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多电平变换器拓扑结构和控制方法研究

作者: 时间:2011-03-18 来源:网络 收藏

本文引用地址:https://www.eepw.com.cn/article/162290.htm

这种与以上所述的二极管箝位式和电容箝位式比较有以下优点:

1)实现了电容电压的自动箝位,不需要复杂的电容电压平衡算法;

2)将此的输出端和输入端交换,可以用相同电路实现功率的双向流动,所以,这种结构应用范围广泛,可以实现 DC/DC, DC/AC, AC/DC的功率转换。

该结构的缺点:

1)当增加时,所需要的电容和功率开关数目都会增加许多,使得系统的成本和体积增大;

2)由于使用了大量的功率开关和箝位电容,使得电路在工作时的开关损耗增大;

3)随着电路级数的增加,由于功率开关的通态压降引起的每级电压降落将越来越明显。

2.2 具有独立直流电源的级联式多逆变器

以上使用无源元器件箝位的多逆变器都是采用半桥结构,下面分析的功率单元串级逆变电路[5]和混合单元的串级逆变电路,其基本单元都是基于全桥结构的。级联式多电平逆变器结构是将进行了相对位移的复合H桥逆变器模型串联起来,通过合成输出多电平电压波形。

2.2.1 功率单元串联逆变电路

以基本单元为基础,根据系统对输出电压、电平数的要求可决定串联的单元数。每相串联的单元数为M,则输出相电压波形所含电平数为2M+1,输出线电压波形所含电平数为4M+1。图5是Y型连接的三相七电平串级电路结构。

图 5 Y型 连 接 的 三 相 7电 平 串 级 逆 变 器 电 路

Fig.5 Connected shape three phases seven levels cascade converter

相对于传统中点箝位逆变电路,串级逆变电路有下列优点:

1)直流侧采用相互分离的直流电源,不存在电压均衡问题;

2)结构简单清晰,方法相对简单,可分别对每一级进行PWM

3)H桥单元结构,为模块化设计、制造带来方便,另外,当H桥出现故障,可将其旁路,余下的单元可以继续工作。

这种结构的缺点在于:每个单元需要一个独立的直流电源。随着电平数的增加,串级电路单元使用的直流电源数也将大量增加。

2.2.2 混合单元串联逆变电路

通常,开关速度快的器件(例如MOSFET、IGBT)的电压容量比较低,而高电压容量的器件(例如GTO、IGCT、IEGT)的开关频率又较低。为了用更少的单元得到更多的电平,基于“混合功率单元[6]”的串级逆变电路得到了发展。这种结构是传统功率单元串联逆变电路的推广。

文献[7]提出了对2个独立单元的直流箝位电源采用电压比为1:2,一个单元使用IGBT,另一个单元使用IGCT的混合串级逆变电路,IGCT单元上的电压2倍于IGBT单元,如图6所示。在控制上,以基波开关IGCT,以PWM方式调制IGBT。比起功率单元串级电路,这种混合单元的串级电路有一个优点:由于2个单元预先给定的电压不同,IGBT单元和IGCT单元可以通过控制各自功率器件的开断来相互协调,从而实现单相7电平的输出。这种结构达到了用更少的单元得到更多电平的目的。

图 6 IGBT和 IGCT组 成 的 混 合 单 元

Fig.6 Hybrid cell with IGBT and IGCT

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