高压变频器的谐波分析研究

图6三电平逆变器拓扑来源:输配电设备网

　　与传统的二电平拓扑结构相比较，中点箝位式三电平逆变器更适合于中高压变频装置高电压、大容量的特点，特殊的拓扑使得器件具有2倍的正向阻断电压能力，其多层阶梯形输出电压，理论上可通过增加级数而使输出电压波形接近正弦，减少谐波，在同样输出性能指标下，三电平的开关频率将是二电平的1/5，从而使系统损耗小。随着电平数增加，每个电平幅值相对降低，dv/dt变小，主电路电流含有的脉动成分减小，转矩脉动和电磁噪声都得到有效的抑制。

　　虽然三电平变频器结构简单,能够实现四象限运行,但是因目前器件耐压水平的限制,只能达到4.16kV等中高压情况，若要输出更高的电压须采用器件串联方法，但会带来均压等问题。

　　图7、8为三电平逆变器输出电压、电流波形及其频谱。




图7线电压波形及其频谱

图8交流侧电流波形及其频谱请登陆:输配电设备网浏览更多信息

4.3多重化逆变器

　　单元级联多重化结构是对多重化技术的推广和应用，是多重化变频器的一种。如图9所示，单元级联多重化变频器采用若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出，电平数的增加有效的抑制了输出谐波。由于每个功率单元模块中除了含有逆变输出结构外，同时含有整流功能，从而相应的实现了整流部分的多重化，使得变频器输入、输出谐波抑制同步完成。其谐波抑制原理与普通多重化相似，也是利用相移技术，使每个功率模块的某些次输出谐波相互错开一定的角度而被消除。

图9单元串联多重化变频器请登陆:输配电设备网浏览更多信息

　　虽然是串联结构，但由于直流侧采用相互分离的直流电源，不存在电压平衡问题。无需二极管和电容的限制，串联型结构电平数可较大。一般二极管、电容箝位式限于7或9电平,而串联型结构却无此限制。由于每一级逆变桥构造相同,给模块化设计和制造带来方便。

　　但由于使用的功率单元及功率器件数量太多，以每相三单元串联为例，6kV系统要使用90只功率器件（54只二极管，36只IGBT），装置的体积太大，安装位置成问题。

　　该拓扑在Matlab中的仿真波形及其频谱如图10、11所示。

图10单元级联多重化输出电压及其频谱

图11单元级联多重化输出电流及其频谱来源:输配电设备网