混合不對稱多電平逆變器拓撲及控制策略的研究.pdf

1、由于多電平逆變器可以使耐壓較低的功率開關器件可靠的應用于高壓大功率領域，具有輸出電壓諧波含量低、電磁干擾小等優(yōu)點，已經(jīng)成為當前研究的熱點，并在高壓電機調速、靜止無功補償和柔性交流輸電等領域得到了實際應用。但目前應用的傳統(tǒng)多電平逆變器都存在著一定的缺點，如輸入變壓器結構復雜體積過大、采用的功率開關器件過多及系統(tǒng)可靠性低等?；旌喜粚ΨQ多電平逆變器的出現(xiàn)，可以很好的彌補傳統(tǒng)多電平逆變器的這些不足，在輸出電壓等級和電平數(shù)相同時，采用的功率開關元

2、件更少，逆變器結構更簡單，因此成為多電平逆變器的發(fā)展趨勢。目前對混合不對稱多電平逆變器的研究還處于起步階段，而要在實際中得到應用還存在許多需要考慮和解決的問題。因此，對混合不對稱多電平逆變器控制策略和拓撲結構進行研究并提出相應的改進方法具有很重要的理論意義和實際價值。
　　本文在對目前提出的混合不對稱多電平逆變器拓撲結構及控制策略進行分析的基礎上，針對已提出的控制策略在應用中存在的問題進行了深入的研究，并提出了相應的改進策略。對目

3、前提出的混合不對稱多電平逆變器拓撲進行了進一步改進，使其具有輸出電平增加，可靠性提高及控制更簡單等優(yōu)點，并對其控制策略進行了重點研究。
　　首先建立了混合不對稱多電平逆變器的統(tǒng)一拓撲及不對稱多電平逆變器的數(shù)學模型，為對混合不對稱多電平逆變器的研究奠定了基礎。深入分析了采用混合控制策略時，不對稱多電平逆變器各單元輸出功率隨著級聯(lián)單元數(shù)目和采用不同直流電壓比的不同而變化的情況，并提出了一種改進的混合控制策略。改進后的混合控制策略能夠在

4、控制各單元輸出功率不出現(xiàn)負的情況下，最大程度地提高逆變器輸出電壓等級和電平數(shù)，同時將過調制對輸出電壓的影響降到最低程度。這種改進后的控制策略，可以擴大采用不可控整流供電的混合不對稱多電平逆變器的直流母線電壓選擇范圍，有利于減少逆變器級聯(lián)單元的數(shù)目，降低逆變器的體積與成本。并給出了混合不對稱多電平逆變器的一般設計方法。
　　深入分析了采用混合控制及三次諧波注入法混合控制策略時的混合不對稱多電平逆變器的輸出共模電壓。根據(jù)各單元輸出電壓

5、對逆變器輸出共模電壓的不同影響，提出了一種可以消除共模電壓中高頻PWM成份的混合控制策略。詳細闡述了混合不對稱多電平逆變器采用空間矢量調制策略時與傳統(tǒng)多電平逆變器的差異，分析了不同電壓矢量對輸出共模電壓的不同影響，進而提出通過采用不同的電壓矢量合成方法來抑制共模電壓的空間矢量控制策略，可以完全或者部分消除逆變器輸出共模電壓。
　　在對目前提出的五電平逆變器進行分析比較的基礎上，提出了兩種新型混合不對稱多電平逆變器拓撲結構。通過采用

6、新型的五電平逆變器互相級聯(lián)或者與傳統(tǒng)H橋單元級聯(lián)的方法，可以在輸出同樣電平數(shù)的同時較其他已提出的拓撲結構采用的可控功率開關器件更少。并根據(jù)新型拓撲的結構和各單元采用直流母線電壓比的不同，分別提出了特定諧波消除控制策略、多載波控制策略和混合控制策略，并給出了具體實現(xiàn)方法。
　　針對NPC/H橋型單電源混合不對稱多電平逆變器應用在電機驅動上存在的從逆變器電容電壓穩(wěn)定與主逆變器中點電位平衡難以控制的問題，提出了一種改進的單電源混合不對稱

7、多電平逆變器拓撲結構。該拓撲通過增加一個輔助橋臂對主逆變器中點電位進行獨立控制，可以在很大程度上減輕系統(tǒng)控制的復雜性，同時還具有故障重構功能。在控制策略上以改進的混合控制策略為基礎，主逆變器工作在基波頻率，從逆變器采用占空比調制策略（DCM）工作在高頻。在對主逆變器開關角變化對從逆變器電容電壓的影響進行分析的基礎上，提出采用PI控制來保證從逆變器電容電壓穩(wěn)定的控制方法，同時從逆變器采用冗余狀態(tài)選擇（RSS）的方法來對每個電壓周期內的電容