阅读说明：本技术 双交流端口的单相半桥式多电平逆变器及构造、调试方法 (Single-phase half-bridge type multi-level inverter with double alternating current ports and construction and debugging method ) 是由 朱淼 陈阳 王晗 徐莉婷 蔡旭 于 2020-07-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种双交流端口的单相半桥式多电平逆变器及构造、调试方法,包括：半桥子模块串、全桥子模块串、桥臂电抗器以及电容；所述半桥子模块串采用半桥子模块串联组合；所述全桥子模块串采用全桥子模块串联组合；所述半桥子模块串包括：第一半桥子模块串、第二半桥子模块串；所述第一半桥子模块串、全桥子模块串、第二半桥子模块串依次分别通过2只串联桥臂电抗器连接构成第一桥臂；两只电容串联构成第二桥臂。本发明所提出的逆变器的同一桥臂两不同端口可以与电容桥臂组合,输出两路不同的交流电,能够显著改善装置输出能力,有效提升装置能量密度,降低规划部署成本。(The invention provides a single-phase half-bridge type multilevel inverter with double alternating current ports and a construction and debugging method, wherein the construction and debugging method comprises the following steps: the half-bridge sub-module string, the full-bridge sub-module string, the bridge arm reactor and the capacitor are connected in series; the half-bridge sub-module string adopts a series combination of half-bridge sub-modules; the full-bridge sub-module string adopts a series combination of full-bridge sub-modules; the half-bridge sub-module string comprises: the first half-bridge submodule string and the second half-bridge submodule string; the first half-bridge submodule string, the full-bridge submodule string and the second half-bridge submodule string are sequentially and respectively connected through 2 series bridge arm reactors to form a first bridge arm; two capacitors are connected in series to form a second bridge arm. Two different ports of the same bridge arm of the inverter can be combined with a capacitor bridge arm to output two paths of different alternating currents, so that the output capacity of the inverter can be obviously improved, the energy density of the inverter can be effectively improved, and the planning and deployment cost can be reduced.)

双交流端口的单相半桥式多电平逆变器及构造、调试方法

技术领域

本发明涉及多电平逆变器技术领域，具体地，涉及一种双交流端口的单相半桥式多电平逆变器及构造、调试方法。

背景技术

电力电子技术的迅速发展和电力电子设备的广泛应用显著提升了电网的可控程度和智能化水平，并且推动电网形态发生变革。交流电网中出现了大量高压直流输电线路和设备。直流负载、直流配电系统也将是未来电力系统中的重要组成部分。未来电力系统将会出现多电压等级交直流混联的局面。作为直流-交流电能变换的核心设备，逆变器的稳态和动态性能将直接影响到电网侧的安全稳定运行和用户侧的可靠供电。不同电压等级的逆变器通常会采用不同拓扑结构。相同电压等级的单相逆变器和三相逆变器也会在具体拓扑上存在差异。低电压等级的单相逆变器通常采用两电平结构，其基本拓扑分为半桥和全桥两类，如图1、2所示。半桥式两电平逆变器采用两只全控型器件构成半桥电路，与两只电容器一起构成交流侧输出端口。全桥式两电平逆变器采用四只全控型器件构成全桥电路，构成交流侧输出端口。低电压等级的单相逆变器，通常采用脉宽调制(PWM)方式工作，其交流输出波形为高频的±U的电压脉冲，因此存在大量谐波，需要采用L型或LCL型滤波器进行滤波。在电机驱动等较高电压等级应用场合，通常会使用三电平、五电平等逆变器拓扑。其中，图3、4是典型的二极管箝位型三电平单相逆变器拓扑结构。多电平电路通常也采用PWM调制方式工作。三电平等多电平电路的逆变器，随着电平数的增加，其输出波形质量有明显改善，所需滤波器体积明显减小。由于电力电子开关器件能力的限制，两电平电路难以直接应用于更高电压等级的应用场合。而与高压等级相匹配的多电平电路，其拓扑将会变得过于复杂而极大提升调制策略难度，降低整体可靠性。因此，在更高电压等级的场合，通常会使用模块化多电平电路，以满足更高电压等级和容量的应用场景需求。其中，最常见的是采用半桥子模块的模块化多电平逆变器，其基本拓扑结构如图5、6所示。随着子模块数量的增加，模块化多电平电路通常会采用最近电平逼近(NLM)调制方法。模块化多电平电路，其单相桥臂通常需要由结构完全相同的上下两个桥臂组成，因此其装置体积存在进一步下降的空间。此外，传统的最近电平逼近调制策略要求上下两个桥臂在调制过程中维持投入子模块总数一定，其调制策略也存在进一步改进的空间。在城市土地资源日益稀缺的情况下，如何在保证系统可靠运行的基础上，进一步提升装置的能量密度，降低逆变器体积，简化逆变器调制策略，成为未来逆变器发展的一个重要方向。

专利文献《单相级联七电平逆变器拓扑结构及其控制方法》公开了一种单相级联七电平逆变器拓扑及其控制方式。该逆变器由三电平Boost电路和六开关逆变电路构成,利用三电平Boost电路调节中点电位,使得中间母线电容电压占比为1∶2,为实现七电平输出提供电位条件。相对于传统多电平拓扑,该拓扑使用较少的开关器件,简化了电路结构。由于中间母线电容电压控制效果是系统可靠运行的关键,所以在讨论电路拓扑的运行机理的基础上,建立直流侧电压控制系统数学模型,并据此提出一种电压控制方法,从而实现逆变器控制系统的有效运行。最后,借助系统仿真与实验验证了所提电路拓扑的可行性以及理论分析的正确性。该文献采用七电平拓扑结构，相比两电平电路其耐压等级有了一定程度的提高。但是该电路仍然不能工作于过高电压等级，且其调制策略较为复杂。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双交流端口的单相半桥式多电平逆变器及构造、调试方法。

根据本发明提供的一种双交流端口的单相半桥式多电平逆变器，包括：半桥子模块串、全桥子模块串、桥臂电抗器以及电容；所述半桥子模块串采用半桥子模块串联组合；所述全桥子模块串采用全桥子模块串联组合；所述半桥子模块串包括：第一半桥子模块串、第二半桥子模块串；所述第一半桥子模块串、全桥子模块串、第二半桥子模块串依次分别通过2只串联桥臂电抗器连接构成第一桥臂；两只电容串联构成第二桥臂。

根据本发明提供的一种双交流端口的单相半桥式多电平逆变器构造方法，采用具有双交流端口的单相半桥式多电平逆变器，包括：步骤S1：从直流P极到直流N极，设置模块化多电平桥臂主体分的3个部分，桥臂从上而下，第1部分为串联组合的半桥子模块串，第2部分为串联组合的全桥子模块串，第3部分为串联组合的半桥子模块串；步骤S2：将模块化多电平桥臂主体3个部分之间分别通过2只桥臂电抗器连接；连接子模块的相邻2只桥臂电抗器之间分别引出第一交流端子和第二交流端子；可以引出上下两个交流端子。步骤S3：采用两只串联的电容器，将两只串联电容器两端分别连接直流P极和N极，构成单相逆变器的另一个桥臂；步骤S4：将电容器之间的连接点引出作为第三交流端子，第一交流端子和第三交流端子、第二交流端子和第三交流端子分别组成一对交流输出端口。逆变器具有两个交流输出端口，分别记为AO和UO。

将三个子模块组从上而下分别记为X、Y、Z。每个子模块组内均含有N个子模块。半桥子模块具有投入和切除两种状态，全桥子模块具有正投入、切除、负投入三种状态。将电容电压记为V_C，则子模块组X可以输出的电压为0、V_C、2V_C、…、NV_C，子模块组Y可以输出的电压为0、±V_C、±2V_C、…、±NV_C，子模块组Z可以输出的电压为0、V_C、2V_C、…、NV_C。

三个子模块组投入的子模块数量记为N_x、N_y和N_z。则AO和UO端口电压为

通过合理的调制方法，能够维持各子模块电容电压稳定且基本一致。通过周期性改变N_x和N_z的值，能够使逆变器两输出端口均能输出指定交流电压波形。

根据本发明提供的一种双交流端口的单相半桥式多电平逆变器调试方法，采用具有双交流端口的单相半桥式多电平逆变器，包括：

步骤P1：由给定的工作频率f，计算系统工作的开关周期T；

步骤P2：周期开始时，获取AO、UO端口电压指令值v_AO ^*、v_UO ^*；测量各区域各子模块电容电压；计算各区域子模块电容电压均值，分别记为V_CX、V_CY、V_CZ；测量与之相对应的电流，分别记为i_X、i_Y、i_Z；

其中，逆变器具有两个交流输出端口，分别记为AO和UO

步骤P3：计算X区域需要投入的子模块个数初始值N_X0 ^*；计算方法如下式所示；其中，round()表示取整函数；

步骤P4：计算Z区域需要投入的子模块个数初始值N_Z0 ^*；计算方法如下式所示；其中，round()表示取整函数；

步骤P5：修正X区域需要投入的子模块个数初始值N_X0 ^*；，获取X区域实际需要投入的模块数N_X ^*。修正流程如图10所示。

优选地，还包括：步骤P6：修正Z区域需要投入的子模块个数初始值N_Z0 ^*；，获取Z区域实际需要投入的模块数N_Z ^*。修正流程如图11所示。

优选地，所述步骤P5包括：

步骤P5.1：判断X区域子模块电容电压波动是否超过事先指定的波动限值；如果ΔV_CX未超过限值，转到步骤P5.2；否则转到步骤P5.3；

步骤P5.2：设置实际需要投入的模块数N_X ^*＝N_X0 ^*；转到步骤P5.10；

步骤P5.3：ΔV_CX>0时，转到步骤P5.4；否则转到步骤P5.7；

步骤P5.4：i_X>0时，转到步骤P5.5；否则转到步骤P5.6；

步骤P5.5：修正实际需要投入的模块数N_X ^*＝N_X0 ^*-1；转到步骤P5.10；

步骤P5.6：修正实际需要投入的模块数N_X ^*＝N_X0 ^*+1；转到步骤P5.10；

步骤P5.7：i_X>0时，转到步骤P5.5；否则转到步骤P5.6；

步骤P5.8：修正实际需要投入的模块数N_X ^*＝N_X0 ^*+1；转到步骤P5.10；

步骤P5.9：修正实际需要投入的模块数N_X ^*＝N_X0 ^*-1；转到步骤P5.10；

步骤P5.10：转到步骤P6。

优选地，所述步骤P6包括：

步骤P6.1：判断Z区域子模块电容电压波动ΔV_CZ是否超过事先指定的波动限值；如果未超过限值，转到步骤P6.2；否则转到步骤P6.3；

步骤P6.2：设置实际需要投入的模块数N_Z ^*＝N_Z0 ^*；转到步骤P6.10；

步骤P6.3：ΔV_CZ>0时，转到步骤P6.4；否则转到步骤P6.7；

步骤P6.4：i_Z>0时，转到步骤P6.5；否则转到步骤P6.6；

步骤P6.5：修正实际需要投入的模块数N_Z ^*＝N_Z0 ^*-1；转到步骤P6.10；

步骤P6.6：修正实际需要投入的模块数N_Z ^*＝N_Z0 ^*+1；转到步骤P6.10；

步骤P6.7：i_Z>0时，转到步骤P6.5；否则转到步骤P6.6；

步骤P6.8：修正实际需要投入的模块数N_Z ^*＝N_Z0 ^*+1；转到步骤P6.10；

步骤P6.9：修正实际需要投入的模块数N_Z ^*＝N_Z0 ^*-1；转到步骤P6.10；

步骤P6.10：转到步骤P7；

优选地，还包括：

步骤P7：计算Y区域需要投入的子模块个数初始值N_Y0 ^*；

步骤P8：修正Y区域需要投入的子模块个数初始值N_Y0 ^*，获取Y区域实际需要投入的模块数N_Y ^*。修正流程如图12所示；

优选地，还包括：

步骤P9：对X、Y、Z各区域各子模块电容电压从高到低进行排序；

步骤P10：i_X>0时，转到步骤P12；否则转到步骤P11；

步骤P11：选择X区域中子模块电压最高的N_X ^*个子模块，将其在本开关周期内的工作状态设置为投入；剩余子模块设置为切除；转到步骤P13；

步骤P12：选择X区域中子模块电压最低的N_X ^*个子模块，将其在本开关周期内的工作状态设置为投入；剩余子模块设置为切除；转到步骤P13；

步骤P13：i_Z>0时，转到步骤P15；否则转到步骤P14；

步骤P14：选择Z区域中子模块电压最高的N_Z ^*个子模块，将其在本开关周期内的工作状态设置为投入；剩余子模块设置为切除；转到步骤P16；

步骤P15：选择Z区域中子模块电压最低的N_Z ^*个子模块，将其在本开关周期内的工作状态设置为投入；剩余子模块设置为切除；转到步骤P16；

步骤P16：N_Y ^*>0时，转到步骤P17；否则转到步骤P20；

步骤P17：i_Y>0时，转到步骤P19；否则转到步骤P18；

步骤P18：选择Y区域中子模块电压最高的N_Y ^*个子模块，将其在本开关周期内的工作状态设置为正投入；剩余子模块设置为切除；转到步骤P23；

步骤P19：选择Y区域中子模块电压最低的N_Y ^*个子模块，将其在本开关周期内的工作状态设置为正投入；剩余子模块设置为切除；转到步骤P23；

步骤P20：i_Y>0时，转到步骤P22；否则转到步骤P21；

步骤P21：选择Y区域中子模块电压最低的-N_Y ^*个子模块，将其在本开关周期内的工作状态设置为负投入；剩余子模块设置为切除；转到步骤P23；

步骤P22：选择Y区域中子模块电压最高的-N_Y ^*个子模块，将其在本开关周期内的工作状态设置为负投入；剩余子模块设置为切除；转到步骤P23；

步骤P23：子模块工作状态设置结束，周期结束后跳转到步骤P2。

优选地，所述步骤P8包括：

步骤P8.1：判断Y区域子模块电容电压波动ΔV_CY是否超过事先指定的波动限值；如果未超过限值，转到步骤P8.2；否则转到步骤P8.3；

步骤P8.2：设置实际需要投入的模块数N_Y ^*＝N_Y0 ^*；转到步骤P9；

步骤P8.3：N_Y0 ^*>0时，转到步骤P8.4；否则转到步骤P8.11；

步骤P8.4：ΔV_CY>0时，转到步骤P8.5；否则转到步骤P8.8；

步骤P8.5：i_Y>0时，转到步骤P8.6；否则转到步骤P8.7；

步骤P8.6：修正实际需要投入的模块数N_Y ^*＝N_Y0 ^*-1；转到步骤P9；

步骤P8.7：修正实际需要投入的模块数N_Y ^*＝N_Y0 ^*+1；转到步骤P9；

步骤P8.8：i_Y>0时，转到步骤P8.9；否则转到步骤P8.10；

步骤P8.9：修正实际需要投入的模块数N_Y ^*＝N_Y0 ^*+1；转到步骤P9；

步骤P8.10：修正实际需要投入的模块数N_Y ^*＝N_Y0 ^*-1；转到步骤P9；

优选地，所述步骤P8还包括：

步骤P8.11：ΔV_CY>0时，转到步骤P8.4；否则转到步骤P8.7；

步骤P8.12：i_Y>0时，转到步骤P8.13；否则转到步骤P8.14；

步骤P8.13：修正实际需要投入的模块数N_Y ^*＝N_Y0 ^*+1；转到步骤P9；

步骤P8.14：修正实际需要投入的模块数N_Y ^*＝N_Y0 ^*-1；转到步骤P9；

步骤P8.15：i_Y>0时，转到步骤P8.16；否则转到步骤P8.17；

步骤P8.16：修正实际需要投入的模块数N_Y ^*＝N_Y0 ^*-1；转到步骤P9；

步骤P8.17：修正实际需要投入的模块数N_Y ^*＝N_Y0 ^*+1；转到步骤P9。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提出一种具有双交流端口的单相半桥式模块化多电平逆变器，并针对该逆变器拓扑提出相应的调制方法，结构合理，使用方便，克服了现有技术的缺陷；

2、本发明中的拓扑采用半桥和全桥子模块混合组合方式，相比传统模块化多电平逆变器桥臂的单交流输出端子，所提出的拓扑的同一个模块化多电平桥臂上具有2个交流输出端子，分别与公共中点相连后可以构成2个交流输出端口；

3、本发明针对所提出的新型逆变器拓扑提出了相应的最近电平逼近调制策略，能够实现双交流端口准确输出，维持系统高效工作；

4、本发明所提出的逆变器的同一桥臂可以输出两路不同的交流电，能够显著改善装置输出能力，有效提升装置能量密度，降低规划部署成本。

5、本发明针对该逆变器拓扑所提出的新型最近电平逼近调制方法，简单易于实现，能够实现跟随指令值准确输出，维持系统有效工作。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为两电平半桥式逆变器拓扑结构示意图。

图2为两电平全桥式逆变器拓扑结构示意图。

图3为三电平半桥式逆变器拓扑结构示意图。

图4为三电平全桥式逆变器拓扑结构示意图。

图5为基于半桥子模块的MMC半桥式单相逆变器拓扑结构示意图。

图6为基于半桥子模块的MMC全桥式单相逆变器拓扑结构示意图。

图7为本发明提出的半桥式模块化多电平单相逆变器拓扑结构示意图。

图8为本发明提出的半桥式模块化多电平单相逆变器涉及的各物理量示意图。

图9为本发明实施例中的半桥式模块化多电平单相逆变器调制流程图示意图。

图10为本发明实施例中的X区域子模块投入数修正方法示意图。

图11为本发明实施例中的Z区域子模块投入数修正方法示意图。

图12为本发明实施例中的Y区域子模块投入数修正方法示意图。

图13为本发明实施例中的本发明的应用实例示意图。

图14本发明的应用实例的交流侧电压输出波形示意图。

图15本发明的应用实例的交流侧电压输出波形示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种双交流端口的单相半桥式多电平逆变器，包括：半桥子模块串、全桥子模块串、桥臂电抗器以及电容；所述半桥子模块串采用半桥子模块串联组合；所述全桥子模块串采用全桥子模块串联组合；所述半桥子模块串包括：第一半桥子模块串、第二半桥子模块串；所述第一半桥子模块串、全桥子模块串、第二半桥子模块串依次分别通过2只串联桥臂电抗器连接构成第一桥臂；两只电容串联构成第二桥臂。

根据本发明提供的一种双交流端口的单相半桥式多电平逆变器构造方法，采用具有双交流端口的单相半桥式多电平逆变器，包括：步骤S1：从直流P极到直流N极，设置模块化多电平桥臂主体分为3个部分，桥臂从上而下，第1部分为串联组合的半桥子模块，第2部分为串联组合的全桥子模块，第3部分为串联组合的半桥子模块；步骤S2：将模块化多电平桥臂主体3个部分之间分别通过2只桥臂电抗器连接；连接子模块的相邻2只桥臂电抗器之间分别引出第一交流端子和第二交流端子；可以引出上下两个交流端子。步骤S3：采用两只串联的电容器，将两只串联电容器两端分别连接直流P极和N极，构成单相逆变器的另一个桥臂；步骤S4：将电容器之间的连接点引出作为第三交流端子，第一交流端子和第三交流端子、第二交流端子和第三交流端子分别组成一对交流输出端口。逆变器具有两个交流输出端口，分别记为AO和UO。将三个子模块组从上而下分别记为X、Y、Z。每个子模块组内均含有N个子模块。半桥子模块具有投入和切除两种状态，全桥子模块具有正投入、切除、负投入三种状态。将电容电压记为V_C，则子模块组X可以输出的电压为0、V_C、2V_C、…、NV_C，子模块组Y可以输出的电压为0、±V_C、±2V_C、…、±NV_C，子模块组Z可以输出的电压为0、V_C、2V_C、…、NV_C。

三个子模块组投入的子模块数量记为N_x、N_y和N_z。则AO和UO端口电压为

通过合理的调制方法，能够维持各子模块电容电压稳定且基本一致。通过周期性改变N_x和N_z的值，能够使逆变器两输出端口均能输出指定交流电压波形。

根据本发明提供的一种双交流端口的单相半桥式多电平逆变器调试方法，采用具有双交流端口的单相半桥式多电平逆变器，包括：

步骤P1：由给定的工作频率f，计算系统工作的开关周期T；

步骤P2：周期开始时，获取AO、UO端口电压指令值v_AO ^*、v_UO ^*；测量各区域各子模块电容电压；计算各区域子模块电容电压均值，分别记为V_CX、V_CY、V_CZ；测量与之相对应的电流，分别记为i_X、i_Y、i_Z；

其中，逆变器具有两个交流输出端口，分别记为AO和UO

步骤P3：计算X区域需要投入的子模块个数初始值N_X0 ^*；计算方法如下式所示；其中，round()表示取整函数；

步骤P4：计算Z区域需要投入的子模块个数初始值N_Z0 ^*；计算方法如下式所示；其中，round()表示取整函数；

步骤P5：修正X区域需要投入的子模块个数初始值N_X0 ^*；，获取X区域实际需要投入的模块数N_X ^*。修正流程如图10所示。

优选地，还包括：步骤P6：修正Z区域需要投入的子模块个数初始值N_Z0 ^*；，获取Z区域实际需要投入的模块数N_Z ^*。修正流程如图11所示。

优选地，所述步骤P5包括：

步骤P5.1：判断X区域子模块电容电压波动是否超过事先指定的波动限值；如果ΔV_CX未超过限值，转到步骤P5.2；否则转到步骤P5.3；

步骤P5.2：设置实际需要投入的模块数N_X ^*＝N_X0 ^*；转到步骤P5.10；

步骤P5.3：ΔV_CX>0时，转到步骤P5.4；否则转到步骤P5.7；

步骤P5.4：i_X>0时，转到步骤P5.5；否则转到步骤P5.6；

步骤P5.5：修正实际需要投入的模块数N_X ^*＝N_X0 ^*-1；转到步骤P5.10；

步骤P5.6：修正实际需要投入的模块数N_X ^*＝N_X0 ^*+1；转到步骤P5.10；

步骤P5.7：i_X>0时，转到步骤P5.5；否则转到步骤P5.6；

步骤P5.8：修正实际需要投入的模块数N_X ^*＝N_X0 ^*+1；转到步骤P5.10；

步骤P5.9：修正实际需要投入的模块数N_X ^*＝N_X0 ^*-1；转到步骤P5.10；

步骤P5.10：转到步骤P6。

优选地，所述步骤P6包括：

步骤P6.1：判断Z区域子模块电容电压波动ΔV_CZ是否超过事先指定的波动限值；如果未超过限值，转到步骤P6.2；否则转到步骤P6.3；

步骤P6.2：设置实际需要投入的模块数N_Z ^*＝N_Z0 ^*；转到步骤P6.10；

步骤P6.3：ΔV_CZ>0时，转到步骤P6.4；否则转到步骤P6.7；

步骤P6.4：i_Z>0时，转到步骤P6.5；否则转到步骤P6.6；

步骤P6.5：修正实际需要投入的模块数N_Z ^*＝N_Z0 ^*-1；转到步骤P6.10；

步骤P6.6：修正实际需要投入的模块数N_Z ^*＝N_Z0 ^*+1；转到步骤P6.10；

步骤P6.7：i_Z>0时，转到步骤P6.5；否则转到步骤P6.6；

步骤P6.8：修正实际需要投入的模块数N_Z ^*＝N_Z0 ^*+1；转到步骤P6.10；

步骤P6.9：修正实际需要投入的模块数N_Z ^*＝N_Z0 ^*-1；转到步骤P6.10；

步骤P6.10：转到步骤P7；

优选地，还包括：

步骤P7：计算Y区域需要投入的子模块个数初始值N_Y0 ^*；

步骤P8：修正Y区域需要投入的子模块个数初始值N_Y0 ^*，获取Y区域实际需要投入的模块数N_Y ^*。修正流程如图12所示；

优选地，还包括：

步骤P9：对X、Y、Z各区域各子模块电容电压从高到低进行排序；

步骤P10：i_X>0时，转到步骤P12；否则转到步骤P11；

步骤P11：选择X区域中子模块电压最高的N_X ^*个子模块，将其在本开关周期内的工作状态设置为投入；剩余子模块设置为切除；转到步骤P13；

步骤P12：选择X区域中子模块电压最低的N_X ^*个子模块，将其在本开关周期内的工作状态设置为投入；剩余子模块设置为切除；转到步骤P13；

步骤P13：i_Z>0时，转到步骤P15；否则转到步骤P14；

步骤P14：选择Z区域中子模块电压最高的N_Z ^*个子模块，将其在本开关周期内的工作状态设置为投入；剩余子模块设置为切除；转到步骤P16；

步骤P15：选择Z区域中子模块电压最低的N_Z ^*个子模块，将其在本开关周期内的工作状态设置为投入；剩余子模块设置为切除；转到步骤P16；

步骤P16：N_Y ^*>0时，转到步骤P17；否则转到步骤P20；

步骤P17：i_Y>0时，转到步骤P19；否则转到步骤P18；

步骤P18：选择Y区域中子模块电压最高的N_Y ^*个子模块，将其在本开关周期内的工作状态设置为正投入；剩余子模块设置为切除；转到步骤P23；

步骤P19：选择Y区域中子模块电压最低的N_Y ^*个子模块，将其在本开关周期内的工作状态设置为正投入；剩余子模块设置为切除；转到步骤P23；

步骤P20：i_Y>0时，转到步骤P22；否则转到步骤P21；

步骤P21：选择Y区域中子模块电压最低的-N_Y ^*个子模块，将其在本开关周期内的工作状态设置为负投入；剩余子模块设置为切除；转到步骤P23；

步骤P22：选择Y区域中子模块电压最高的-N_Y ^*个子模块，将其在本开关周期内的工作状态设置为负投入；剩余子模块设置为切除；转到步骤P23；

步骤P23：子模块工作状态设置结束，周期结束后跳转到步骤P2。

优选地，所述步骤P8包括：

步骤P8.1：判断Y区域子模块电容电压波动ΔV_CY是否超过事先指定的波动限值；如果未超过限值，转到步骤P8.2；否则转到步骤P8.3；

步骤P8.2：修正实际需要投入的模块数N_Y ^*＝N_Y0 ^*；转到步骤P9；

步骤P8.3：N_Y0 ^*>0时，转到步骤P8.4；否则转到步骤P8.11；

步骤P8.4：ΔV_CY>0时，转到步骤P8.5；否则转到步骤P8.8；

步骤P8.5：i_Y>0时，转到步骤P8.6；否则转到步骤P8.7；

步骤P8.6：修正实际需要投入的模块数N_Y ^*＝N_Y0 ^*-1；转到步骤P9；

步骤P8.7：修正实际需要投入的模块数N_Y ^*＝N_Y0 ^*+1；转到步骤P9；

步骤P8.8：i_Y>0时，转到步骤P8.9；否则转到步骤P8.10；

步骤P8.9：修正实际需要投入的模块数N_Y ^*＝N_Y0 ^*+1；转到步骤P9；

步骤P8.10：修正实际需要投入的模块数N_Y ^*＝N_Y0 ^*-1；转到步骤P9；

优选地，所述步骤P8还包括：

步骤P8.11：ΔV_CY>0时，转到步骤P8.4；否则转到步骤P8.7；

步骤P8.12：i_Y>0时，转到步骤P8.13；否则转到步骤P8.14；

步骤P8.13：修正实际需要投入的模块数N_Y ^*＝N_Y0 ^*+1；转到步骤P9；

步骤P8.14：修正实际需要投入的模块数N_Y ^*＝N_Y0 ^*-1；转到步骤P9；

步骤P8.15：i_Y>0时，转到步骤P8.16；否则转到步骤P8.17；

步骤P8.16：修正实际需要投入的模块数N_Y ^*＝N_Y0 ^*-1；转到步骤P9；

步骤P8.17：修正实际需要投入的模块数N_Y ^*＝N_Y0 ^*+1；转到步骤P9。

具体的，在一个实施例中，建本专利所提出的单相半桥式模块化多电平逆变器，如图13所示。双交流输出端口为AO和UO。直流侧电源电压400kV，负载1大小为1000Ω，20mH；负载2大小为500Ω，20mH。其中，逆变器的模块化多电平桥臂的X、Y、Z部分各自包含20个子模块，即N＝20。另一桥臂的两电容均为2mF。

给定两交流输出端口电压指令值为200sin(100πt)kV。交流侧输出电压如图14所示。交流侧电流为如图15所示。由图14可见，AO、UO两交流端口输出电压波形基本重合，均为按参考电压规律变化的正弦阶梯波。由图15可见AO端口电流幅值为UO端口电流的一半。仿真输出结果与理论结果一致。

本发明提出一种具有双交流端口的单相半桥式模块化多电平逆变器，并针对该逆变器拓扑提出相应的调制方法，结构合理，使用方便，克服了现有技术的缺陷；本发明中的拓扑采用半桥和全桥子模块混合组合方式，相比传统模块化多电平逆变器桥臂的单交流输出端子，所提出的拓扑的同一个模块化多电平桥臂上具有2个交流输出端子，分别与公共中点相连后可以构成2个交流输出端口；本发明针对所提出的新型逆变器拓扑提出了相应的最近电平逼近调制策略，能够实现双交流端口准确输出，维持系统高效工作。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。