本发明属于电力电子控制领域，具体涉及一种基于级联型恒流源拓扑的载波层叠调制方法。
背景技术：
1、级联型恒流充电电源是用于高压脉冲电容器充电的电路拓扑形式之一，最早于2015年2月海军工程大学吴海峰等人发表的文献“大功率混合储能装置控制策略研究”中提到“多组蓄电池串联充电的新型拓扑结构”，并利用该拓扑实现了对脉冲电容器的近似恒流充电，使脉冲电容器快速、高效地达到所要求的电压值。同年中国科学院电工所的专利申请《一种基于超级电容器级联的高压电容器充电装置》(公开号：cn104868714a)中也公开了一种级联充电拓扑结构，主要解决高压脉冲电容器充电电源的高功率化和轻小化问题。同年，海军工程大学李超等人在文献“电磁发射用多级混合储能充电方式对比”中得出级联型充电方式是综合性能最好的结论。目前级联型恒流充电电源拓扑成为兆瓦级功率脉冲电容器充电电源最优方案之一。
2、用于脉冲电容器充电的级联型恒流充电电源拓扑，本质上属于电压源特性，实现输出电流恒定还需电流波形调制方法。脉冲电容器充电电源的恒流控制指充电电源输出电流不随脉冲电容器容量大小和充电过程中电压变化而变化。中国专利《一种移动式大功率高压直流电源》(公开号：cn104868715b)中提出了一种时序编码的恒流控制策略，实现了高压级联充电拓扑的恒流控制，但充电电流纹波系数大，且电流自动闭环实现困难。文献“混合储能系统能量转移双环控制策略”基于级联型恒流充电拓扑和时序编码调制策略提出时序重构算法，以实现电流自动闭环功能，但该算法若要响应充电过程中电源电气回路所有参数的变化时，所需硬件资源较高，实现难度较大。文献“混合储能系统载波移相充放电控制策略”基于级联型恒流充电电源拓扑提出了载波移相调制方法，利用载波调制技术解决了输出电流自动闭环问题，且很好的实现了恒流控制，但存在因充电过程中全部级联模块均处于高频开关状态而导致的开关损耗大的问题。
3、载波层叠是多重化电路拓扑的调制方法之一，包括同相载波层叠(pd)、反向载波层叠(apod)和正负反向载波层叠(pod)，在电力电子领域主要用于h桥级联拓扑的调制方法。对于消除谐波具有较好效果，主要应用于电网系统。文献“载波层叠调制技术在6kv级联statcom中的应用”利用载波层叠调制技术实现了无功补偿与谐波治理的双赢效果。文献“基于控制自由度组合的级联h桥逆变器pd功率均衡控制方法”通过调整载波在垂直方向的排列顺序对传统载波同相层叠调制方法进行改进，实现在一个输出周期内级联h桥单元功率均衡；文献“energy-balance control of pv cascaded multilevel grid-connectedinverters under level-shifted and phase-shifted pwms”针对2种经典载波调制方法载波层叠pwm及载波移相pwm进行载波调整，提出一种适用于单相光伏电池级联h桥拓扑的能量均衡方法。但是，上述方法均为针对h桥级联拓扑的载波层叠控制，针对级联型恒流充电电源拓扑结构下的载波层叠调制方法未见报导。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提出一种基于级联型恒流源拓扑的载波层叠调制方法，利用脉宽调制(pwm)技术，实现级联型恒流充电电源输出电流自动闭环的恒流控制，同时降低输出电流纹波、有效控制电路拓扑中开关管损耗、降低滤波电感容量，以达到降低级联型恒流充电电源体积和重量的目的。
2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种基于级联型恒流源拓扑的载波层叠调制方法，包括如下步骤：
4、步骤1、根据级联型恒流充电电源的级数确定层叠的载波数量，载波数量等于电源级数，取n；
5、步骤2、根据电路参数设计确定的开关频率确定载波频率f，则载波周期t为t＝1/f；
6、步骤3、确定每组载波信号的幅值vm；
7、步骤4、确定第i组载波信号基于第1组载波信号的垂直向上位移量hi：
8、hi＝(i-1)vm
9、其中，i为1、2...n，对应某级电池组级联模块，所述电池组级联模块由电池组串联一个igbt后再并联一个二极管构成；
10、步骤5、将各组载波信号与同一调制波进行比较，输出各级联模块的开关信号。
11、进一步地，所步骤5中，调制波的信号是电压外环结合电流内环的双闭环pi控制输出的控制信号，变化范围为(0-n)vm。
12、进一步地，所步骤5中，当调制波的信号大于或等于某级载波信号时，对应输出高电平作为该级的pwm驱动信号；当调制波的信号小于某级载波信号时，对应输出低电平作为该级的pwm驱动信号。
13、进一步地，所步骤5中，当调制波的信号在0-vm之间，级联型恒流电源系统中只有第一级级联模块处于调制状态，其余级联模块工作在二极管续流状态；通过这样的控制方式，每级级联模块在系统运行整个时间内只有一部分时间处于开关状态。
14、有益效果：
15、(1)本发明在不增加任何辅助设计和主电路器件情况下，实现了级联型恒流充电电源输出电流的恒流控制，同时降低了输出电流纹波；
16、(2)充电过程级联模块中开关管大部分时间工作在直通状态，有效降低了开关损耗，有利于减小开关管热管理系统的体积和重量。
1.一种基于级联型恒流源拓扑的载波层叠调制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于级联型恒流源拓扑的载波层叠调制方法，其特征在于，所步骤5中，调制波的信号是电压外环结合电流内环的双闭环pi控制输出的控制信号，变化范围为(0-n)vm。
3.根据权利要求2所述的一种基于级联型恒流源拓扑的载波层叠调制方法，其特征在于，所步骤5中，当调制波的信号大于或等于某级载波信号时，对应输出高电平作为该级的pwm驱动信号；当调制波的信号小于某级载波信号时，对应输出低电平作为该级的pwm驱动信号。
4.根据权利要求3所述的一种基于级联型恒流源拓扑的载波层叠调制方法，其特征在于，所步骤5中，当调制波的信号在0-vm之间，级联型恒流电源系统中只有第一级级联模块处于调制状态，其余级联模块工作在二极管续流状态；通过这样的控制方式，每级级联模块在系统运行整个时间内只有一部分时间处于开关状态。
