多電平變換器拓?fù)浼翱刂萍夹g(shù)發(fā)展綜述課件

1、多電平變換器拓?fù)浼翱刂萍夹g(shù)的發(fā)展綜述陳阿蓮 王鴻雁 何湘寧浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院03/011/011主要內(nèi)容：1?，F(xiàn)有多電平變換器拓?fù)浜涂刂品椒ǖ暮唵胃攀?。APEC2002-2003中提出的新拓?fù)浜托驴刂品椒?。我們在多電平拓?fù)浜涂刂品矫嫠鞯墓ぷ?.1 多電平變換器拓?fù)涞暮唵胃攀鰣D1 單相二級(jí)管箝位型五電平變換器主電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 可控制無功功率流，但是傳遞有功功率時(shí)，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(diào)節(jié)控制器通過改進(jìn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過改進(jìn)調(diào)制方法圖2 改進(jìn)的二極管箝位型五電平變換器電路拓?fù)鋱D3 二極管箝位/飛跨電容型混合五電平變換器拓?fù)鋱D5 單相級(jí)聯(lián)型七電平變

2、換器主電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：無需箝位二極管和箝位電容，在三種電路結(jié)構(gòu)中，對于相同電平數(shù)，所需器件最少，易于封裝；需多個(gè)獨(dú)立直流電壓源。該結(jié)構(gòu)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(jí)聯(lián)型多電平變換器拓?fù)渫ㄓ玫亩嚯娖阶儞Q器拓?fù)鋱D7 通用五電平單臂電路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(diǎn)在于概念清晰，反映了SPWM的本質(zhì)，電壓利用率高，易于數(shù)字實(shí)現(xiàn)等，不足之處在于當(dāng)電平數(shù)超過5時(shí)，算法過于復(fù)雜。 2. APEC2002-2003中提出的新拓?fù)浜涂刂?/p>

3、方法在近兩年APEC中研究比較多的拓?fù)浜涂刂品椒ǎ和負(fù)洌憾O管箝位型和級(jí)聯(lián)型控制方法：空間矢量PWM四電平Marx逆變器 （APEC2003） 四電平Marx逆變器Marx 單元半橋單元（M級(jí)）圖9 四電平Marx逆變器一種應(yīng)用于有源整流或無功補(bǔ)償?shù)男碌幕旌隙嚯娖阶儞Q器拓?fù)洌?APEC2002)圖10 混合多電平變換器原理圖 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(jì)算的復(fù)雜性，并且該法可以應(yīng)用于任意電平的H-橋級(jí)聯(lián)型多電平拓?fù)?。（APEC2003）用于級(jí)聯(lián)型多電平變換器的錯(cuò)時(shí)采樣的空間矢量調(diào)制方法，大大減小了諧波分量。（APEC2003）減少電流紋波的空間矢量混合PWM技

4、術(shù)。（級(jí)聯(lián)型）（APEC2003）減少共模電壓的滯流調(diào)節(jié)策略。使用三個(gè)獨(dú)立的多電平滯流調(diào)節(jié)器來產(chǎn)生三套互補(bǔ)的門極信號(hào)。（APEC2003）3.2 改進(jìn)的級(jí)聯(lián)型多電平變換器拓?fù)鋱D12 2H/3-H級(jí)聯(lián)型多電平變換器拓?fù)浔? 幾種多電平拓?fù)鋯伪垭娐份敵?5電平時(shí)所需元件數(shù)的比較(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(jìn)級(jí)聯(lián)型拓?fù)涞姆抡娌ㄐ?.3 提出一種具有冗余功能的多電平變換器拓?fù)鋱D16 具有冗余功能的五電平變換器單臂電路 圖15 通用五電平單臂電路思想：拓?fù)浯嬖谥喾N開關(guān)狀態(tài)組合，當(dāng)器件發(fā)生斷路故障時(shí)，改變開關(guān)狀態(tài)組合，使發(fā)生故障的器件處于關(guān)

5、斷狀態(tài)；當(dāng)器件發(fā)生短路故障時(shí)，改變開關(guān)狀態(tài)組合，使發(fā)生故障的器件處于導(dǎo)通狀態(tài)。圖18 器件故障時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖17 消諧波調(diào)制方法(a) sp1斷路故障時(shí)輸出電壓(b) sp2短路故障時(shí)輸出電壓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(gè)可調(diào)節(jié)控制的參數(shù)調(diào)制波的自由度 對于調(diào)制波而言，至少有頻率、幅值和相位，疊加零序分量等多個(gè)自由度自由度之間的組合 如果把載波自由度和調(diào)制波的自由度按照一定的原則進(jìn)行相互組合，以系統(tǒng)的性能指標(biāo)優(yōu)化為目標(biāo)，將產(chǎn)生一些具有實(shí)際意義的新型多電平逆變器PWM控制方法，這種控

6、制自由度組合的思想為多電平變換器高性能的實(shí)現(xiàn)提供了可能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(guān)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(diǎn)多電平逆變器的載波交疊式PWM方法在調(diào)制度小于0.85的范圍內(nèi)，其諧波特性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的消諧波PWM方法；在高調(diào)制度范圍內(nèi)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(guān)頻率優(yōu)化PWM方法除具有載波交疊式PWM方法的優(yōu)點(diǎn)外，還增加了直流電壓的利用率，使調(diào)制度達(dá)到1.15，該方法適合高電壓調(diào)制度的三相功率變換場合二極管箝位式多電平變換器載波PWM控制方法之間的比較結(jié)論與展望1. 對多電平變換器拓?fù)涞南到y(tǒng)化研究。2. 多電平變換器最優(yōu)拓?fù)涞难芯?，使其結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，性能優(yōu)越。3. 從控制自由度組合的思想