多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述ppt课件.ppt

多电平变换器拓扑及控制技术多电平变换器拓扑及控制技术的开展综述的开展综述陈阿莲  王鸿雁  何湘宁浙江大学电气工程学院03/011/011主要内容：主要内容：1现有多有多电平平变换器拓扑和控制方法的器拓扑和控制方法的简单概述概述2APEC’2019-2019中提出的新拓扑和新控制方法中提出的新拓扑和新控制方法3我们在多在多电平拓扑和控制方面所作的任平拓扑和控制方面所作的任务1.1 多电平变换器拓扑的简单概述多电平变换器拓扑的简单概述图1 单相二级管箝位型五电平变换器主电路构造特点：     可控制无功功率流，但是传送有功功率时，存在直流分压电容电压不平衡问题 v back-to-back衔接v外加电压调理控制器v经过改良拓扑构造v经过改良调制方法图图2 2 改良的二极管箝位型五电改良的二极管箝位型五电平变换器电路拓扑平变换器电路拓扑图3 二极管箝位/飞跨电容型混合五电平变换器拓扑图图4 4 单相飞跨电容型五电平变换器主电路构造单相飞跨电容型五电平变换器主电路构造   特点：大量的开关组合冗余，可用于电压平衡控制；〔普通采用相移PWM调制〕     在纯无功负载情况下，电容电压不能平衡，因此不能用于无功补偿等场所。

图图5 5 单相级联型七电平变换器主单相级联型七电平变换器主电路构造电路构造特点：无需箝位二极管和箝位电容，在三种电路构造中，对于一样电平数，所需器件最少，易于封装；需多个独立直流电压源该构造适用于各种可再生能源，如，燃料电池，光伏电池等图6 混合级联型多电平变换器拓扑通用的多电平变换器拓扑通用的多电平变换器拓扑图7 通用五电平单臂电路1.2 多电平变换器控制方法的简单概述多电平变换器控制方法的简单概述(a) 消谐波消谐波PWM方法〔方法〔SHPWM〕〕 (b) 开关频率优化开关频率优化PWM方法〔方法〔SFOPWM〕〕 (c) 载波带频率变化的载波带频率变化的PWM方法方法 (d) 相移载波相移载波PWM方法方法1.2.1 基于载波的多电平PWM控制方法图7 基于载波的多电平PWM控制方法1.2.2 1.2.2 多电平逆变器空间矢量多电平逆变器空间矢量多电平逆变器空间矢量多电平逆变器空间矢量PWMPWM控制方法控制方法控制方法控制方法图8 三电平逆变器空间电压矢量图 多电平SVPWM法和两电平SVPWM法一样，是一种建立在空间矢量合成概念上的PWM法，它的最大优点在于概念明晰，反映了SPWM的本质，电压利用率高，易于数字实现等，缺乏之处在于当电平数超越5时，算法过于复杂。

 2. APEC’2019-20192. APEC’2019-2019中提出的新拓扑和控制方法中提出的新拓扑和控制方法中提出的新拓扑和控制方法中提出的新拓扑和控制方法在近两年APEC中研讨比较多的拓扑和控制方法：拓扑：二极管箝位型和级联型控制方法：空间矢量PWM四四四四电电平平平平MarxMarx逆逆逆逆变变器器器器 〔〔〔〔APEC’2019APEC’2019〕〕〕〕 四电平Marx逆变器Marx 单元半桥单元〔M级〕图9    四电平Marx逆变器一种运用于有源整流或无功一种运用于有源整流或无功一种运用于有源整流或无功一种运用于有源整流或无功补偿补偿的新的混合多的新的混合多的新的混合多的新的混合多电电平平平平变换变换器拓扑：器拓扑：器拓扑：器拓扑：(APEC’2019)(APEC’2019)图图10 10 混合多电平变换器原理图混合多电平变换器原理图   新的控制方法新的控制方法新的控制方法新的控制方法v一种通用的空间矢量PWM控制算法：处理了空间矢量计算的复杂性，并且该法可以运用于恣意电平的H-桥级联型多电平拓扑〔APEC’2019〕v v用于级联型多电平变换器的错时采样的空间矢量调制方法，大大减小了谐波分量。

v〔APEC’2019〕v减少电流纹波的空间矢量混合PWM技术〔级联型〕〔APEC’2019〕v  v减少共模电压的滞流调理战略运用三个独立的多电平滞流调理器来产生三套互补的门极信号〔APEC’2019〕v 3. 3. 我们在多电平拓扑和控制方面所作的任务我们在多电平拓扑和控制方面所作的任务我们在多电平拓扑和控制方面所作的任务我们在多电平拓扑和控制方面所作的任务3.1 提出了基于根本单元串－并〔并－串〕思想生成多电平变换器提出了基于根本单元串－并〔并－串〕思想生成多电平变换器拓扑的新方法拓扑的新方法由该方法不仅可以得到已有的三类根本多电平变换器拓扑，而且可以推导得到一系列新的拓扑构造，从而将多电平变换器拓扑构造的研讨一致在根本构成单元的范畴之内，为多电平变换器拓扑构造的研讨提供了一个新的指点原那么〔a〕多电平变换器的根本单元      〔b〕 根本单元的串联               〔c〕 根本单元的并联图11 根本单元的概念3.2 3.2 改良的级联型多电平变换器拓扑改良的级联型多电平变换器拓扑改良的级联型多电平变换器拓扑改良的级联型多电平变换器拓扑图12 2－H/3-H级联型多电平变换器拓扑表1 几种多电平拓扑单臂电路输出15电平常所需元件数的比较(a)  3-H(a)  3-H单元的输出波形单元的输出波形(b)  3-H单元的输出波形 (c) 相电压输出波形 图13 改良级联型拓扑的仿真波形图图14 14 改良级联型拓扑的实验结果改良级联型拓扑的实验结果〔〔b b〕〕 Vdc1=3vdc2 Vdc1=3vdc2〔〔c c〕〕 Vdc1=4vdc2 Vdc1=4vdc2〔〔a a〕〕 Vdc1=2vdc2 Vdc1=2vdc2〔〔d) Vdc1=6vdc2d) Vdc1=6vdc23.3 3.3 提出一种具有冗余功能的多电平变换器拓扑提出一种具有冗余功能的多电平变换器拓扑提出一种具有冗余功能的多电平变换器拓扑提出一种具有冗余功能的多电平变换器拓扑图16 具有冗余功能的五电平变换器单臂电路 图15 通用五电平单臂电路思想：拓扑存在着多种开关形状组合，当器件发生断路缺点思想：拓扑存在着多种开关形状组合，当器件发生断路缺点时，改动开关形状组合，使发生缺点的器件处于关断形状；时，改动开关形状组合，使发生缺点的器件处于关断形状；当器件发生短路缺点时，改动开关形状组合，使发生缺点的当器件发生短路缺点时，改动开关形状组合，使发生缺点的器件处于导通形状。

器件处于导通形状图图18 18 器件缺点时的实验结果器件缺点时的实验结果图图17 17 消消谐谐波波调调制方法制方法(a) sp1(a) sp1断路缺点断路缺点时输时输出出电压电压(b)  sp2(b)  sp2短路缺点短路缺点时输时输出出电压电压3.4 3.4 提出基于控制自在度组合的载波提出基于控制自在度组合的载波提出基于控制自在度组合的载波提出基于控制自在度组合的载波PWMPWM控制方法控制方法控制方法控制方法l载波的自在度：l    对于载波而言，至少有频率、幅值、相位、程度方向的偏移量和竖直方向的偏移量等多个可调理控制的参数l调制波的自在度l      对于调制波而言，至少有频率、幅值和相位，叠加零序分量等多个自在度l自在度之间的组合l      假设把载波自在度和调制波的自在度按照一定的原那么进展相互组合，以系统的性能目的优化为目的，将产生一些具有实践意义的新型多电平逆变器PWM控制方法，这种控制自在度组合的思想为多电平变换器高性能的实现提供了能够二极管箝位式多电平变换器新颖载波PWM控制方法〔a〕  载波交叠式PWM方法原理图 〔b〕  载波交叠－开关频率优化PWM方法原理图 图图19 19 二极管箝位式多二极管箝位式多电电平平变换变换器新器新颖载颖载波波PWMPWM控制方法控制方法二极管箝位式多电平变换器新颖载波PWM控制方法的优点l多电平逆变器的载波交叠式PWM方法在调制度小于0.85的范围内，其谐波特性要远远优于传统的消谐波PWM方法；在高调制度范围内其谐波特性和传统的消谐波PWM方法根本一样 l载波交叠－开关频率优化PWM方法除具有载波交叠式PWM方法的优点外，还添加了直流电压的利用率，使调制度到达1.15，该方法适宜高电压调制度的三相功率变换场所二极管箝位式多电平变换器载波PWM控制方法之间的比较图图20 20 新颖调制方法下的实验结果新颖调制方法下的实验结果〔a〕  三电平逆变器COPWM方法调制度为0.8的相电压波形和线电压波形的实验结果 〔b〕  三电平逆变器COSFOPWM方法调制度为0.8的相电压波形和线电压波形的实验结果 Ø 我们对飞跨电容型拓扑也得到了基于控制自在度组合额的载波PWM调制方法。

结论与展望结论与展望1. 对多电平变换器拓扑的系统化研讨2. 多电平变换器最优拓扑的研讨，使其构造简单，控制方便，性能优越3. 从控制自在度组合的思想出发，充分利用多电平变换器具有多个控制自在度的特点，结合多电平变换器详细的电路拓扑，将多个控制自在度进展组合，对一个或多个性能目的进展优化，使多电平变换器的PWM控制方法趋于适用化 谢谢 谢谢 大大 家！家！。