多电平逆变器简介.pdf

多电平逆变器拓扑结构及其控制策略的比较 多电平逆变器主要有三种拓扑结构：二极管箝位型、飞跨电容型和级联型。 二极管箝位型电路需要保证直流侧电容均压， 控制困难， 实际应用中还是三电平 电路为主，一般不超过五电平。飞跨电容型，亦称电容箝位型，同样存在电容电 压平衡控制及冗余开关状态优化的问题，实际应用较少。 级联型多电平逆变器，又称链式逆变器，以普通的单相全桥（ H 桥）逆变器 为基本单元，将若干个功率单元直接串联，串联数越多，输出电平数也越多。 它的优点是不存在电容平衡问题， 电路可靠性提高， 易于模块化，适合 7 电平、 9 电平及以上的多电平应用，是目前应用最广的多电平电路。缺点是需要多路 独立的直流电源且不易实现四象限运行。 多电平逆变器的 PWM 控制策略可分为： 在上述的多电平逆变器的 PWM 控制法中，空间电压矢量控制法适用于三 - 五电平的逆变器， 五电平以上的多电平逆变器空间电压矢量数目较多， 控制算法 复杂，不适合用该方法。对于五电平以上的多电平逆变器，适合采用载波调制 PWM 控制法。 载波层叠 PWM 控制法和开关频率优化 PWM 控制法，既可用于二极管箝位 型和飞跨电容型逆变器， 也可以应用于具有独立直流电源的级联型逆变器。 载波 移相 PWM 控制法和开关频率优化 PWM 控制法，则适合于级联型多电平逆变器。 开关频率优化 PWM 控制法由于正弦调制波中加入了三次谐波， 因而只适用 于三相多电平逆变器。 对于三相具有独立直流电源的级联型多电平逆变器， 载波移相和开关频率优 化结合的 PWM 控制法，可提高等效开关频率，控制效果更好。 多电平三相逆变器中， 空间矢量密集， 可供选择的矢量模大小种类很多， 电 压合成更加接近正弦波， 所以多电平的空间电压矢量法控制进度高， 输出电压的 谐波含量小。但在电平数在 5 电平以上的多电平逆变器中，此时空间电压矢量 PWM 法控制算法非常复杂。 一、 NPC型多电平逆变器 优点： 1）可根据不同的需要选择不同的功率器件，提高功率器件的利用率； 2 ） 电平数越大，输出电压的谐波含量就越少， 输出电压波形与正弦波就越接近； 3） 可直接实现大功率和高电压，功率变换装置的成本降低。 缺点：1）每相桥臂开关器件的工作频率不同， 造成了各开关器件的负荷不一致； 2 ）对于 m电平电路来说，每个桥臂需要（ m-1）（m-2）个箝位二极管，即随着电 平数的增加，所需箝位二极管数目将快速增加，成本增加； 3 ）电平数越大，利 用冗余开关状态来平衡分压电容的电压平衡的控制算法就越复杂。 二极管箝位型三电平逆变器 1. 拓扑结构 3 三电平逆变器共有 3 =27 的空间电压矢量， 3 个零矢量，独立的空间电压矢量有 19 （=1+1*6+2*6 ）个，60°区域小三角形个数为 1+3=4。 2. 控制策略 1）开关频率优化 PWM控制法 具体做法是在正弦调制波中加入零序分量， 或者正弦波改成梯形调制波， 目 的是将正弦波的波顶压平， 降低开关频率， 提高直流电压利用率。