三电平逆变器直流侧电容电压平衡问题

i i
I
C1
dt iC1dt 0
II
I
C2
dt iC2 dt 0
II
电荷量守恒，电容电压不变
直流侧电容充放电情况
非理想C1<C2
iC1 C1 D5 E D6 C2 iC2 S4 D4 S3 S2 D2 Lf D3 iLf Cf io
+
S1
D1
vo
Ⅰ
vo
iLf
Ⅱ
iCf Z
4
v 0 vA
+E/2 0
vm π
v1 ωt 2π v2
a组
S6
a组 b组
π
b组
ωt 2π
-E/2
S5
四种开关模态
S1 C1 S2 E S3 C2 S4 D4 D2 S5 C3 vA D3 S6 D5 Lf D6 Cf Z
C2 S4 D4 E S3
D1
C1
S1 S2
D1 D2 S5 C3 vA D3 S6 D5 Lf D6 Cf Z
iC1 C1 D5 E D6 C2 iC2 S4 D4 S3 S2 D2 Lf D3 iLf Cf io
+
S1
D1
vo
Ⅰ
vo
iLf
Ⅱ
iCf Z
uC1+uC2=E 若C1<C2
uC1 uC2
0 uC1 -
1 1 iC1dt uC2 C1 t C2

t
iC2 dt
Ⅰ区：iC1>0，iC2>0，iLf>0，iC1=iLf；
第十四届研究生学术会议
三电平逆变器直流侧电容电压平衡问题
报告人： 指导老师：
多电平逆变器
•柔性交流输电系统： 有源滤波、无功补偿等 •高压大功率交流电动机 变频调速系统
二极管钳位型多电平逆变器 电容钳位型多电平逆变器 级联型多电平逆变器
S1 C1 D5 E D6 C2 S4 S3 S2
D1 D2 Lf
改进型的三电平逆变器
减小电容对直流电压的影响 S D S1和S3为a组开关， C S2和S4为b组开关； S D E C a组、b组开关互补导通 S D 输出电压正半周S5开通； C 负半周S6开通 S D
1 1 2 3 3 2 4
1
2
S5 vA S6
D5
Lf iLf Cf
io
+
3
D6
iC Z vo
D5
S2
S2
3 S3
D2
E
6 D6
io
++
ivo Cf
Ⅰ
iLf
D
S
C C22
iLf D3iLf C
vo iLf io vRo
Ⅱ
iCf Lo o iCf Z vvo Ro
C2 iiC2
S4 S4
D4 D4
Ⅰ区：iC1>0，iC2>0； Ⅱ区：iC1<0，iC2<0； uC1+uC2=E 理想C1=C2
+
电感电流流入逆变桥臂
S1 C1 D5 E D6 C2 S4 S3 S2 D2 Lf iLf D3 C f D4 io
+
D1
D1
iCf Z vo
iCf Z
vo
直流侧电容充放电情况
-1电平
电感电流流出逆变桥臂
iC1 C1 D5 E D6 C2 iC2 S4 S3 S2 D2 Lf iLf D3 C D4
uC1+uC2=E 若C1<C2
uC1 uC2
0 uC1 -
1 1 iC1dt uC2 C1 t C2
iC1dt iC2 dt
t

t
iC2 dt
当C1放电，C2充电 当C1充电，C2放电

t
t
iC1dt iC2 dt
t
直流侧电容充放电情况
非理想C1<C2
Ⅰ
uC1+uC2=E
uC1 uC2 0
i i
I
I
II
C1
dt iLf dt
I
电感磁复位原理
C2
dt iLf dt
I
II Lf
i
I
C1
dt iC1dt 0
II
Ⅱ
i dt i dt II iC2 dt II iLf dt
C1
i
I
Lf
dt iLf dt 0
II
C1放电
i
I
C2
dt iC2 dt 0
II
C 充电
直流侧电容充放电情况
非理想C1<C2
iC1 C1 D5 E D6 C2 iC2 S4 S3 S2 D2 Lf iLf D3 C D4
f
S1
D1
io
+
iCf Z
vo
?
uC1/V uC2/V
uC1和uC2
300 200 100 0 300 200 100 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 t/s 0.5 0.6 0.7 0.8
S3 S4
D1
D6
D2 D4f L D3
C2
S3 Z S4
+
voD3 Cf E
S2 + D2 S5 Z vo C3 vA S3 D3 D4 S6
Lf iLf Cf
io
+
D4
D6
iC Z vo
C2 S4
Cf
Z
vo
Thanks！ Have a good day!
+
D3 D4
Cf
Z
vo
单相二极管钳位型三电平逆变 器
直流侧电容充放电情况
iC1 C1 D5 E D6 C2 iC2 S4 S3 S2 D2 Lf D3 C f D4 iLf io
+
S1
D1
iCf Z
vo
单相二极管钳位型三电平逆变 器
直流侧电容充放电情况
+1电平
电感电流流出逆变桥臂
iC1 C1 D5 E D6 C2 iC2 S4 S3 S2 D2 Lf iLf D3 C D4
II
i
I
C2
dt iC2 dt 0
II
直流侧电容充放电情况
非理想C1<C2
iC1 C1 D5 E D6 C2 iC2 S4 D4 S3 S2 D2 Lf D3 iLf Cf io
+
S1
D1
vo
Ⅰ
vo
iLf
Ⅱ
iCf Z
Ⅰ区：iC1>0，iC2>0，iLf>0，iC1=iLf Ⅱ区：iC1<0，iC2<0，iLf<0，iC2=iLf 若C1<C2
i
I
C1
dt iLf dt
I
i
I
C2
dt iLf dt
I
Ⅱ区：iC1<0，iC2<0，iLf<0，iC2=iLf； II iC1dt II iLf dt II iC2 dt II iLf dt
i
I
Lf
dt iLf dt 0
II
i
I
C1
dt iC1dt 0
f
电感电流流入逆变桥臂
iC1 C1 D5 S2 S1 D1 D2 Lf iLf D3 C D4
f
S1
D1
io
+
E vo C2 iC2 S4 D6 S3
io
+
iCf Z
iCf Z
vo
直流侧电容充放电情况
0电平
电感电流流出逆变桥臂
S1 C1 D5 E D6 C2 S4 S3 S2 D2 Lf D3 C f D4 iLf io
改进型的三电平逆变器具有以下优点： •避免电容值变化对直流电压的影响，进而影响输出 •每个功率开关管关断时都钳位在电容电压
S1 C1 D5 E C2
E D6 C2 S4 D4 S3 C1
D1
S1 C1 D5 S2
+
D1 D2 Lf
S2
E
D6
D5 S1 S2
D2 Lf D3 Cf
S1 C1
D1 D5
f
电感电流流入逆变桥臂
iC1 C1 D5 S2 S1 D1 D2 Lf D3 D4 iLf Cf
S1
D1
io
+
E
io
+
iCf Z
vo
C2
D6 iC2
S3 S4
iCf Z
vo
直流侧电容充放电情况
理想C1=C2
iC1 C1
C1 E iC1
S1
S1
D1
D1 D2 L f Lf D3
vLo
io Cf
f
D5
（Байду номын сангаас）+1电平
S1 C1 S2 E S3 C2 S4 D4 D2 S5 C3 vA D3 S6 D5 Lf D6 Cf Z
E
（2）+0电平
S1 C1 S2 S3 C2 S4 D4 D2 S5 C3 vA D3 S6 D5 Lf D6 Cf Z D1
D1
（4）-1电平 （3）-0电平 改进型的三电平逆变器