本发明涉及逆变器，具体涉及一种三电平逆变器及其控制方法。
背景技术：
1、现有技术中，主动中性点钳位型逆变器(activeneutral pointclampedinverter，ancp)为常见的三电平逆变器架构，但由于架构限制其中开关器件工作在硬开关状态下的特性限制了提升其开关频率和转换效率。同时随着对更高效率和更高电压的需求，其各相电路中包含六个开关器件的结构在配合使用先进的第三代宽禁带半导体器件时进一步提高了其制造成本。
技术实现思路
1、针对背景技术中的问题，本发明的目的在于提供一种三电平逆变器及其控制方法。
2、为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：
3、一种三电平逆变器，包括并联于直流母线的多相逆变电路，每相逆变电路均包括电平切换电路及逆变模块；
4、所述电平切换电路具有三个输入端和两个输出端；
5、所述逆变模块具有两个输入端和一个输出端，所述逆变模块的两个输入端分别与所述电平切换电路的两个输出端连接，所述逆变模块的输出端用于作为该三电平逆变器的交流输出端；
6、所述逆变模块包括第一开关器件s1、第二开关器件s2、辅助谐振电路与缓冲电容csn；
7、所述辅助谐振电路包括第三开关器件s3、第四开关器件s4与电感l，每个开关器件均由控制器控制其状态，且所述辅助谐振电路用于实现第一开关器件s1与第二开关器件s2的零电压开关；
8、所述第一开关器件s1与第三开关器件s3的一端均与逆变模块的一个输入端连接，所述第二开关器件s2与第四开关器件s4的一端均与逆变模块的另一个输入端连接；
9、所述第三开关器件s3的另一端与第四开关器件s4的另一端连接同时与电感l的一端连接；
10、所述第一开关器件s1的另一端与第二开关器件s2的另一端连接同时与电感l的另一端连接，且该端为逆变模块的输出端；
11、所述缓冲电容csn的两端分别与逆变模块的两个输入端连接。
12、进一步地，该三电平逆变器的直流输入电压udc在直流母线中被串联的两个母线电容c1、c2分配为两个电压窗口u1和u2，u1表示母线电容c1两端的电压，u2表示母线电容c2两端的电压，母线电容c1、c2的公共端、母线电容c1的另一端以及母线电容c2的另一端分别作为所述电平切换电路的三个输入端，根据各电平从高至低分别对应直流母线的正电位端、中性电位端和负电位端。
13、进一步地，所述电平切换电路包括第五开关器件s5、第六开关器件s6、第七开关器件s7与第八开关器件s8；
14、第五开关器件s5与第六开关器件s6串联在电容c1两端之间，第七开关器件s7与第八开关器件s8串联在电容c2两端之间，且电容c1与c2的公共端与第六开关器件s6与第七开关器件s7的一端连接；
15、电平切换电路的一个输出端位于第五开关器件s5与第六开关器件s6之间，另一个输出端位于第七开关器件s7与第八开关器件s8之间。
16、本发明另外提供了一种三电平逆变器的控制方法，采用上述的三电平逆变器，工作时，具体采用如下方法实现逆变模块的零电压开关：
17、在需要切换第一开关器件s1与第二开关器件s2的开关状态之前，根据需要预先通过辅助谐振电路中的第三开关器件s3或第四开关器件s4的导通在电感l中建立一个幅值不小于输出端电流瞬时值iac的电感电流il，其数学表达为：使得第一开关器件s1与第二开关器件s2在关断时其流过的电流方向不再支持导通其续流二极管；
18、在第一开关器件s1与第二开关器件s2的开关过程中其结电容和电感l组成lc谐振电路，使其结电容通过谐振的方式实现电压的充放，从而实现第一开关器件s1与第二开关器件s2的零电压开关；
19、三电平逆变器运行过程中，通过控制器实时获取输出端电压uac、输出端电流iac、直流母线中各电压窗口u1和u2的电压并结合电感l的值计算出建立电感电流il的所需时间，并设置控制时序控制第三开关器件s3与第四开关器件s4的状态。
20、进一步地，工作时，具体采用如下方法实现缓冲电容csn的主动电压适配：
21、稳定状态下，当输出端电压uac处于输出交流电压的正半周时，电平切换电路的第五开关器件s5与第七开关器件s7导通，第六开关器件s6与第八开关器件s8关断，使将直流母线中上部电压窗口u1与逆变模块相连；
22、当输出端电压uac处于输出交流电压的负半周时，电平切换电路的第五开关器件s5与第七开关器件s7关断，第六开关器件s6与第八开关器件s8导通，使将直流母线中下部电压窗口u2与逆变模块相连；
23、在电压窗口切换过程中，根据缓冲电容csn上当前电压和切换后目标电压的状况将缓冲电容csn的一端通过电平切换电路与直流母线相连，另一端保持悬空状态，并且，逆变模块内部形成回路，利用电感l的退磁和励磁过程，将能量从电感l充入到缓冲电容中csn或从缓冲电容csn转换入电感l中，从而实现缓冲电容csn上的电压与目标电压的主动适配。
24、进一步地，在电压窗口切换过程中，当电平切换电路从上部电压窗口u1切换到下部电压窗口u2，且u1<u2时；
25、在预设的时序范围内，控制器通过同步控制的方式关断第五开关器件s5与第七开关器件s7，并控制第六开关器件s6导通，此时逆变模块的一个输入端与直流母线的中性电位端相连，另一个输入端的电位处于悬空状态；
26、进入电感退磁阶段后，电感l将其所储存的能量充入缓冲电容csn中，对缓冲电容csn充电，当缓冲电容csn上的电压达到目标电压后电感电流自动通过第八开关器件s8或其续流路径继续退磁，控制器则在预设的时序范围内控制第八开关器件s8导通，从而完成对缓冲电容电压的主动适配和电压窗口的切换操作。
27、进一步地，在电压窗口切换过程中，当电平切换电路从下部电压窗口u2切换到上部电压窗口u1，且u1>u2时；
28、在预设的时序范围内，控制器通过同步控制的方式关断第六开关器件s6与第八开关器件s8，并控制第七开关器件s7导通，此时逆变模块的一个输入端与直流母线的中性电位端相连，另一个输入端的电位处于悬空状态；
29、进入电感退磁阶段后，电感l将其所储存的能量充入缓冲电容csn中，对缓冲电容csn充电，当缓冲电容csn上的电压达到目标电压后电感电流自动通过第五开关器件s5或其续流路径继续退磁，控制器则在预设的时序范围内控制第五开关器件s5导通，从而完成对缓冲电容电压的主动适配和电压窗口的切换操作。
30、进一步地，在电压窗口切换过程中，当电平切换电路从上部电压窗口u1切换到下部电压窗口u2，且u1>u2时；
31、在预设的时序范围内，控制器通过同步控制的方式关断第五开关器件s5与第七开关器件s7，并控制第八开关器件s8导通，此时逆变模块的一个输入端与直流母线的负电位端相连，另一个输入端的电位处于悬空状态；
32、进入电感励磁阶段后，缓冲电容csn放电，并将能量转换到电感l中，当缓冲电容csn上的电压达到目标电压后，电感l自动继续通过第六开关器件s6或其续流路径励磁，控制器则在预设的时序范围内控制第六开关器件s6导通，从而完成对缓冲电容电压的主动适配和电压窗口的切换操作。
33、进一步地，在电压窗口切换过程中，当电平切换电路从下部电压窗口u2切换到上部电压窗口u1，且u1<u2时；
34、在预设的时序范围内，控制器通过同步控制的方式关断第六开关器件s6与第八开关器件s8，并控制第五开关器件s5导通，此时逆变模块的一个输入端与直流母线的正电位端相连，另一个输入端的电位处于悬空状态；
35、进入电感励磁阶段后，缓冲电容csn放电，并将能量转换到电感l中，当缓冲电容csn上的电压达到目标电压后，电感l自动继续通过第七开关器件s7或其续流路径励磁，控制器则在预设的时序范围内控制第七开关器件s7导通，从而完成对缓冲电容电压的主动适配和电压窗口的切换操作。
36、进一步地，电感电流il在满足第一开关器件s1和第二开关器件s2所需的零电压开关条件的同时，还需满足下式：
37、
38、从而确保电感l提供给缓冲电容csn充放电的能量变化量足够实现其电压的主动适配。
39、与现有技术相比，本发明提出的三电平逆变器及其控制方法，通过结合辅助谐振切换(auxiliary resonant commutated pole，arcp)的方式和控制方法实现了关键开关器件的零电压开关(zero voltage switching,zvs)；同时通过添加缓冲电容实现高效兼容常规硅igbt的能力；于此同时通过特别的控制方法实现了在正负半周切换时缓冲电容上电压的主动电压适配，避免了因直流母线中上下部分的电压不同在缓冲电容上造成的额外充放电能量损耗和由此产生的电磁干扰问题。
1.一种三电平逆变器，其特征在于，包括并联于直流母线的多相逆变电路，每相逆变电路均包括电平切换电路及逆变模块；
2.根据权利要求1所述的三电平逆变器，其特征在于，该三电平逆变器的直流输入电压udc在直流母线中被串联的两个母线电容c1、c2分配为两个电压窗口u1和u2，u1表示母线电容c1两端的电压，u2表示母线电容c2两端的电压，母线电容c1、c2的公共端、母线电容c1的另一端以及母线电容c2的另一端分别作为所述电平切换电路的三个输入端，根据各电平从高至低分别对应直流母线的正电位端、中性电位端和负电位端。
3.根据权利要求2所述的三电平逆变器，其特征在于，所述电平切换电路包括第五开关器件s5、第六开关器件s6、第七开关器件s7与第八开关器件s8；
4.一种三电平逆变器的控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-3任一项所述的三电平逆变器，工作时，具体采用如下方法实现逆变模块的零电压开关：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，工作时，具体采用如下方法实现缓冲电容csn的主动电压适配：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在电压窗口切换过程中，当电平切换电路从上部电压窗口u1切换到下部电压窗口u2，且u1＜u2时；
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在电压窗口切换过程中，当电平切换电路从下部电压窗口u2切换到上部电压窗口u1，且u1>u2时；
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在电压窗口切换过程中，当电平切换电路从上部电压窗口u1切换到下部电压窗口u2，且u1>u2时；
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在电压窗口切换过程中，当电平切换电路从下部电压窗口u2切换到上部电压窗口u1，且u1<u2时；
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，电感电流il在满足第一开关器件s1和第二开关器件s2所需的零电压开关条件的同时，还需满足下式：
