传统三电平逆变.ppt

APSC 主要内容 ? 大功率变流器发展概述 ? 大功率变流器的拓扑发展 ? 常用调制策略和控制方案 大功率变流器发展概述 受开关管功率和耐压的限制，无法实现高压大功率输出 大功率、高耐压的电力电子变流器的发展需要 解决方案? 更高输出性能的要求 同时高压大功率器件允许的开关频率低 电路拓扑和控制策略 更好的电路拓扑 合适的控制策略 能够提高大功率变流器的性价比 推动着电力电子变流器的发展 Then？ 大功率变流器拓扑的发展 普通变流器 开关器件的串、并联 静、动态电压以及电流不均衡等问题 输出两电平 电压波动大 产生较大谐波 应用范围非常有限 多 重 化 结 构 早期提高大容量的一个方法 对于M个三相变流电路，将其输出波形的相位依次错开π/(3M)运行，连同抵消他们之间相位差的变压器（移相变压器），可以构成脉波数为6M的变流器系统。 为了减小谐波，常常把几个输出矩形波叠加成正弦波的波形。 为了减小谐波，各装置输出波形需错开一定角度，影响输出基波叠加。 不足！ 必须使用特殊设计的移相变压器。 多 电 平 变 流 器 电力系统直流输电、 无功补偿、电力有源滤波、 高压大功率交流电动机变频 调速系统的发展需要 多电平逆变器 传统电力电子装置的谐波污染 二极管箝位型多电平变流器 级联H桥多电平变流器 电容箝位型多电平变流器 二极管箝位型 输出功率大，器件开关频率低，等效开关频率高；交流侧不需要变压器连接。 箝位二极管的耐压较高，数量庞大；开关器件的导通负载不一致。同时直流侧各电容的充放电时间各不相同，从而造成电容电压不平衡。 不足！ 飞跨电容型 开关方式灵活、对功率器件保护能力较强；既能控制有功功率，又能控制无功功率。 需要大量的存储电容；开关器件的导通负载不一致。为了使各电容的充放电时间保持平衡，对于中间侧电平需采用不同的开关组合，这就增加了系统控制的复杂性。 不足！ ①获得同样的电平数，使用的元器件最少；②容易进行模块化设计和封装；③直流侧均压容易实现；④可以在线切除故障单元，保证系统继续工作（冗余能力）。 需要独立直流电源！ 不足！ 级联型 拓扑比较 优点 缺点 适用场合 二极管箝位 电路和控制方式简单 便于能量双向流动 功率因素可调 直流侧电容 均压困难 中高压变频调速 飞跨电容 谐波低、损耗小 大功率高压 箝位电容多 体积庞大 电容电压不均衡 变频器 级联式 独立直流电源、 无均压问题、 模块化设计、便于扩展 适用于7-9电平以上的多电平场合 独立电源多 不易四象限运行 电力有源滤波器、 交流电机、 无功补偿 几种多电平拓扑优缺点比较 变换器 所需器件 主开关管 反并二极管 箝位二极管 直流侧电容器（电压源） 箝位电容器 二极管箝位 飞跨电容型 链式H桥型 （其中，m为电平数） 三种拓扑所需器件对比 多电平变流器具有输出功率大、器件开关频率低、变流器等效开关频率高、输出谐波小、动态响应快、电磁兼容性好的优点 多 电 平 应 用 综 述 目前多电平变流器的主要应用主要体现在大功率电机传动和电力系统中的无功功率补偿两大方面，另外在高压直流变换、有源电力滤波等领域也有应用。 大功率变流器拓扑的调制策略 多电平变换器的PWM控制方法主要有两类：三角载波调制法和空间电压矢量调制法(SVPWM)，它们都是两电平PWM技术在多电平中的扩展。 三角载波调制法又有载波移相法(Phase Shifted Carrier PWM)、载波层叠法(Carrier Disposition PWM)、特定谐波消去法(SHEPWM)等 多电平空间矢量调制法也有不同的实现途径 三 角 载 波 相 移 法 这种调制方法的每个模块的SPWM信号都是由一个三角载波和两个反相的正弦波比较产生(左、右桥臂三角波相同，正弦波相位相反)。 所有模块的正弦波都相同，但每个模块的三角载波与它相邻模块的三角载波之间有一个相移 等效开关频率提高到原来的N倍，大大减小输出谐波。 三 角 载 波 层 叠 法 对于n+1电平的逆变器，由n组频率和幅值相同的三角载波分布在横轴上下连续层叠，用同一个正弦调制波进行调制。 三角载波组与正弦调制波进行比较生成PWM脉冲后，就可以控制逆变器的开关管工作，从而使逆变器输出PWM多电平电压 广泛应用于二极管箝位式多电平逆变器 空 间 矢 量 控 制 多电平SVPWM方法是由两电平SVPWM方法推广而来，即用变换器输出相电压的平均矢量去逼近某一理论参考相电压矢量Vref 此种空间矢量PWM控制方法不是很理解