提出一種單相電壓源中點(diǎn)箝位開關(guān)電容多電平逆變器,該逆變器利用直流母線箝位電容對(duì)電源電壓進(jìn)行分割,通過(guò)控制電源與電容的串并聯(lián)實(shí)現(xiàn)逆變器多電平輸出,并且可以通過(guò)擴(kuò)展進(jìn)一步提高逆變器的輸出電平數(shù)量和電壓增益。為實(shí)現(xiàn)電容的電壓平衡,同時(shí)降低其電壓紋波,逆變器的調(diào)制過(guò)程考慮了開關(guān)的冗余狀態(tài),且開關(guān)管之間互補(bǔ)工作,調(diào)制策略簡(jiǎn)單。對(duì)所提逆變器的工作原理、調(diào)制策略、電容電壓及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析,并給出了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的擴(kuò)展方法。最后,分別通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn),對(duì)所提逆變器的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了驗(yàn)證。 

【文章來(lái)源】：電力自動(dòng)化設(shè)備. 2020,40(07)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

所提逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖2為電容在逆變器一個(gè)輸出周期內(nèi)的工作波形，其中第一圖為M=0.9時(shí)逆變器輸出的理想電壓波形。圖中，VCa、VCb、VC1分別為電容Ca、Cb、C1電壓值；Δt Ca、Δt Cb、Δt C1分別為電容Ca、Cb、C1最大連續(xù)放電時(shí)間。從圖中可以看出，在載波層疊調(diào)制的固定調(diào)制比下，逆變器的輸出電平在正負(fù)半周期是相互對(duì)稱的，且各對(duì)稱電平的輸出占空比相等，因此逆變器在正半周期輸出電平為Vdc/2和3Vdc/2時(shí)，分別與負(fù)半周期輸出電平為-Vdc/2和-3Vdc/2的時(shí)間對(duì)稱相等。根據(jù)伏秒平衡原則，只需選用合適的開關(guān)冗余狀態(tài)，保證在逆變器工作的正負(fù)半周期電容Ca和Cb充放電狀態(tài)的對(duì)稱互補(bǔ)性，即可實(shí)現(xiàn)二者在整個(gè)工作周期的電壓平衡。同時(shí)，為了盡可能地降低兩分壓電容的電壓紋波，本文選擇在逆變器的一個(gè)輸出周期內(nèi)，控制電容Ca與Cb交替充放電的工作方式以減小其連續(xù)放電時(shí)間。所提逆變器選用的開關(guān)狀態(tài)和電容充放電狀態(tài)如表1所示。

當(dāng)逆變器前級(jí)開關(guān)管S1和S4導(dǎo)通、S2和S3關(guān)斷時(shí)，母線直流電源放電，提供所需的輸出電平Vdc；當(dāng)拓?fù)淝凹?jí)開關(guān)管S1和S3導(dǎo)通、S2和S4關(guān)斷時(shí)，母線電容Ca放電，提供所需的輸出電平Vdc/2；當(dāng)拓?fù)淝凹?jí)開關(guān)管S2和S4導(dǎo)通、S1和S3關(guān)斷時(shí)，由母線電容Cb放電，提供所需的輸出電平Vdc/2。當(dāng)逆變器的輸出電平為±Vdc時(shí)，拓?fù)渲虚g級(jí)開關(guān)管Sj1和Sj3導(dǎo)通，Sj2關(guān)斷，電容Cj與直流電源處于并聯(lián)狀態(tài)（j=1,2，…，n，其中n為擴(kuò)展開關(guān)電容單元的總數(shù)），并被充電至電源電壓Vdc。從以上分析可知，當(dāng)逆變器工作時(shí)，直流母線電路可提供的電平為Vdc/2和Vdc，每級(jí)開關(guān)電容電路可提供的電平均為Vdc。通過(guò)選擇合適的直流母線電路放電方式和開關(guān)電容的串聯(lián)數(shù)量，然后經(jīng)過(guò)后級(jí)全橋電路的輸出極性轉(zhuǎn)換，在負(fù)載側(cè)可以獲得0、±Vdc/2、…、±（n+1)Vdc共4n+5個(gè)輸出電平。

【參考文獻(xiàn)】：
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