色婷婷AⅤ一区二区三区|亚洲精品第一国产综合亚AV|久久精品官方网视频|日本28视频香蕉

          新聞中心

          EEPW首頁 > 電源與新能源 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 級(jí)聯(lián)多電平逆變器特性研究

          級(jí)聯(lián)多電平逆變器特性研究

          作者: 時(shí)間:2012-02-19 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            1 引言

            由于受電力電子器件電壓容量的限制,傳統(tǒng)的兩電平變頻器通常采用“高-低-高”方式經(jīng)變壓器降壓和升壓來獲得高壓大功率,或采用多個(gè)小容量逆變單元經(jīng)多繞組變壓器多重化來實(shí)現(xiàn),這使得系統(tǒng)效率和可靠性下降。因而,人們希望實(shí)現(xiàn)直接的高壓逆變技術(shù)?;陔娏﹄娮悠骷苯哟?lián)的高壓變頻器對(duì)動(dòng)靜態(tài)的均壓電路要求較高,并且輸出電壓高次諧波含量高,需設(shè)置輸出濾波器。逆變電路的提出為解決上述問題取得了突破性的進(jìn)展。

            是由若干個(gè)基本逆變單元(例如h橋)通過串聯(lián)連接而形成的單相或三相。每一個(gè)逆變單元可以輸出方波或階梯波,通過輸出波形的疊加合成,形成更多電平臺(tái)階的階梯波,以逼近逆變器的正弦輸出電壓。這種電路的特點(diǎn):隨著逆變器級(jí)聯(lián)數(shù)目的增加,輸出電壓的電平數(shù)增加,從而使得輸出電壓或電流波形的諧波含量減小;由于多個(gè)逆變單元串聯(lián)完成整個(gè)逆變?nèi)蝿?wù),雖然整體輸出開關(guān)頻率變高,但各個(gè)逆變單元功率器件的開關(guān)頻率并不高,因此與非級(jí)聯(lián)電路相比功率器件承受的電壓應(yīng)力減小,在高壓應(yīng)用中無需均壓電路,同時(shí)可避免大的dv/dt所導(dǎo)致的電機(jī)負(fù)載絕緣等問題;當(dāng)各串聯(lián)或并聯(lián)連接的級(jí)聯(lián)單元中有一個(gè)單元故障時(shí),可通過把此單元短接而退出工作,其它單元仍然能夠正常工作,保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。使模塊化逆變器產(chǎn)品的封裝,生產(chǎn)和制造成為可能,擴(kuò)展容易。近年來,由于逆變器的上述優(yōu)點(diǎn),在中高壓調(diào)速領(lǐng)域、不停電電源、交流柔性輸電系統(tǒng)(facts)等應(yīng)用中引起了電力電子行業(yè)的極大關(guān)注,成為中高壓能量變換的首選方案。因此級(jí)聯(lián)多電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制策略的研究將極有意義。本文在閱讀國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)級(jí)聯(lián)多電平逆變器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方法進(jìn)行匯總,以期對(duì)級(jí)聯(lián)多電平逆變器的研究提供參考。

            2 級(jí)聯(lián)多電平逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

            多電平逆變器實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)一般主要有:二極管箝位型(diode-clampedinverter)、飛跨電容箝位型(flying-capacitorinverter)、具有獨(dú)立直流電源的級(jí)聯(lián)型(cascaded-inverters with separate dcsources)、具有多繞組變壓器輸出的多重化型等等。

            2.1基本的多電平逆變電路

            (1) 全橋逆變電路

            全橋逆變器的主電路圖見圖1。由于控制方式的不同,它可以有很多種工作方式,常用的工作方式為:

          級(jí)聯(lián)多電平逆變器特性研究

            兩電平:s1(d1)和s4(d4)導(dǎo)通,而s2和s3關(guān)斷,uab=vdc;反之,s2(d2)和s3(d3)導(dǎo)通,而s1和s4關(guān)斷,uab=-vdc;三電平:s1(d1)和s4(d4)導(dǎo)通,uab=vdc;s2和s3導(dǎo)通,uab=-vdc;s1(d1)和s2(d2)導(dǎo)通或s3(d3)和s4(d4)導(dǎo)通,uab=0。

            對(duì)圖1進(jìn)行改進(jìn)就可以得到5電平單相橋式逆變電路[17],如圖2所示。和圖1相比,多了一個(gè)電容,使負(fù)載輸出的電平數(shù)為5:vdc,-vdc,0,+vdc/2,-vdc/2。s5截止時(shí)其工作同單相全橋逆變電路,可輸出三電平;s5和s4(d4)導(dǎo)通時(shí),uab=vdc/2; s5和s2(d2)導(dǎo)通時(shí),uab=-vdc/2。

          級(jí)聯(lián)多電平逆變器特性研究

           ?。?) 二極管箝位多電平逆變電路

            1977年德國(guó)學(xué)者h(yuǎn)oltz首次提出了利用開關(guān)管來輔助中點(diǎn)箝位的三電平逆變器主電路,1980年日本的amiddot;nabae等人對(duì)其進(jìn)行了發(fā)展,提出了二極管箝位式逆變電路。圖3(a)為二極管箝位逆變電路,它具有2個(gè)電容,能輸出3電平的相電壓。

          級(jí)聯(lián)多電平逆變器特性研究

            u相工作情況與輸出相電壓的電平

            s11和s12(或d11和d12)通,s41和s42斷,uo間電位差為vdc/2;

            s41和s42(或d41和d42)通,s11和s12斷,uo間電位差為-vdc/2;

            s12和s41導(dǎo)通,s11和s42關(guān)斷時(shí),uo間電位差為0;

            s12和s41不能同時(shí)導(dǎo)通;

            u》0時(shí),s12和d1導(dǎo)通;

            u《0時(shí),s41和d4導(dǎo)通。

            bhagwat和stefanovic在1983年進(jìn)一步將三電平推廣到多電平的結(jié)構(gòu)。二極管箝位式多電平變換電路的特點(diǎn)是采用多個(gè)二極管對(duì)相應(yīng)的開關(guān)器件進(jìn)行箝位,同時(shí)利用不同的開關(guān)組合輸出所需的不同電平。對(duì)于n電平電路,直流側(cè)需n-1個(gè)電容,能輸出n電平的相電壓,線電壓為(2n-1)電平,圖3(b)為二極管箝位式5電平變換電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。顯然輸出電平越多,其輸出電壓和輸出電流的總諧波畸變率越小。二極管箝位結(jié)構(gòu)的顯著優(yōu)點(diǎn):就是利用二極管箝位解決了功率器件串聯(lián)的均壓?jiǎn)栴},適于高電壓場(chǎng)合。

            缺點(diǎn)

            雖然開關(guān)器件被箝位在vdc/(n-1)電壓上,但是二極管卻要承受不同倍數(shù)的vdc/(n-1)反向耐壓;如果使二極管的反向耐壓與開關(guān)器件相同,則需要多管串聯(lián),當(dāng)串聯(lián)數(shù)目很大時(shí),增加了實(shí)際系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難度;當(dāng)逆變器傳輸有功功率時(shí),由于各個(gè)電容的充電時(shí)間不同,將形成不平衡的電容電壓。

           ?。?) 飛跨電容箝位型逆變電路

            1992年,t·a·maynard和h·foch提出了如圖4(a)所示結(jié)構(gòu)的飛跨電容箝位型逆變電路,其特點(diǎn)是用箝位電容代替圖3中所述的箝位二極管,直流側(cè)電容不變,其工作原理與二極管箝位型逆變器相似。若要輸出更多的電平,須按照?qǐng)D4(b)所示層疊接法進(jìn)行擴(kuò)展。因此也稱為多單元層疊型逆變器(imbricatedcell multilevelinverter)[19]。同樣n電平逆變器可輸出n電平相電壓,(2n-1)電平的線電壓。飛跨電容箝位型逆變器相對(duì)于二極管箝位型逆變器的優(yōu)點(diǎn)是:

          級(jí)聯(lián)多電平逆變器特性研究

            在電壓合成方面,開關(guān)狀態(tài)的選擇具有更大的靈活性;由于電容的引進(jìn),可通過在同一電平上不同開關(guān)的組合,使直流側(cè)電容電壓保持均衡;可以控制有功功率和無功功率的流量,因此可用于高壓直流輸電。

            缺點(diǎn)是:逆變器每個(gè)橋臂需要的電容數(shù)量隨輸出電平數(shù)增加而增加,再加上直流側(cè)的大量電容使得系統(tǒng)成本高且封裝困難;其次控制方法非常復(fù)雜,實(shí)現(xiàn)起來很困難;并且還存在電容的電壓不平衡問題。

            2.2 級(jí)聯(lián)多電平逆變電路

            具有獨(dú)立直流電源的級(jí)聯(lián)型逆變器是將前述多個(gè)逆變單元串聯(lián)起來,使逆變器輸出電壓的電平數(shù)增加,從而使得輸出波形的諧波含量減小,開關(guān)所承受的電壓應(yīng)力減小。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)就是易于進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì),擴(kuò)展容易;主要缺點(diǎn)是每個(gè)單元需要隔離的直流電源。

           ?。?) 基本的級(jí)聯(lián)逆變電路

            基本的級(jí)聯(lián)逆變電路就是具有獨(dú)立直流電源的級(jí)聯(lián)型逆變器。其中每個(gè)單元的直流電源可以相同也可以不同,但逆變單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是同一類型。如果串聯(lián)連接的逆變橋中,至少有一個(gè)獨(dú)立直流電源的電壓與其它橋不同,就稱這種多電平逆變器為非對(duì)稱的,否則為對(duì)稱[12][13][14](vdc1=vdc2=vdc3),如圖5(a)所示。非對(duì)稱的逆變器一般比對(duì)稱型輸出的電平數(shù)多(相同結(jié)構(gòu)和級(jí)數(shù)情況下)。

          級(jí)聯(lián)多電平逆變器特性研究

            (2) 混合級(jí)聯(lián)逆變電路

            為了輸出更多的電平,減少隔離電源數(shù)量,每個(gè)單元電路結(jié)構(gòu)可以不完全相同,串聯(lián)單元本身還可以是一個(gè)多電平逆變器,如二極管箝位型逆變器,或飛跨電容


          上一頁 1 2 3 4 下一頁

          評(píng)論


          相關(guān)推薦

          技術(shù)專區(qū)

          關(guān)閉