0073]
当1<v
in*
<2时,如果v
ca1
>v
ca2
，v
cb1
<v
cb2
，对t型变换器a的整流电路选b1开关状态，对t型变换器b的整流电路选e2开关状态；其余情况这根据模块间的不均衡关系来选择开关状态，当v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的整流电路选c1开关状态,对t型变换器b的整流电路选d2开关状态；当v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的整流电路选a1开关状态,对t型变换器的整流电路b选f2开关状态；
[0074]
当0<v
in*
<1时，如果v
ca1
>v
ca2
,v
cb1
>v
cb2
，对t型变换器a的整流电路选b1开关状态，对t型变换器b的整流电路选f2开关状态；在v
ca1
>v
ca2
，v
cb1
<v
cb2
情况下,如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的整流电路选c1开关状态，对t型变换器b的整流电路选e2开关状态，如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的整流电路选b1开关状态，对t型变换器b的整流电路选f2开关状态；如果v
ca1
<v
ca2
，v
cb1
>v
cb2
,当|v
ca1
‑
v
ca2
|>|v
ca1
‑
v
ca2
|时，对t型变换器a的整流电路选用b1开关状态，对t型变换器b的整流电路选f2开关状态；当|v
ca1
‑
v
ca2
|<|v
ca1
‑
v
ca2
|时，对t型变换器a的整流电路选用c1开关状态，对t型变换器b的整流电路选e2开关状态；如果v
ca1
<v
ca2
，v
cb1
<v
cb2
,对t型变换器a的整流电路选用c1开关状态，对t型变换器b的整流电路选e2开关状态；
[0075]
当v
in*
＝0时，对t型变换器a的整流电路选用c1开关状态，对t型变换器b的整流电路选f2开关状态；
[0076]
当3<v
l*
<4时,对t型变换器a的逆变电路选择c3开关状态，对t型变换器b的逆变电路选择c4开关状态；
[0077]
当2<v
l*
<3时,如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选择a3开关状态，对t型变换器b的逆变电路选择b4开关状态；如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选择b3开关状态，对t型变换器b的逆变电路选择a4开关状态；
[0078]
当1<v
l*
<2时,如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选a3开关状态,对t型变换器b的逆变电路选c3开关状态；如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选c3开关状态,对t型变换器的逆变电路b选a4开关状态；
[0079]
当0<v
l*
<1时，如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选b3开关状态，对t型变换器b的逆变电路选c4开关状态，如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选c3开关状态，对t型变
换器b的逆变电路选b4开关状态；
[0080]
当v
l*
＝0时，对t型变换器a的逆变电路选用c3开关状态，对t型变换器b的整流电路选c4开关状态；
[0081]
当i
g*
<0时：
[0082]
当
‑
4<v
in*
<
‑
3时,对t型变换器a的整流电路选择d1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择a2开关状态；
[0083]
当
‑
3<vin*<
‑
2时,如果v
ca1
>v
ca2
，v
cb1
>v
cb2
，对t型变换器a的整流电路选择d1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择b2开关状态；在v
ca1
>v
ca2
，v
cb1
<v
cb2
情况下，如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的整流电路选择e1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择a2开关状态，如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的整流电路选择d1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择b2开关状态；在v
ca1
<v
ca2
，v
cb1
>v
cb2
情况下，如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的整流电路选择d1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择b2开关状态,如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的整流电路选择e1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择a2开关状态；在v
ca1
<v
ca2
，v
cb1
<v
cb2
情况下，对t型变换器a的整流电路选择e1开关状态，对t型变换器b的整流电路选择a2开关状态；
[0084]
当
‑
2<v
in*
<
‑
1时,如果v
ca1
<v
ca2
，v
cb1
>v
cb2
，对t型变换器a的整流电路选e1开关状态，对t型变换器b的整流电路选b2开关状态；其余情况这根据模块间的不均衡关系来选择开关状态，如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的整流电路选f1,对t型变换器b整流电路选a2开关状态；如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的整流电路选d1开关状态,对t型变换器b的整流电路选c2开关状态；
[0085]
当
‑
1<v
in*
<0时,如果v
ca1
>v
ca2
,v
cb1
>v
cb2
，t型变换器a的整流电路选f1开关状态，t型变换器b的整流电路选b2开关状态；如果v
ca1
>v
ca2
，v
cb1
<v
cb2
,当|v
ca1
‑
v
ca2
|>|v
ca1
‑
v
ca2
|时，t型变换器a的整流电路选用f1开关状态，t型变换器b的整流电路b2开关状态；当|v
ca1
‑
v
ca2
|<|v
ca1
‑
v
ca2
|，t型变换器a的整流电路选用e1开关状态，t型变换器b的整流电路选c2开关状态；如果v
ca1
<v
ca2
，v
cb1
>v
cb2
,当v
ca
>v
cb
，t型变换器a的整流电路选用f1开关状态，t型变换器b的整流电路选b2开关状态；当v
ca
<v
cb
，t型变换器a的整流电路选用e1开关状态，t型变换器b的整流电路选c2开关状态；如果v
ca1
<v
ca2
，v
cb1
<v
cb2
,t型变换器a的整流电路选用e1开关状态，t型变换器b的整流电路选c2开关状态；
[0086]
当v
in*
＝0时,如果v
ca1
>v
ca2
,v
cb1
>v
cb2
，t型变换器a的整流电路选c1开关状态，t型变换器b的整流电路选f2开关状态；
[0087]
当
‑
4<v
l*
<
‑
3时,对t型变换器a的逆变电路选择a3开关状态，对t型变换器b的逆变电路选择a4开关状态；
[0088]
当
‑
3<v
l*
<
‑
2时,如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选择c3开关状态，对t型变换器b的逆变电路选择b4开关状态；如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选择b3开关状态，对t型变换器b的逆变电路选择c4开关状态；
[0089]
当1<v
l*
<2时,如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选a3开关状态,对t型变换器b的逆变电路选c4开关状态；当v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选c3开关状态,对t型变换器的逆变电路b选a4开关状态；
[0090]
当0<vl*<1时，如果v
ca
>v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选b3开关状态，对t型变换器b的逆变电路选a4开关状态，如果v
ca
<v
cb
，对t型变换器a的逆变电路选a3开关状态，对t型变
换器b的逆变电路选b4开关状态；
[0091]
当v
l*
＝0时，对t型变换器a的逆变电路选用a3开关状态，对t型变换器b的整流电路选a4开关状态。
[0092]
实施例1：
[0093]
如图1所示的一种t型交
‑
直
‑
交九电平变换器，采用图4的控制方式说明书里阐述的开关状态选择方式，取电网电压源的为幅值为311v，频率为50hz的正弦电压，电容c
a1
，c
a2
，c
b1
，c
b2
的容值均为4000uf，负载电阻r＝25ω，滤波电感l
s
＝0.005h，滤波电感l
f
＝0.003h，滤波电容c
l
的容值为100uf，电压平均值的参考值v
avg*
＝100v，取逆变侧的调制信号v
l*
与整流侧调制信号v
in*
相同。
[0094]
如图9所示，在时间从0到3s时电容c
a1
，c
a2
，c
b1
，c
b2
的电压v
ca1
，v
ca2
，v
cb1
，v
cb2
收敛于电压平均值的参考值v
avg*
，在时间从3s到4s的区段并未采取说明书里的电压均衡调制方式，在相同的调制波v
in*
下，随机选择t型变换器a和t型变换器b整流电路的开关状态，此时电容c
a1
，c
a2
，c
b1
，c
b2
的电压v
ca1
，v
ca2
，v
cb1
，v
cb2
将发散于电压平均值的参考值v
avg*
，在时间从0.4s到0.8s的区段用如说明书里的开关状态选择方式，电容c
a1
，c
a2
，c
b1
，c
b2
的电压v
ca1
，v
ca2
，v
cb1
，v
cb2
右重新收敛于电压平均值的参考值v
avg
*。如图10可知，电网电压源电压与电网电流ig同相，由图9和图10可知，所提出的t型交
‑
直
‑
交九电平变换器的电压平衡策略可以在实现电容c
a1
，c
a2
，c
b1
，c
b2
的电压v
ca1
，v
ca2
，v
cb1
，v
cb2
的均衡的同时，能实现电网电压和电网电流同相和实现电网单位功率因数运行。
[0095]
由图11(a)可知，所示在t型交
‑
直
‑
交九电平变换器的整流侧输出9电平，由图11(b)可知，在t型交
‑
直
‑
交九电平变换器的逆变侧输出9电平，由图12可知负载r上的输出电压为正弦电压，因此可以通过闭环控制，在负载侧输出能不同为交流负载供电不同幅值的交流电压。