重庆科技学院本科生毕业设计 1 绪论
级联多电平逆变器的拓扑结构是将进行了相对位移复合两电平逆变器模型连接起
来,通过向量合成每个逆变器的输出电压形成输出多电平波形,合成方法分为非直接发
和直接发。非直接法通过一个电磁接口,通常为一个多绕组变压器;直接法是采用独立
的直流电源
[6]
。
图1.3为单相带独立直流电源的级联逆变器。每个独立直流电源和一个单相的全桥
逆变器相连,通过四个开关器S1、S2、S3、S4的开关的组合,每个逆变器都可以产
生3个电平的电压:Vdc、-Vdc和0,每个全桥逆变器的输出均串联在一起,从而合成
了逆变器的输出电压波形。在这个拓扑结构中,输出电压的电平数为n=2s+1,其中
s为独立直流电源的个数。很明显,这种电路不再需要前两种电路中大量的箝位二极管
或箝位电容,但需要多个独立电源,具体来说,对这种类型的n电平单相电路,需要
(n-1)/2个独立电源,2(n-1)个主开关器件。另外,这种电路也存在类似飞跨电容电路
的多开关状态组合的特点。级联式多电平逆变器的结构优缺点如下
[1-6]
:
优点:
a.电平数越多,输出电压谐波含量越少;
b.阶梯波调制时,器件在基频下工作,损耗小,效率高;
c.不存在电容电压平衡问题。
缺点:
a.需要多个独立直流电源,当采用小控制整流得到这些直流电源时,为减小对
电网的谐波干扰,通常采用多绕组曲折变压器的多重化来实现。这种变压器
体积庞大,成本高,设计困难。
b.不易实现四象限运行。
1.2.2 控制策略
目前,三电平逆变器的控制策略有正弦波PWM法(SPWM)、特定消谐波PWM法
和电压空间矢量控制法(SVPWM)。其中SVPWM具有易于数字实现、电压利用率高
输出电压形式丰富和易于控制中点电压等优点,被大部分逆变器采用。
正弦波PWM调制法是一种比较成熟的,是目前使用较为广泛的PWM方法。
SPWM法以采样控制理论中冲量相等但形状不同的窄脉冲加载到具有惯性的环节上时
其效果基本相同为理论基础,冲量是指窄脉冲的面积;PWM波形的个脉冲的幅值相等,
而宽度是按正弦规律变化的。也就是说控制逆变器电路开关器件的通断就可以得到
PWM波形,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相
等,通过改变调制波的频率和幅值,则可以调节逆变器输出的频率和幅值。该方法简单
直观等,但是要求功率器件的的开关频率高,因此开关损耗大,装置效率低等
[7,8]
。
特定消谐波PWM方法为了消除特定的谐波,通过计算得到个脉冲的脉冲宽度(开
关时刻),不是通过与载波比较的方式得到的,计算出个开关时刻的值,按此时间去控
制逆变电路中电力电子器件的开关时刻,使开关时刻的优化选择。在较低的开关频率下
产生最优的输出电压波形,从而减小了电流波纹和电机的脉动转矩。这种方法简单且消
除特定谐波容易,但是直流电压利用率较低
[3,7,8]
。
SVPWM方式是采用逆变器可能输出的矢量组合去逼近目标矢量的方式来实现对开
关器件的控制,分为开环和闭环两种,开环的方式即为计算好当前所需要得到的矢量,
然后决定采用相应的输出矢量去逼近合成;闭环的方式又分为VC和DTC两种,它们不
仅仅通过计算方式得到开关状态和作用时间,同时还对实际的输出参数进行解耦、辨识
将辨识好的参数反馈回来,并与给定相比较,实现闭环控制,使得系统的动态响应和控