多電平變換器拓?fù)浼翱刂萍夹g(shù)的發(fā)展綜述ppt課件

1、陳阿蓮 王鴻雁 何湘寧浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院03/011/0111。現(xiàn)有多電平變換器拓?fù)浜涂刂品椒ǖ暮?jiǎn)單概述?，F(xiàn)有多電平變換器拓?fù)浜涂刂品椒ǖ暮?jiǎn)單概述2。APEC2002-2003中提出的新拓?fù)浜托驴刂品椒ㄖ刑岢龅男峦負(fù)浜托驴刂品椒?。我們?cè)诙嚯娖酵負(fù)浜涂刂品矫嫠鞯娜蝿?wù)。我們?cè)诙嚯娖酵負(fù)浜涂刂品矫嫠鞯娜蝿?wù)Sa1Sa2Sa3Sa4Sa1Sa2Sa3Sa4Sb1Sb2Sb3Sb4Sb1Sb2Sb3Sb4C1C2C3C4+-Da1Da2Da3Da1Da2Da3Db1Db2Db3Db1Db2Db3VdcLOAD0V1V2V3V4V5ab圖1 單相二級(jí)管箝位型五電平變換器主電路構(gòu)造特點(diǎn)： 可控制無(wú)功功

2、率流，但是傳送有功功率時(shí)，存在直流分壓電容電壓不平衡問(wèn)題。 v back-to-back銜接v外加電壓調(diào)理控制器v經(jīng)過(guò)改良拓?fù)錁?gòu)造v經(jīng)過(guò)改良調(diào)制方法VoOVoO圖3 二極管箝位/飛跨電容型混合五電平變換器拓?fù)銼a1Sa2Sa3Sa4Sa1Sa2Sa3Sa4Sb1Sb2Sb3Sb4Sb1Sb2Sb3Sb4C1C2C3C4+-Ca3Ca2Ca3Ca1Ca2Ca3Cb3Cb2Cb3Cb1Cb2Cb3Vdc0V1V2V3V4V5abLOAD特點(diǎn)：大量的開(kāi)關(guān)組合冗余，可用于電壓平衡控制；普通采用相移PWM調(diào)制 在純無(wú)功負(fù)載情況下，電容電壓不能平衡，因此不能用于無(wú)功補(bǔ)償?shù)葓?chǎng)所。VdcVdcLoadVdcV

3、dc特點(diǎn)：無(wú)需箝位二極管和箝位電容，在三種電路構(gòu)造中，對(duì)于一樣電平數(shù)，所需器件最少，易于封裝；需多個(gè)獨(dú)立直流電壓源。該構(gòu)造適用于各種可再生能源，如，燃料電池，光伏電池等。2VdcLoadVdc圖6 混合級(jí)聯(lián)型多電平變換器拓?fù)銼n1Sp1Dp1Dn1C1Sc1Sp2Dp2Dc1C2Sn2Sc2Dc2Dn2C3Sc3Sp3Dp3Dc3C4Sc5Sc4Dc4Dc5C5Sn3Sc6Dc6Dn3C6Sc7Sp4Dp4Dc7C7Sc9Sc8Dc8Dc9C8Sc11Sc10Dc10Dc11C9Sn4Sc12Dc12Dn4C102-Level3-Level4-Level5-LevelVoVdcVdcVdcVd

4、c圖7 通用五電平單臂電路(a) 消諧波消諧波PWM方法方法SHPWM (b) 開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化PWM方法方法SFOPWM (c) 載波帶頻率變化的載波帶頻率變化的PWM方法方法 (d) 相移載波相移載波PWM方法方法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V2(101)(0-10)V8(1-10)V17(11-1)V16(01-1)V15(-11-1)V18(10-1)V6(110)(00-1)V5(010)(-10-1)V14(-110)V7(1-1-1)(0-1-1)V1(100)(-1-1-1)(000)V0(111)(-100)V4(01

5、1)V13(-111)(-1-10)V3(001)V12(-101)V9(1-11)V10(0-11)V11(-1-11)234561BDCAABDC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)在于概念明晰，反映了SPWM的本質(zhì)，電壓利用率高，易于數(shù)字實(shí)現(xiàn)等，缺乏之處在于當(dāng)電平數(shù)超越5時(shí)，算法過(guò)于復(fù)雜。 在近兩年APEC中研討比較多的拓?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Marx 單元半橋單元M級(jí)圖9 四電平Marx逆變器v一種通用的空間矢量PWM控制算法：處

6、理了空間矢量計(jì)算的復(fù)雜性，并且該法可以運(yùn)用于恣意電平的H-橋級(jí)聯(lián)型多電平拓?fù)?。APEC2003v v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。vAPEC2003v減少電流紋波的空間矢量混合PWM技術(shù)。級(jí)聯(lián)型APEC2003v v減少共模電壓的滯流調(diào)理戰(zhàn)略。運(yùn)用三個(gè)獨(dú)立的多電平滯流調(diào)理器來(lái)產(chǎn)生三套互補(bǔ)的門極信號(hào)。APEC2003v 3.1 提出了基于根本單元串并并串思想生成多電平變換器提出了基于根本單元串并并串思想生成多電平變換器拓?fù)涞男路椒ㄍ負(fù)涞男路椒ㄓ稍摲椒ú粌H可以得到已有的三類根本多電平變換器拓?fù)?，而且可以推?dǎo)得到一系列新的拓?fù)錁?gòu)造，從而將多電平變換器拓?fù)錁?gòu)造

7、的研討一致在根本構(gòu)成單元的范疇之內(nèi)，為多電平變換器拓?fù)錁?gòu)造的研討提供了一個(gè)新的指點(diǎn)原那么。Sa1Sa2V1V2VoutSa1V2Vout1V1V3Vout2Sa3Sa2Sa4V1Sa2Sa1Vout1V2Sa4Sa3Vout2a多電平變換器的根本單元 b 根本單元的串聯(lián) c 根本單元的并聯(lián)圖11 根本單元的概念sa2sa4sa3+sa2-+vdc1sa5sa1vo1sa1vdc2vo2sa6vo+sa4sa3sa7sa8-+圖12 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電平常所需元件數(shù)的比較(b) 3-H單元的輸出波形 (c) 相電壓輸出波形 圖13 改良級(jí)聯(lián)型

8、拓?fù)涞姆抡娌ㄐ?C5Dc10Dc6sc1sn11VdcDc9Dp4Dc5sc12Dn1Dc8Dc12Dn4C6sc8sn2C4sc7sc9Dp3Sa2C71Vdcsc2Dc2sc4sp2C1Dc4Dc1sc6sc3Dn3sn4sp4sp1Da1Dc7Dc3sc5Dp2sn3sp3C3Sa1Dc11C2sc11Dn2Da21Vdcsc101VdcDp1vo圖16 具有冗余功能的五電平變換器單臂電路 Sn1Sp1Dp1Dn1C1Sc1Sp2Dp2Dc1C2Sn2Sc2Dc2Dn2C3Sc3Sp3Dp3Dc3C4Sc5Sc4Dc4Dc5C5Sn3Sc6Dc6Dn3C6Sc7Sp4Dp4Dc7C7Sc

9、9Sc8Dc8Dc9C8Sc11Sc10Dc10Dc11C9Sn4Sc12Dc12Dn4C102-Level3-Level4-Level5-LevelVoVdcVdcVdcVdc圖15 通用五電平單臂電路思想：拓?fù)浯嬖谥喾N開(kāi)關(guān)形狀組合，當(dāng)器件發(fā)生斷路缺點(diǎn)思想：拓?fù)浯嬖谥喾N開(kāi)關(guān)形狀組合，當(dāng)器件發(fā)生斷路缺點(diǎn)時(shí)，改動(dòng)開(kāi)關(guān)形狀組合，使發(fā)生缺點(diǎn)的器件處于關(guān)斷形狀；時(shí)，改動(dòng)開(kāi)關(guān)形狀組合，使發(fā)生缺點(diǎn)的器件處于關(guān)斷形狀；當(dāng)器件發(fā)生短路缺點(diǎn)時(shí)，改動(dòng)開(kāi)關(guān)形狀組合，使發(fā)生缺點(diǎn)的當(dāng)器件發(fā)生短路缺點(diǎn)時(shí)，改動(dòng)開(kāi)關(guān)形狀組合，使發(fā)生缺點(diǎn)的器件處于導(dǎo)通形狀。器件處于導(dǎo)通形狀。l載波的自在度：l 對(duì)于載波而言，至少有頻率、幅

10、值、相位、程度方向的偏移量和豎直方向的偏移量等多個(gè)可調(diào)理控制的參數(shù)l調(diào)制波的自在度l 對(duì)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)自在度l自在度之間的組合l 假設(shè)把載波自在度和調(diào)制波的自在度按照一定的原那么進(jìn)展相互組合，以系統(tǒng)的性能目的優(yōu)化為目的，將產(chǎn)生一些具有實(shí)踐意義的新型多電平逆變器PWM控制方法，這種控制自在度組合的思想為多電平變換器高性能的實(shí)現(xiàn)提供了能夠00.02-4-2024time(s)Voltage(p.u.)00.02-4-2024time(s)Voltage(p.u.)a 載波交疊式PWM方法原理圖 b 載波交疊開(kāi)關(guān)頻率優(yōu)化PWM方法原理圖 2),min(),m

11、ax(cbacbazeroVVVVVVVzeroaaVVV*zerobbVVV*zeroccVVV*l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方法根本一樣 l載波交疊開(kāi)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，還添加了直流電壓的利用率，使調(diào)制度到達(dá)1.15，該方法適宜高電壓調(diào)制度的三相功率變換場(chǎng)所%100%121nnVVTHD0.10.20.30.40.50.60.70.80.911.1020406080100120140Modulation IndexTHD%SHPWMCOPWMSFOPWMCOSFOPWMa 三電平逆變器COPWM方法調(diào)制度為0.8的相電壓波形和線電壓波形的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 b 三電平逆變器COSFOPWM方法調(diào)制度為0.8的相電壓波形和線電壓波形的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 我們對(duì)飛跨電容型拓?fù)湟驳玫搅嘶?/p>