多電平變換器拓?fù)浼翱刂萍夹g(shù)的發(fā)展綜述.ppt

1、多電平變換器拓?fù)浼翱刂萍夹g(shù)的發(fā)展綜述,http:/,主要內(nèi)容：,1?，F(xiàn)有多電平變換器拓?fù)浜涂刂品椒ǖ暮唵胃攀?2。APEC2002-2003中提出的新拓?fù)浜托驴刂品椒?3。我們?cè)诙嚯娖酵負(fù)浜涂刂品矫嫠鞯墓ぷ?http:/,1.1 多電平變換器拓?fù)涞暮唵胃攀?圖1 單相二級(jí)管箝位型五電平變換器主電路結(jié)構(gòu),特點(diǎn)： 可控制無功功率流，但是傳遞有功功率時(shí)，存在直流分壓電容電壓不平衡問題。,back-to-back連接 外加電壓調(diào)節(jié)控制器 通過改進(jìn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 通過改進(jìn)調(diào)制方法,http:/,圖2 改進(jìn)的二極管箝位型五電平變換器電路拓?fù)?圖3 二極管箝位/飛跨電容型混合五電平變換器拓?fù)?http:/,圖4

2、 單相飛跨電容型五電平變換器主電路結(jié)構(gòu),特點(diǎn)：大量的開關(guān)組合冗余，可用于電壓平衡控制； （一般采用相移PWM調(diào)制） 在純無功負(fù)載情況下，電容電壓不能平衡，因此不能用于無功補(bǔ)償?shù)葓?chǎng)合。,http:/,圖5 單相級(jí)聯(lián)型七電平變換器主電路結(jié)構(gòu),特點(diǎn)：無需箝位二極管和箝位電容，在三種電路結(jié)構(gòu)中，對(duì)于相同電平數(shù)，所需器件最少，易于封裝；需多個(gè)獨(dú)立直流電壓源。該結(jié)構(gòu)適用于各種可再生能源，如，燃料電池，光伏電池等。,圖6 混合級(jí)聯(lián)型多電平變換器拓?fù)?http:/,通用的多電平變換器拓?fù)?圖7 通用五電平單臂電路,http:/,1.2 多電平變換器控制方法的簡單概述,(a) 消諧波PWM方法（SHPWM）,(

3、b) 開關(guān)頻率優(yōu)化PWM方法（SFOPWM）,(c) 載波帶頻率變化的PWM方法 (d) 相移載波PWM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,http:/,1.2.2 多電平逆變器空間矢量PWM控制方法,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)在于概念清晰，反映了SPWM的本質(zhì)，電壓利用率高，易于數(shù)字實(shí)現(xiàn)等，不足之處在于當(dāng)電平數(shù)超過5時(shí)，算法過于復(fù)雜。,http:/,2. APEC2002-2003中提出的新拓?fù)浜涂刂品椒?在近兩年APEC中研究比較多的

4、拓?fù)浜涂刂品椒ǎ?拓?fù)洌憾O管箝位型和級(jí)聯(lián)型 控制方法：空間矢量PWM,http:/,四電平Marx逆變器 （APEC2003）,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,http:/,一種應(yīng)用于有源整流或無功補(bǔ)償?shù)男碌幕旌隙嚯娖阶儞Q器拓?fù)洌?APEC2002),http:/,圖10 混合多電平變換器原理圖,http:/,新的控制方法,一種通用的空間矢量PWM控制算法：解決了空間矢量計(jì)算的復(fù)雜性，并且該法可以應(yīng)用于任意電平的H-橋級(jí)聯(lián)型多電平拓?fù)?。（APEC2003） 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。 （APEC

5、2003） 減少電流紋波的空間矢量混合PWM技術(shù)。（級(jí)聯(lián)型）（APEC2003） 減少共模電壓的滯流調(diào)節(jié)策略。使用三個(gè)獨(dú)立的多電平滯流調(diào)節(jié)器來產(chǎn)生三套互補(bǔ)的門極信號(hào)。（APEC2003）,http:/,3. 我們?cè)诙嚯娖酵負(fù)浜涂刂品矫嫠鞯墓ぷ?3.1 提出了基于基本單元串并（并串）思想生成多電平變換器拓?fù)涞男路椒?由該方法不僅可以得到已有的三類基本多電平變換器拓?fù)?，而且可以推?dǎo)得到一系列新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而將多電平變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究統(tǒng)一在基本構(gòu)成單元的范疇之內(nèi)，為多電平變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究提供了一個(gè)新的指導(dǎo)原則。,（a）多電平變換器的基本單元 （b） 基本單元的串聯(lián) （c） 基本單元的并聯(lián)

6、圖11 基本單元的概念,http:/,3.2 改進(jìn)的級(jí)聯(lián)型多電平變換器拓?fù)?圖12 2H/3-H級(jí)聯(lián)型多電平變換器拓?fù)?表1 幾種多電平拓?fù)鋯伪垭娐份敵?5電平時(shí)所需元件數(shù)的比較,http:/,(a) 3-H單元的輸出波形,(b) 3-H單元的輸出波形,(c) 相電壓輸出波形,圖13 改進(jìn)級(jí)聯(lián)型拓?fù)涞姆抡娌ㄐ?http:/,圖14 改進(jìn)級(jí)聯(lián)型拓?fù)涞膶?shí)驗(yàn)結(jié)果,（b） Vdc1=3vdc2,（c） Vdc1=4vdc2,（a） Vdc1=2vdc2,（d) Vdc1=6vdc2,http:/,3.3 提出一種具有冗余功能的多電平變換器拓?fù)?圖16 具有冗余功能的五電平變換器單臂電路,圖15 通用五

7、電平單臂電路,思想：拓?fù)浯嬖谥喾N開關(guān)狀態(tài)組合，當(dāng)器件發(fā)生斷路故障時(shí)，改變開關(guān)狀態(tài)組合，使發(fā)生故障的器件處于關(guān)斷狀態(tài)；當(dāng)器件發(fā)生短路故障時(shí)，改變開關(guān)狀態(tài)組合，使發(fā)生故障的器件處于導(dǎo)通狀態(tài)。,http:/,圖18 器件故障時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,圖17 消諧波調(diào)制方法,(a) sp1斷路故障時(shí)輸出電壓,(b) sp2短路故障時(shí)輸出電壓,http:/,3.4 提出基于控制自由度組合的載波PWM控制方法,載波的自由度： 對(duì)于載波而言，至少有頻率、幅值、相位、水平方向的偏移量和豎直方向的偏移量等多個(gè)可調(diào)節(jié)控制的參數(shù),調(diào)制波的自由度 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)自由度,自由度之間的組

8、合 如果把載波自由度和調(diào)制波的自由度按照一定的原則進(jìn)行相互組合，以系統(tǒng)的性能指標(biāo)優(yōu)化為目標(biāo)，將產(chǎn)生一些具有實(shí)際意義的新型多電平逆變器PWM控制方法，這種控制自由度組合的思想為多電平變換器高性能的實(shí)現(xiàn)提供了可能,http:/,二極管箝位式多電平變換器新穎載波PWM控制方法,（a） 載波交疊式PWM方法原理圖,（b） 載波交疊開關(guān)頻率優(yōu)化PWM方法原理圖,圖19 二極管箝位式多電平變換器新穎載波PWM控制方法,http:/,二極管箝位式多電平變換器新穎載波PWM控制方法的優(yōu)點(diǎn),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

9、內(nèi)其諧波特性和傳統(tǒng)的消諧波PWM方法基本相同 載波交疊開關(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，還增加了直流電壓的利用率，使調(diào)制度達(dá)到1.15，該方法適合高電壓調(diào)制度的三相功率變換場(chǎng)合,http:/,二極管箝位式多電平變換器載波PWM控制方法之間的比較,http:/,圖20 新穎調(diào)制方法下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,（a） 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诳刂谱杂啥冉M合額的載波PWM調(diào)制方法。,http:/,結(jié)論與展望,1. 對(duì)多電平變換器拓?fù)涞南到y(tǒng)化研究。,2. 多電平變換器最優(yōu)拓?fù)涞难芯?，使其結(jié)