串聯(lián)堆積式多電平變換器運行特性的實(shí)驗研究

此拓撲結構一般采用了分散邏輯控制方法^[1]。與多級串級式多電平變換器相比，無(wú)須利用多光纖來(lái)傳送驅動(dòng)信號和狀態(tài)反饋信號以及為減少各模塊之間的共模電壓干擾對被測各模塊的電壓和電流進(jìn)行隔離。在分散控制中，僅需一條光纖傳送驅動(dòng)信號和狀態(tài)反饋信號，每一模塊可以現場(chǎng)檢測電壓和電流，減小了模塊之間的共模電壓干擾。因此提高了系統的可靠性。

3 串聯(lián)堆積式多電平變換器實(shí)驗研究

實(shí)驗電路是一臺單相串聯(lián)堆積式三電平逆變器，如圖4所示。實(shí)驗電路主要參數如表1所列。

表1 實(shí)驗電路主要參數

圖4 三電平串聯(lián)堆積式逆變器

外加電阻R_un接在第一級電平母線(xiàn)上，通過(guò)這個(gè)外加電阻的開(kāi)或合來(lái)模擬三電平逆變器輸入直流母線(xiàn)電壓的不平衡。圖5是測試得到的三電平電壓(V₁、V₂和V₃)和輸出交流電壓(V_o)，從圖5中可以看到，輸出交流電壓V_o有效值即使在母線(xiàn)不平衡條件下仍能保持恒定，具有較好的自平衡、自穩定瞬態(tài)響應能力。三電平母線(xiàn)電壓經(jīng)過(guò)大約500ms將達到新的平衡，新平衡母線(xiàn)電壓值比原來(lái)起始母線(xiàn)電壓值低約25V。

圖5 逆變器自平衡波形

如果再引入一個(gè)簡(jiǎn)單的外環(huán)控制將進(jìn)一步降低逆變器的自平衡響應時(shí)間。這個(gè)外環(huán)控制采用比例控制，將各模塊變換器電壓與母線(xiàn)之間電壓差比較輸出。圖6是加入外環(huán)控制后的測試結果。從圖6中可以看到，經(jīng)過(guò)20ms母線(xiàn)上各電壓即可達到新的平衡，比不加外環(huán)控制時(shí)平衡時(shí)間縮短了約25倍。因此，經(jīng)過(guò)對控制系統的優(yōu)化，此串聯(lián)堆積三電平逆變器的自平衡能力將得到有效的改善。

圖6 帶外環(huán)控制逆變器自平衡波形

以上研究表明，串聯(lián)堆積式多電平變換器由于固有自平衡、自穩定以及功率開(kāi)關(guān)電壓應力低等特點(diǎn)，使它能廣泛地應用于高電壓變換器中，是大功率高電壓輸入模塊變換器的良好解決方案。

4 結語(yǔ)

本文分析比較了三種多電平變換器。經(jīng)過(guò)對它們各自特點(diǎn)的研究，將使多電平技術(shù)能更好地應用于電力電子變換器的設計中?？梢灶A見(jiàn)，基于多電平的鮮明特點(diǎn)，它將在今后變換器設計中起到越來(lái)越重要的作用。最后，值得一提的是，高于三電平的多電平控制技術(shù)還有待于進(jìn)一步研究。