模块化多电平变换器及其应用研究(4)

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3.级联型

级联型多电平逆变器没有直流侧电压不平衡的问题，但是，需要额外的独立直流电源。由于其采用H桥作为基本功率单元，具有模块化布局与封装的优点，在高电压驱动方面取得了较好的应用。

三种拓扑方式所共有的优点是：

①电平数越高，输出电压谐波含量越低；

②器件开关频率低，开关损耗小；

③器件应力小，无需动态均压[2]。

三种拓扑方式各自的缺点是：

二极管箝位型需要大量的箝位二极管；飞跨电容型需要大量的箝位电容，而且这两种电路还存在直流侧分压电容电压不均衡问题；对于第三种级联型而言，它不需要前二种电路所需的大量箝位二极管和箝位电容，易于封装；基于传统的2电平低压小容量全桥变换器的结构单元，结构简单，技术成熟，易于模块化；每个单元由一路直流电源单独供电，所以不存在电容电压不平衡问题，但这一点也是这种电路的缺点昕在，因为产生多路的独立直流电源往往是困难的。

由此可见，图1所示的三种基本拓扑结构均有相应的优缺点。因此对多电平逆变器的拓扑结构进行研究，应从简化结构、模块化的角度出发，在现有的多电平拓扑结构的基础上，构造出新的多电平拓扑结构。理想的多电平逆变器拓扑结构应具有以下特征：①电平易于扩展。②尽量少的独立直流电源。③没有电压平衡问题。④模块化结构。因此，对于特定的应用场合，我们可以研究不同拓扑的基本单元之问，以级联的方式所构成的多电平结构，来解决现有拓扑结构存在的问题，同时，对组合拓扑结构的调制策略进行研究。

多电平逆变器通用组合拓扑结构

对于多电平逆变器组合拓扑结构的构成形式，从所采用的调制策略及拓扑结构的优劣比较出发，我们概括了单相N电平逆变器K单元级联的通用拓扑结构形式。

可以看出通用拓扑结构形式的基本元素为M电平全桥单元，具有模块化的特点；同时，在通用拓扑结构形式中，有几个可以控制的自由度，如：全桥模块单元的类型、全桥模块单元的电平数、模块间直流侧电压的比例关系等。对这些自由度的选择(改变某一个自由度或几个自由度相互结合)，将会导致不同的组合拓扑结构的产生。混合拓扑结构均可以认为是通用组合拓扑结构的特例。

1.4模块化多电平逆变器的发展现状

1.5 本文研究的内容

模块化多电平逆变器适应于轻型直流输电系统，所参考的资料综合了国内外

文献，但是限于目前对模块化多电平逆变器的研究较少，本文对多种逆变器进行

了研究总结后，对模块化多电平逆变器的拓扑结构、工作机制、控制方法、软件

设计和主电路进行了研究，本文研究的主要内容如下：

模块化多电平逆变器的基本模型

图1.1 模块化多电平逆变器的基本模型

本文绪论部分介绍了模块化多电平逆变器的产生背景、发展现状和应用前景，分析了模块化多电平逆变器应用在轻型直流输电系统中的优越性。

第二章主要研究了目前常见的多电平逆变器的拓扑结构，对各种结构的优缺点进行分析和总结后，重点介绍了模块化多电平逆变器的拓扑结构，分析了此种拓扑结构的特点，同时对模块化多电平逆变器电平数的选择研究了参考意见。第三章主要对模块化多电平逆变器的工作原理进行分析，建立了它的数学模型，对H型子模块和半H型予模块的：工作状态进行研究和总结；同时，分析了模块化多电平逆变器的控制策略。通过对通用的几种调制算法进行比较后，研究了一种优化的PWM调制算法并进行了研究。