多電平變換器拓撲及控制技術的發(fā)展綜述.ppt

1、多電平變換器拓撲及控制技術的發(fā)展綜述,http:/,主要內容：,1?，F(xiàn)有多電平變換器拓撲和控制方法的簡單概述 2。APEC2002-2003中提出的新拓撲和新控制方法 3。我們在多電平拓撲和控制方面所作的工作,http:/,1.1 多電平變換器拓撲的簡單概述,圖1 單相二級管箝位型五電平變換器主電路結構,特點： 可控制無功功率流，但是傳遞有功功率時，存在直流分壓電容電壓不平衡問題。,back-to-back連接 外加電壓調節(jié)控制器 通過改進拓撲結構 通過改進調制方法,http:/,圖2 改進的二極管箝位型五電平變換器電路拓撲,圖3 二極管箝位/飛跨電容型混合五電平變換器拓撲,http:/,圖4

2、 單相飛跨電容型五電平變換器主電路結構,特點：大量的開關組合冗余，可用于電壓平衡控制； （一般采用相移PWM調制） 在純無功負載情況下，電容電壓不能平衡，因此不能用于無功補償?shù)葓龊稀?http:/,圖5 單相級聯(lián)型七電平變換器主電路結構,特點：無需箝位二極管和箝位電容，在三種電路結構中，對于相同電平數(shù)，所需器件最少，易于封裝；需多個獨立直流電壓源。該結構適用于各種可再生能源，如，燃料電池，光伏電池等。,圖6 混合級聯(lián)型多電平變換器拓撲,http:/,通用的多電平變換器拓撲,圖7 通用五電平單臂電路,http:/,1.2 多電平變換器控制方法的簡單概述,(a) 消諧波PWM方法（SHPWM）,(

3、b) 開關頻率優(yōu)化PWM方法（SFOPWM）,(c) 載波帶頻率變化的PWM方法 (d) 相移載波PWM方法,1.2.1 基于載波的多電平PWM控制方法,圖7 基于載波的多電平PWM控制方法,http:/,1.2.2 多電平逆變器空間矢量PWM控制方法,圖8 三電平逆變器空間電壓矢量圖,多電平SVPWM法和兩電平SVPWM法一樣，是一種建立在空間矢量合成概念上的PWM法，它的最大優(yōu)點在于概念清晰，反映了SPWM的本質，電壓利用率高，易于數(shù)字實現(xiàn)等，不足之處在于當電平數(shù)超過5時，算法過于復雜。,http:/,2. APEC2002-2003中提出的新拓撲和控制方法,在近兩年APEC中研究比較多的

4、拓撲和控制方法： 拓撲：二極管箝位型和級聯(lián)型 控制方法：空間矢量PWM,http:/,四電平Marx逆變器 （APEC2003）,四電平Marx逆變器,Marx 單元,半橋單元（M級）,圖9 四電平Marx逆變器,http:/,一種應用于有源整流或無功補償?shù)男碌幕旌隙嚯娖阶儞Q器拓撲：(APEC2002),http:/,圖10 混合多電平變換器原理圖,http:/,新的控制方法,一種通用的空間矢量PWM控制算法：解決了空間矢量計算的復雜性，并且該法可以應用于任意電平的H-橋級聯(lián)型多電平拓撲。（APEC2003） 用于級聯(lián)型多電平變換器的錯時采樣的空間矢量調制方法，大大減小了諧波分量。 （APEC

5、2003） 減少電流紋波的空間矢量混合PWM技術。（級聯(lián)型）（APEC2003） 減少共模電壓的滯流調節(jié)策略。使用三個獨立的多電平滯流調節(jié)器來產(chǎn)生三套互補的門極信號。（APEC2003）,http:/,3. 我們在多電平拓撲和控制方面所作的工作,3.1 提出了基于基本單元串并（并串）思想生成多電平變換器拓撲的新方法,由該方法不僅可以得到已有的三類基本多電平變換器拓撲，而且可以推導得到一系列新的拓撲結構，從而將多電平變換器拓撲結構的研究統(tǒng)一在基本構成單元的范疇之內，為多電平變換器拓撲結構的研究提供了一個新的指導原則。,（a）多電平變換器的基本單元 （b） 基本單元的串聯(lián) （c） 基本單元的并聯(lián)

6、圖11 基本單元的概念,http:/,3.2 改進的級聯(lián)型多電平變換器拓撲,圖12 2H/3-H級聯(lián)型多電平變換器拓撲,表1 幾種多電平拓撲單臂電路輸出15電平時所需元件數(shù)的比較,http:/,(a) 3-H單元的輸出波形,(b) 3-H單元的輸出波形,(c) 相電壓輸出波形,圖13 改進級聯(lián)型拓撲的仿真波形,http:/,圖14 改進級聯(lián)型拓撲的實驗結果,（b） Vdc1=3vdc2,（c） Vdc1=4vdc2,（a） Vdc1=2vdc2,（d) Vdc1=6vdc2,http:/,3.3 提出一種具有冗余功能的多電平變換器拓撲,圖16 具有冗余功能的五電平變換器單臂電路,圖15 通用五

7、電平單臂電路,思想：拓撲存在著多種開關狀態(tài)組合，當器件發(fā)生斷路故障時，改變開關狀態(tài)組合，使發(fā)生故障的器件處于關斷狀態(tài)；當器件發(fā)生短路故障時，改變開關狀態(tài)組合，使發(fā)生故障的器件處于導通狀態(tài)。,http:/,圖18 器件故障時的實驗結果,圖17 消諧波調制方法,(a) sp1斷路故障時輸出電壓,(b) sp2短路故障時輸出電壓,http:/,3.4 提出基于控制自由度組合的載波PWM控制方法,載波的自由度： 對于載波而言，至少有頻率、幅值、相位、水平方向的偏移量和豎直方向的偏移量等多個可調節(jié)控制的參數(shù),調制波的自由度 對于調制波而言，至少有頻率、幅值和相位，疊加零序分量等多個自由度,自由度之間的組

8、合 如果把載波自由度和調制波的自由度按照一定的原則進行相互組合，以系統(tǒng)的性能指標優(yōu)化為目標，將產(chǎn)生一些具有實際意義的新型多電平逆變器PWM控制方法，這種控制自由度組合的思想為多電平變換器高性能的實現(xiàn)提供了可能,http:/,二極管箝位式多電平變換器新穎載波PWM控制方法,（a） 載波交疊式PWM方法原理圖,（b） 載波交疊開關頻率優(yōu)化PWM方法原理圖,圖19 二極管箝位式多電平變換器新穎載波PWM控制方法,http:/,二極管箝位式多電平變換器新穎載波PWM控制方法的優(yōu)點,多電平逆變器的載波交疊式PWM方法在調制度小于0.85的范圍內，其諧波特性要遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的消諧波PWM方法；在高調制度范圍

9、內其諧波特性和傳統(tǒng)的消諧波PWM方法基本相同 載波交疊開關頻率優(yōu)化PWM方法除具有載波交疊式PWM方法的優(yōu)點外，還增加了直流電壓的利用率，使調制度達到1.15，該方法適合高電壓調制度的三相功率變換場合,http:/,二極管箝位式多電平變換器載波PWM控制方法之間的比較,http:/,圖20 新穎調制方法下的實驗結果,（a） 三電平逆變器COPWM方法調制度為0.8的 相電壓波形和線電壓波形的實驗結果,（b） 三電平逆變器COSFOPWM方法調制度為0.8的 相電壓波形和線電壓波形的實驗結果,我們對飛跨電容型拓撲也得到了基于控制自由度組合額的載波PWM調制方法。,http:/,結論與展望,1. 對多電平變換器拓撲的系統(tǒng)化研究。,2. 多電平變換器最優(yōu)拓撲的研究，使其結