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      類型分類:
      科普知識
      數據分類:
      光伏逆變器

      級聯多電平逆變器特性研究

      發布日期:2022-04-17 點擊率:119

      引言

        由于受電力電子器件電壓容量的限制,傳統的兩電平變頻器通常采用“高-低-高”方式經變壓器降壓和升壓來獲得高壓大功率,或采用多個小容量逆變單元經多繞組變壓器多重化來實現,這使得系統效率和可靠性下降。因而,人們希望實現直接的高壓逆變技術。

      1 簡介

        級聯多電平逆變器是由若干個基本逆變單元(例如h橋逆變器)通過串聯連接而形成的單相或三相逆變器。每一個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:隨著逆變器級聯數目的增加,輸出電壓的電平數增加,從而使得輸出電壓或電流波形的諧波含量減小;由于多個逆變單元串聯完成整個逆變任務,雖然整體輸出開關頻率變高,但各個逆變單元功率器件的開關頻率并不高,因此與非級聯電路相比功率器件承受的電壓應力減小,在高壓應用中無需均壓電路,同時可避免大的dv/dt所導致的電機負載絕緣等問題;當各串聯或并聯連接的級聯單元中有一個單元故障時,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,保證系統正常運行。使模塊化逆變器產品的封裝,生產和制造成為可能,擴展容易。近年來,由于級聯多電平逆變器的上述優點,在中高壓調速領域、不停電電源、交流柔性輸電系統(facts)等應用中引起了電力電子行業的極大關注,成為中高壓能量變換的首選方案。因此級聯多電平逆變器的拓撲結構及其控制策略的研究將極有意義。本文在閱讀國內外文獻的基礎上,對級聯多電平逆變器的主電路拓撲結構及其控制方法進行匯總,以期對級聯多電平逆變器的研究提供參考。

        2 級聯多電平逆變電路的拓撲結構

        多電平逆變器實現的結構一般主要有:二極管箝位型(diode-clampedinverter)、飛跨電容箝位型(flying-capacitorinverter)、具有獨立直流電源的級聯型(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:

        兩電平:s1(d1)和s4(d4)導通,而s2和s3關斷,uab=vdc;反之,s2(d2)和s3(d3)導通,而s1和s4關斷,uab=-vdc;三電平:s1(d1)和s4(d4)導通,uab=vdc;s2和s3導通,uab=-vdc;s1(d1)和s2(d2)導通或s3(d3)和s4(d4)導通,uab=0。

        對圖1進行改進就可以得到5電平單相橋式逆變電路[17],如圖2所示。和圖1相比,多了一個電容,使負載輸出的電平數為5:vdc,-vdc,0,+vdc/2,-vdc/2。s5截止時其工作同單相全橋逆變電路,可輸出三電平;s5和s4(d4)導通時,uab=vdc/2; s5和s2(d2)導通時,uab=-vdc/2。

       


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