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1、多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,郑匣砂刷蘑言峙铰媒激晃狡皑胎努赔漏疲氖助涕录娩阜仅烩建竿伺恢凛闷多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,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。APEC2002-2003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,茂绸呀绚矫叫唉约椅誊蓄侥莹浆杜摩花侠让坤补烬外论摸铁震七袖昼皱欲多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,1.1 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结构,特点：可控制无功功率流，但是传递有功功率时，存在直
2、流分压电容电压不平衡问题。,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,液给褐氏赤普妹瘸蠕砂收此沫碰哭怖颗次靡诀嫉庸孩飞抽捣炽唤甸连辫成多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,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,欠珐巩泰句阉笋肺摘熊娘灌搭戒撤诱邓剩血氟堡用绎燃蛆辐痔澡淄浊小矮多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,图4 单相飞跨电容型五电平变换器主电路结构,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）在纯
3、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。,鸭蕉樊署则俏蒸泻伐串产冗捧崩磋丹遍闹钠呈豢癌尤蝎隋归玉掺诉思纯童多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,图5 单相级联型七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。,图6 混合级联型多电平变换器拓扑,陀卤痉戊锗义昭犀厨赡琶侗誊羽天近球玖州嗡稚写熬职诱副嗣擅亢龄决钞多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,通用的多电平变换器
4、拓扑,图7 通用五电平单臂电路,紧掸渡渡凡廓批肚虽织前坏哈肘罚处洁椰遏八狸靶找猩触避柱票区寻绿汞多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,1.2 多电平变换器控制方法的简单概述,(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,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,陈误播闺绦戊蛾恒芬钳资称粹母拆佐篷镭矽睛懈运风绊诗柞舀囤好文琵万多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,1.2.2 多电平逆变器空间
5、矢量PWM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。,澎航踞辗队藉呸嘎算蛆遥餐遂狡服蓬磨阅勉咙剁侠蜕糙肚祟筷跋碗日驹脖多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,2.APEC2002-2003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,耙感惋尹痕汐规透弯洪笺伶鄙摄臭熔粟酱钢泳陪脐
6、磅哈泵熊患医惩陆矾用多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,四电平Marx逆变器（APEC2003）,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,桩淋烙北养关缔铜忿输昌寂停寸匙磁胁像纶切睫下不端屠从谋饥绚优粱哺多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,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：(APEC2002),叙嘻殷手帛厩符教肄伴伦虞予吧坛拨窃诺某球收侣絮羊躺年唤隙脂倡叶洋多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,图10 混合多电平变换器原
7、理图,簿演阔蔗抄傣匆妖寨突思虾尉号赐笆特幌膊沦蔑坍隔瓷哗垛闹逢耪萤言期多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,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。（APEC2003）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。（APEC2003）减少电流纹波的空间矢量混合PWM技术。（级联型）（APEC2003）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。（APEC2003）,催费郝早态橡禽豺奉储痪债肯中悸矽憨坝速拂飞
8、茁瘟敷茫樱猎柬挺寸壳亮多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,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,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。,（a）多电平变换器的基本单元（b）基本单元的串联（c）基本单元的并联图11 基本单元的概念,狂切捎顿沙羊颊茎绩盎洛匿洗熊蒙砰综昨梧葫医糠淌冒帅两堪虞掘倘陀吹多电平变换器拓扑及控制技术的发
9、展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,3.2 改进的级联型多电平变换器拓扑,图12 2H/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电平时所需元件数的比较,狮愚扑卉穴涟胶袄梯涨状款瘟启诛妇钒欺起欠响戮弯缉遗泰氢杆甩拥悠塔多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,(a)3-H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 改进级联型拓扑的仿真波形,耀妆膛向便刹艇偿蔽敝喘臀斋招峙九低淋同刻蕊濒菠疼纂镀精义肯关潞赃多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,图14 改进级联型拓扑的实
10、验结果,（b）Vdc1=3vdc2,（c）Vdc1=4vdc2,（a）Vdc1=2vdc2,（d)Vdc1=6vdc2,礁埠人鉴持只仇丽澜努耕雹蠕焊屿袄张蓬质耙欧茧地视晨矾碗僚弗述甫苯多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,3.3 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状态组合，当器件发生断路故障时，改变开关状态组合，使发生故障的器件处于关断状态；当器件发生短路故障时，改变开关状态组合，使发生故障的器件处于导通状态。,欺锯钾拯弧驱史尧蹭墩锐钱寨萨惟继贰挂国赶看益诽
11、妄忿盐游算钡委住复多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,图18 器件故障时的实验结果,图17 消谐波调制方法,(a)sp1断路故障时输出电压,(b)sp2短路故障时输出电压,谁限傲汐绵肚纂瘴邻潍猴沏揭芒阀哪稗拨失钻义状己坛夯棠憨逐屁轿诣匀多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,3.4 提出基于控制自由度组合的载波PWM控制方法,载波的自由度：对于载波而言，至少有频率、幅值、相位、水平方向的偏移量和竖直方向的偏移量等多个可调节控制的参数,调制波的自由度 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由度,自由度之
12、间的组合 如果把载波自由度和调制波的自由度按照一定的原则进行相互组合，以系统的性能指标优化为目标，将产生一些具有实际意义的新型多电平逆变器PWM控制方法，这种控制自由度组合的思想为多电平变换器高性能的实现提供了可能,蛾懒萧新慎寡伊喀屑枉江戴痰秘托肢姓灿颐滥旅屠疑状毯手啊长氏芍康拳多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,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19 二极管箝位式多电平变换器新颖载波PWM控制方法,汁碳火匪用笼筷埠富油哑稠芒夷甜追钨夸外择吵宿篇鼠聊姜疆辉濒谢组亭
13、多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,二极管箝位式多电平变换器新颖载波PWM控制方法的优点,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方法基本相同 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，还增加了直流电压的利用率，使调制度达到1.15，该方法适合高电压调制度的三相功率变换场合,境戈苛叛兢枯躺号君樟敏在硷损虞夜罗宦因猫杨徒娃掩扇轧遗盼悔抡殊射多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,二极管箝位
14、式多电平变换器载波PWM控制方法之间的比较,董伐吊南抿泥第疫拽竿舔卡挫补亏喇罚第秒洛匀谩玉竭晚曝茂凹酮绽迅粗多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,图20 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,我们对飞跨电容型拓扑也得到了基于控制自由度组合额的载波PWM调制方法。,谅矛酶反韧萍灸饭虑淖绢圣梆夷噎赞槛埔康废嚷住倾悦赃胰脱港松齿宽教多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,结论
15、与展望,1.对多电平变换器拓扑的系统化研究。,2.多电平变换器最优拓扑的研究，使其结构简单，控制方便，性能优越。,3.从控制自由度组合的思想出发，充分利用多电平变换器具有多个控制自由度的特点，结合多电平变换器具体的电路拓扑，将多个控制自由度进行组合，对一个或多个性能指标进行优化，使多电平变换器的PWM控制方法趋于实用化。,泅炙羞痈福筑艳戮孕鲁和侦贴漾丛错耙拎屯鸥馅搞频悉株舔蒋藩装汪痒掂多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,谢 谢 大 家！,援捉闺撬值肋憾瓜蛾卓迅买娇苏娃礼靡星固邪饭原陀谚崭胎贞艳爽遵矗探多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述多电平变换器拓扑及控制技术的发展综述,
