多电平变换器.

1.2.2 多电平逆变器空间矢量PWM控制方法
V11(-1-11)
D
V10(0-11)
V9(1-11)
B
3
V3(001) V2(101) V8(1-10) 4 C (-1-10) (0-10) C 2 D A V0(111) A B V1(100) V4(011) (-1-1-1) V13(-111) (-100) (0-1-1) V7(1-1-1) (000) V14(-110)
Vout
Sa3 Vout2
V2
Sa2
V3
Sa4
V2
Sa2
Sa4
（a）多电平变换器的基本单元
（b） 基本单元的串联 图11 基本单元的概念
（c） 基本单元的并联
由该方法不仅可以得到已有的三类基本多电平变换器拓扑，而且可以推导得到一系列新的 拓扑结构，从而将多电平变换器拓扑结构的研究统一在基本构成单元的范畴之内，为多电 平变换器拓扑结构的研究提供了一个新的指导原则。
Vdc
图5 单相级联型七电平变换器主 电路结构
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
Sp4 Dp 4 C7 Vd c Sp3 Dp 3 C4 Sc8 Sp2 Dp 2 C2 Sc4 Sc9 Dc 4 Dc 1 C5 Vo C1 Sc2 Dc 2 Sn1 Dn 1 C3 Sc6 Dc 6 Sn2 Dn 2 C6 Sc1 2 2 -L ev el Sn3 3 -L ev el Dn 3 C1 0 Vd c Sn4 4 -L ev el Dn 4 Dc 12 Sc1 1 Dc 11 Sc5 Dc 5 C9 Vd c Sc1 0 Dc 10 Dc 9 Sc3 Dc 3 C8 Vd c Dc 8 Sc7 Dc 7
V4
C2 Sa4 Vdc V3 Sa1' Ca2 C3 Sa2' Ca3 V2 Sa3' Sb3' Sb2' Cb3 a Ca1 Ca3 Sb4 b Cb1 Cb3
特点：大量的开关组合冗余， 可用于电压平衡控制； （一般采用相移PWM调制）
LO A D
பைடு நூலகம்
Sb1' Cb2
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合。
V12(-101)
5 V5(010)
(-10-1)
6
V6(110) (00-1)
1
V18(10-1)
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 在于概念清晰，反映了 SPWM的本 质，电压利用率高，易于数字实现 等，不足之处在于当电平数超过 5 时 ， 算 法 过 于 复 杂 。
V15(-11-1)
V16(01-1)
V17(11-1)
图8 三电平逆变器空间电压矢量图
2. APEC’2002-2003中提出的新拓扑和控制方法
在近两年APEC中研究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
四电平Marx逆变器 （APEC’2003）
四电平Marx逆变器
3.2 改进的级联型多电平变换器拓扑
+
vdc2
sa1
sa3
+
vo2
表1 几种多电平拓扑单臂电路输出15电平时所需 元件数的比较
sa2 sa1' sa4 sa5' +
Sb1' Db1'
图1 单相二级管箝位型五电平变换器主电 路结构
back-to-back连接 外加电压调节控制器 通过改进拓扑结构 通过改进调制方法
O
Vo
O
Vo
图2 改进的二极管箝位型五电 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
+
V5 Sa1 Sb1
C1 Sa2 Ca3 Sa3 Ca2 Sb3 Cb2 Sb2 Cb3
C4 Sa4' 0 V1 Sb4'
图4 单相飞跨电容型五电平变换器主电路结构
特点：无需箝位二极管和箝位电容，在三 种电路结构中，对于相同电平数，所需 器件最少，易于封装；需多个独立直流 电压源。该结构适用于各种可再生能源， 如，燃料电池，光伏电池等。
Vdc
Vdc
Vdc
Load
Load
Vdc
2Vdc
减少共模电压的滞流调节策略。使用三个独立的多电平滞流调节器来产生三套互补 的门极信号。（APEC’2003）
3. 我们在多电平拓扑和控制方面所作的工作
3.1 提出了基于基本单元串－并（并－串）思想生成多电平变换器 拓扑的新方法
V1 Sa1 Vout1
V1
Sa2
V1
Sa1
V2
Sa1
Sa3 Vout1 Vout2
Sp 1
Dp 1
Sc1
5 -L ev el
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
1.2.1 基于载波的多电平PWM控制方法
(a) 消谐波PWM方法（SHPWM）
(b) 开关频率优化PWM方法 （SFOPWM）
(c) 载波带频率变化的PWM方法
(d) 相移载波PWM方法
图7 基于载波的多电平PWM控制方法
Marx 单元
半桥单元（M级） 图9 四电平Marx逆变器
一种应用于有源整流或无功补偿的新的混合多电 平变换器拓扑：(APEC’2002)
图10 混合多电平变换器原理图
新的控制方法
一种通用的空间矢量 PWM控制算法：解决了空间矢量计算的复杂性，并且该法可以 应用于任意电平的H-桥级联型多电平拓扑。（APEC’2003） 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。 （APEC’2003） 减少电流纹波的空间矢量混合PWM技术。（级联型）（APEC’2003）
V4 Sa3 Da2 Sb3 Db2
特点： 可控制无功功率流，但是传递 有功功率时，存在直流分压 电容电压不平衡问题。
Db3
LO A D
C2 Sa4 Vdc V3 Sa1' Da1' C3 Sa2' Da2' V2 Sa3' Da3' C4 Sa4' 0 V1 Sb4' Sb3' Db3' Sb2' Db2' a Da3 Sb4 b
多电平变换器拓扑及控制技术 的发展综述
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：
1。现有多电平变换器拓扑和控制方法的简单概述 2。APEC’2002-2003中提出的新拓扑和新控制方法 3。我们在多电平拓扑和控制方面所作的工作
1.1 多电平变换器拓扑的简单概述
+ V5 Sa1 Sb1 C1 Sa2 Da1 Sb2 Db1