传统三电平逆变

1、APSC主要内容主要内容 大功率变流器发展概述大功率变流器发展概述 大功率变流器的拓扑发展大功率变流器的拓扑发展 常用调制策略和控制方案常用调制策略和控制方案APSC大功率变流器发展概述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APSC更好的电路拓扑合适的控制策略能够提高大功能够提高大功率变流器的性率变流器的性价比价比推动着电力推动着电力电子变流器电子变流器的发展的发展ThenThen？APSC大功率变流器拓扑的发展大功率变流器拓扑的发展普通变流器开

2、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APSC多多重重化化结结构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/(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。APSC多多电电平平变变流流器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

3、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APSC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！APSC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！APSC 获得同样的电平数，使用的元器件最少；容易进行模块化设计

4、和封装；直流侧均压容易实现；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APSC拓扑比较拓扑比较优点优点缺点缺点适用场合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几种多电平拓扑优缺点比较APSC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

5、二极管箝位飞跨电容型链式H桥型3(1)(2)/ 2mm3(1)/ 2m06(1)m6(1)m6(1)m6(1)m6(1)m6(1)m(1)(2)mm000(1)m(1)m（其中，（其中，m m为电平数）为电平数）三种拓扑所需器件对比三种拓扑所需器件对比APSC 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多电电平平应应用用综综述述 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。APSC大功率变流器拓扑的调制策略大功率变流器拓扑的调制策略 多电

6、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APSC三三角角载载波波相相移移法法 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

7、提高到原来的N倍，大大减小输出谐波。APSC三三角角载载波波层层叠叠法法 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APSC空空间间矢矢量量控控制制 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 与传统的SPWM方法相比，SVPWM具有较低的开关损耗；SVPWM控制有更好的动态

8、性能；且易于数字化实现；APSC大功率变流器拓扑的控制技术大功率变流器拓扑的控制技术 由分析可知，外环有两种模式：输出电压瞬时值反馈、有效值反馈；内环的SPWM电流控制可采用两种方式：电容或电感电流瞬时值反馈。 外环内环电压有效值反馈电压瞬时值反馈电感电流反馈模式1模式2电容电流反馈模式3模式4APSC单一的电压单闭环控制分别有有效值控制和瞬时值控制两种策略。 逆逆变变桥桥LCRrefVPI驱驱动动2(1)( )()(1)mvvfmvK R KsG sRCLsLsRsK K R KR(1)vfmvvfmK K KCK K R 要使系统稳定，由劳斯判据（劳斯表中第一列系数全为正，则系统稳定）可得

9、到：APSC 有效值控制比瞬时值多了有效值检测和乘法器两个环节。电压有效值控制方法的基准电压为恒定直流电压信号，经过PI调节器使得输出电压无稳态误差。 当直流侧电压或负载电压产生突变，系统的动态响应速度很慢，常经历几个输出周期。APSC在SPWM电流控制方式中，主要有电容电流、电感电流两种电流反馈方式： 逆逆变变桥桥LCR*refIP控控制制逻逻辑辑 在电容电流控制方式中，电容与负载并联，负载出现扰动会直接导致电容电流变化，从而引起输出电压变化，通过控制电容电流可以得到最佳的输出动态特性。 电容电流传递函数存在微分环节，电容电流控制相当于系统超前对输出电流进行控制，因此能够取得好的控制特性。APSC 电感电流控制相当于使系统超前对输出电压进行控制，因此能够得到比较好的动态特性，另一方面电感电流包含了负载电流，因此可以起到负载限流的作用。2(1