多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述ppt课件

1、陈阿莲 王鸿雁 何湘宁浙江大学电气工程学院03/011/0111。现有多电平变换器拓扑和控制方法的简单概述。现有多电平变换器拓扑和控制方法的简单概述2。APEC2002-2003中提出的新拓扑和新控制方法中提出的新拓扑和新控制方法3。我们在多电平拓扑和控制方面所作的任务。我们在多电平拓扑和控制方面所作的任务Sa1Sa2Sa3Sa4Sa1Sa2Sa3Sa4Sb1Sb2Sb3Sb4Sb1Sb2Sb3Sb4C1C2C3C4+-Da1Da2Da3Da1Da2Da3Db1Db2Db3Db1Db2Db3VdcLOAD0V1V2V3V4V5ab图1 单相二级管箝位型五电平变换器主电路构造特点： 可控制无功功

2、率流，但是传送有功功率时，存在直流分压电容电压不平衡问题。 v back-to-back衔接v外加电压调理控制器v经过改良拓扑构造v经过改良调制方法VoOVoO图3 二极管箝位/飞跨电容型混合五电平变换器拓扑Sa1Sa2Sa3Sa4Sa1Sa2Sa3Sa4Sb1Sb2Sb3Sb4Sb1Sb2Sb3Sb4C1C2C3C4+-Ca3Ca2Ca3Ca1Ca2Ca3Cb3Cb2Cb3Cb1Cb2Cb3Vdc0V1V2V3V4V5abLOAD特点：大量的开关组合冗余，可用于电压平衡控制；普通采用相移PWM调制 在纯无功负载情况下，电容电压不能平衡，因此不能用于无功补偿等场所。VdcVdcLoadVdcV

3、dc特点：无需箝位二极管和箝位电容，在三种电路构造中，对于一样电平数，所需器件最少，易于封装；需多个独立直流电压源。该构造适用于各种可再生能源，如，燃料电池，光伏电池等。2VdcLoadVdc图6 混合级联型多电平变换器拓扑Sn1Sp1Dp1Dn1C1Sc1Sp2Dp2Dc1C2Sn2Sc2Dc2Dn2C3Sc3Sp3Dp3Dc3C4Sc5Sc4Dc4Dc5C5Sn3Sc6Dc6Dn3C6Sc7Sp4Dp4Dc7C7Sc9Sc8Dc8Dc9C8Sc11Sc10Dc10Dc11C9Sn4Sc12Dc12Dn4C102-Level3-Level4-Level5-LevelVoVdcVdcVdcVd

4、c图7 通用五电平单臂电路(a) 消谐波消谐波PWM方法方法SHPWM (b) 开关频率优化开关频率优化PWM方法方法SFOPWM (c) 载波带频率变化的载波带频率变化的PWM方法方法 (d) 相移载波相移载波PWM方法方法1.2.1 基于载波的多电平PWM控制方法图7 基于载波的多电平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图8 三电平逆变器空间电压矢量图 多电平SVPWM法和两电平SVPWM法一样，是一种建立在空间矢量合成概念上的PWM法，它的最大优点在于概念明晰，反映了SPWM的本质，电压利用率高，易于数字实现等，缺乏之处在于当电平数超越5时，算法过于复杂。 在近两年APEC中研讨比较多的拓扑和控制方法：拓扑：二极管箝位型和级联型控制方法：空间矢量PWM四电平Marx逆变器Marx 单元半桥单元M级图9 四电平Marx逆变器v一种通用的空间矢量PWM控制算法：处

6、理了空间矢量计算的复杂性，并且该法可以运用于恣意电平的H-桥级联型多电平拓扑。APEC2003v v用于级联型多电平变换器的错时采样的空间矢量调制方法，大大减小了谐波分量。vAPEC2003v减少电流纹波的空间矢量混合PWM技术。级联型APEC2003v v减少共模电压的滞流调理战略。运用三个独立的多电平滞流调理器来产生三套互补的门极信号。APEC2003v 3.1 提出了基于根本单元串并并串思想生成多电平变换器提出了基于根本单元串并并串思想生成多电平变换器拓扑的新方法拓扑的新方法由该方法不仅可以得到已有的三类根本多电平变换器拓扑，而且可以推导得到一系列新的拓扑构造，从而将多电平变换器拓扑构造

7、的研讨一致在根本构成单元的范畴之内，为多电平变换器拓扑构造的研讨提供了一个新的指点原那么。Sa1Sa2V1V2VoutSa1V2Vout1V1V3Vout2Sa3Sa2Sa4V1Sa2Sa1Vout1V2Sa4Sa3Vout2a多电平变换器的根本单元 b 根本单元的串联 c 根本单元的并联图11 根本单元的概念sa2sa4sa3+sa2-+vdc1sa5sa1vo1sa1vdc2vo2sa6vo+sa4sa3sa7sa8-+图12 2H/3-H级联型多电平变换器拓扑表1 几种多电平拓扑单臂电路输出15电平常所需元件数的比较(b) 3-H单元的输出波形 (c) 相电压输出波形 图13 改良级联型

8、拓扑的仿真波形0C5Dc10Dc6sc1sn11VdcDc9Dp4Dc5sc12Dn1Dc8Dc12Dn4C6sc8sn2C4sc7sc9Dp3Sa2C71Vdcsc2Dc2sc4sp2C1Dc4Dc1sc6sc3Dn3sn4sp4sp1Da1Dc7Dc3sc5Dp2sn3sp3C3Sa1Dc11C2sc11Dn2Da21Vdcsc101VdcDp1vo图16 具有冗余功能的五电平变换器单臂电路 Sn1Sp1Dp1Dn1C1Sc1Sp2Dp2Dc1C2Sn2Sc2Dc2Dn2C3Sc3Sp3Dp3Dc3C4Sc5Sc4Dc4Dc5C5Sn3Sc6Dc6Dn3C6Sc7Sp4Dp4Dc7C7Sc

9、9Sc8Dc8Dc9C8Sc11Sc10Dc10Dc11C9Sn4Sc12Dc12Dn4C102-Level3-Level4-Level5-LevelVoVdcVdcVdcVdc图15 通用五电平单臂电路思想：拓扑存在着多种开关形状组合，当器件发生断路缺点思想：拓扑存在着多种开关形状组合，当器件发生断路缺点时，改动开关形状组合，使发生缺点的器件处于关断形状；时，改动开关形状组合，使发生缺点的器件处于关断形状；当器件发生短路缺点时，改动开关形状组合，使发生缺点的当器件发生短路缺点时，改动开关形状组合，使发生缺点的器件处于导通形状。器件处于导通形状。l载波的自在度：l 对于载波而言，至少有频率、幅

10、值、相位、程度方向的偏移量和竖直方向的偏移量等多个可调理控制的参数l调制波的自在度l 对于调制波而言，至少有频率、幅值和相位，叠加零序分量等多个自在度l自在度之间的组合l 假设把载波自在度和调制波的自在度按照一定的原那么进展相互组合，以系统的性能目的优化为目的，将产生一些具有实践意义的新型多电平逆变器PWM控制方法，这种控制自在度组合的思想为多电平变换器高性能的实现提供了能够00.02-4-2024time(s)Voltage(p.u.)00.02-4-2024time(s)Voltage(p.u.)a 载波交叠式PWM方法原理图 b 载波交叠开关频率优化PWM方法原理图 2),min(),m

11、ax(cbacbazeroVVVVVVVzeroaaVVV*zerobbVVV*zeroccVVV*l多电平逆变器的载波交叠式PWM方法在调制度小于0.85的范围内，其谐波特性要远远优于传统的消谐波PWM方法；在高调制度范围内其谐波特性和传统的消谐波PWM方法根本一样 l载波交叠开关频率优化PWM方法除具有载波交叠式PWM方法的优点外，还添加了直流电压的利用率，使调制度到达1.15，该方法适宜高电压调制度的三相功率变换场所%100%121nnVVTHD0.10.20.30.40.50.60.70.80.911.1020406080100120140Modulation IndexTHD%SHPWMCOPWMSFOPWMCOSFOPWMa 三电平逆变器COPWM方法调制度为0.8的相电压波形和线电压波形的实验结果 b 三电平逆变器COSFOPWM方法调制度为0.8的相电压波形和线电压波形的实验结果 我们对飞跨电容型拓扑也得到了基