各種常用多電平逆變器小結(jié)

　　本文首先總結(jié)了級(jí)聯(lián)H橋、NPC和FC多電平逆變器的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)，并以七電平為例仿真驗(yàn)證了關(guān)于器件開(kāi)關(guān)頻率、器件電壓應(yīng)力、輸出諧波含量等特點(diǎn)。接著研究了緊密型多電平逆變器的工作原理和控制策略，主要研究?jī)?nèi)容包括主電路拓?fù)?、運(yùn)行原理、控制策略、調(diào)制策略等方面，并對(duì)各類拓?fù)渲衅骷?shù)量與電平關(guān)系進(jìn)行了歸納總結(jié)，形成數(shù)學(xué)表達(dá)式。建立了傳統(tǒng)兩電平、二極管鉗位三電平、緊密型七電平逆變器的損耗模型，分別計(jì)算了在開(kāi)關(guān)頻率為10kHz、20kHz和50kHz下的損耗值大小。通過(guò)電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的控制方式，建立了單相緊密型七電平逆變器在孤島運(yùn)行時(shí)的仿真模型，最后建立了單相緊密型七電平逆變器在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的仿真模型。

經(jīng)過(guò)本文的研究，得到如下結(jié)論：

　?。?） 傳統(tǒng)兩電平逆變器的電磁干擾大，du/dt大，設(shè)備體積大，開(kāi)關(guān)頻率高，逆變效率低，不適用于高壓系統(tǒng)等，采用多電平逆變器可以有效的解決這些問(wèn)題。

　?。?） H橋多電平逆變器的控制較簡(jiǎn)單，但需要的獨(dú)立直流電壓源數(shù)量較多；NPC多電平逆變器的控制簡(jiǎn)單，不需要額外的獨(dú)立直流電源，但需要較多數(shù)量的鉗位二極管；FC多電平逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)組合多、較靈活，控制較復(fù)雜，需要考慮飛跨電容電壓不平衡等問(wèn)題。

　?。?） 由于緊密型七電平逆變器的器件數(shù)量大于兩電平和三電平，因此功率器件的總導(dǎo)通損耗較大。在開(kāi)關(guān)頻率較低時(shí)，導(dǎo)通損耗為主要損耗，因此緊密型七電平逆變器的損耗較大，優(yōu)勢(shì)不明顯。但隨著開(kāi)關(guān)頻率的增大，開(kāi)關(guān)損耗成為主要損耗，這時(shí)緊密型七電平逆變器的損耗值最小，優(yōu)勢(shì)明顯。

　　（4） 與傳統(tǒng)的多電平逆變器的相比，緊密型多電平逆變器使用的器件數(shù)量最少，開(kāi)關(guān)狀態(tài)唯一，控制簡(jiǎn)單，設(shè)備體積小。

　?。?） 對(duì)單相緊密型七電平逆變器孤島運(yùn)行時(shí)采用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的控制策略，使其能夠按照給定的電壓和頻率參考值輸出電壓和頻率；通過(guò)對(duì)單相緊密型七電平逆變器進(jìn)行并網(wǎng)仿真，證明了其在并網(wǎng)時(shí)的可行性與可靠性。

1.1 下一步工作展望

　　本文通過(guò)學(xué)習(xí)已有的七電平逆變器以及新型的緊密型七電平逆變器，取得了一定的成果。但是由于時(shí)間和作者水平有限，仍有許多的工作待進(jìn)一步研究。具體說(shuō)明如下：

　?。?） 傳統(tǒng)多電平逆變器的學(xué)習(xí)與仿真中僅僅對(duì)部分拓?fù)溥M(jìn)行了電流單閉環(huán)的仿真學(xué)習(xí)，因此只能對(duì)器件數(shù)量、器件耐壓、器件開(kāi)關(guān)頻率等參數(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)對(duì)比。同時(shí)，由于飛跨電容逆變器不能采用傳統(tǒng)的載波層疊方式進(jìn)行控制，因此可以進(jìn)一步研究改進(jìn)型載波層疊法或?qū)W習(xí)空間電壓矢量控制的控制方法，用于控制飛跨電容逆變器。

　　（2） 逆變器電平數(shù)量越多，輸出諧波含量越小，因此所需要的濾波電感也越小，由濾波電感帶來(lái)的損耗也越小。因此，在損耗模型中，還可以建立濾波電感的損耗。這樣可以更加突出多電平逆變器的效率優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，進(jìn)行損耗對(duì)比時(shí)，還可以再建立其它七電平逆變器的損耗模型與緊密型七電平逆變器進(jìn)行對(duì)比。

　?。?） 在目前的仿真中，暫時(shí)只建立了直流源為理想電壓源和接入整流橋時(shí)的模型，應(yīng)繼續(xù)建立緊密型七電平逆變器接入光伏系統(tǒng)時(shí)的模型將其運(yùn)用到光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中。