多電平逆變器有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的研究

決定。只有當輸出電流和輸出電壓之間的相移在±90°附近時(shí)，即負載是純無(wú)功負載時(shí)，對于輔助電流iaux1和iaux2來(lái)說(shuō)，它們分別流入中點(diǎn)1和中點(diǎn)2的電流的安秒值在一個(gè)輸出周期內才相等。在其它情況下，中點(diǎn)將會(huì )產(chǎn)生偏移。因此在二極管箝位型三電平輔助諧振變換極逆變器中，由于存在兩個(gè)相互獨立的中點(diǎn)，充電平衡所帶來(lái)的中點(diǎn)穩定的問(wèn)題是不可避免的。

2）輔助開(kāi)關(guān)的反并二極管關(guān)斷時(shí)由于其反向恢復特性在輔助開(kāi)關(guān)兩端將造成過(guò)電壓，雖然各種各樣的減少過(guò)電壓的方案被提出，但是都大大增加了電路的復雜性。 表1概括和比較了上面三種三電平輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲的元器件參數特性。

表1三種電路拓撲元器件參數的比較比較參數圖3圖4圖5
輔助開(kāi)關(guān)數量121212
阻斷電壓0.75Udc0.5Udc0.5Udc
峰值電流相對值100％100％100％
箝位開(kāi)關(guān)箝位二極管/箝位開(kāi)關(guān)6/06/06/6
阻斷電壓0.5Udc0.5Udc0.5Udc
吸收電容數量91212
電壓應力0.5Udc0.5Udc0.5Udc
RMS電流相對值6×100％3×141％12×100％12×100％
諧振電感數量366
RMS電流相對值100％70.7％70.7％
2.3二極管箝位型N電平輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)

拓撲的討論

文獻[6][10]把二極管箝位型三電平輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲的概念擴展到N電平逆變器。顯然，N電平輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲仍然存在中點(diǎn)穩定的問(wèn)題；而且，附加元器件的數量也大為增加；系統的可靠性，控制的復雜性也阻礙了把N電平輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲應用到工業(yè)中去。需要強調的是，N電平輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲中點(diǎn)穩定性問(wèn)題不是由于元器件參數的波動(dòng)或寄生參數的影響而造成的，而是因為電路拓撲本身的缺點(diǎn)而造成的。不難得出，N電平輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)的中點(diǎn)穩定性問(wèn)題和拓撲的復雜性使該電路拓撲應用到實(shí)際的工業(yè)系統中去的可能性很小。

3電容箝位型多電平逆變器的有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)

迄今為止，有關(guān)電容箝位型多電平逆變器的有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的研究非常有限。文獻[7]和文獻[11]把輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)的概念引入到電容箝位型多電平逆變器當中。

3.1電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟

開(kāi)關(guān)拓撲

文獻[11]提出的電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲如圖6所示。

該電路的輔助開(kāi)關(guān)接在直流母線(xiàn)的正極和負極之間，諧振電感Laux和電容C1、C2、C3、C4組成諧振路徑。該電路有個(gè)致命的弱點(diǎn)，即輔助開(kāi)關(guān)所承受的阻斷電壓等于Udc，這就使該電路失去了實(shí)際應用的意義。

文獻[7]提出了另外一種電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲如圖7所示。一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)連接在輸出端（經(jīng)Laux2）和箝位電容的中點(diǎn)，另外一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)連接在箝位電容的中點(diǎn)（經(jīng)Laux1）和直流環(huán)節的中點(diǎn)。該電路的輔助開(kāi)關(guān)所承受的阻斷電壓僅為Udc/4。和二極管箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲相比，此電路的兩個(gè)中點(diǎn)(1和2)的電壓是穩定的。箝位電容的中點(diǎn)由輔助電流來(lái)決定，每隔一個(gè)開(kāi)關(guān)周期輔助電流交替改變方向，并不受功率因數的影響。該電路采用了硬開(kāi)關(guān)電容箝位型三電平逆變器中為穩定箝位電容電壓所采用的方法，即交替利用三電平變換器的兩個(gè)可能的零狀態(tài)，使箝位電容的中點(diǎn)電壓趨于穩定。此外，輸出電流每隔180°，輔助電流iaux1和iaux2的方向改變一次，用來(lái)平衡由于調制策略和功率因數造成的輸出電流的不對稱(chēng)。由于在三相系統中，輸出電流是三相對稱(chēng)的，因此直流環(huán)節中點(diǎn)可以按照傳統的兩電平輔助諧振變換極電壓源型逆變器的中點(diǎn)穩定的方式來(lái)趨于穩定。

但是，該電路存在以下缺點(diǎn)：

多電平逆變器有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的研究

圖8電容箝位型N電平逆變器的輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲

1）和二極管箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲一樣，輔助開(kāi)關(guān)的反并二極管關(guān)斷時(shí)由于其反向恢復特性在輔助開(kāi)關(guān)兩端將造成過(guò)電壓。 2）對寄生電感參數很靈敏，處理不好，會(huì )引起寄生震蕩。

3.2電容箝位型N電平輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓

撲的討論

文獻[7]把電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲拓展到了電容箝位型N電平逆變器中，如圖8所示。所有輔助開(kāi)關(guān)的阻斷電壓都相等，都等于Udc/〔2(N－1)〕。表2是N電平輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)的主要特性。

表2電容箝位型N電平逆變器的輔助諧振

變換極軟開(kāi)關(guān)的主要特性主開(kāi)關(guān)輔助開(kāi)關(guān)
數量3×2(N－1)3×(N－1)
阻斷電壓Udc/(N－1)Udc/〔2×（N－1)〕
軟開(kāi)關(guān)類(lèi)型零電壓開(kāi)關(guān)零電流開(kāi)關(guān)
電容箝位型N電平逆變器的輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲目前只是在理論上作了一些探討，中點(diǎn)平衡問(wèn)題需要作進(jìn)一步的研究，應用到實(shí)際當中，還有很多工作要做。

4結語(yǔ)

所謂多電平逆變器的有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，是在多電平逆變器原有的主電路結構中，附加一些輔助的有源開(kāi)關(guān)器件和電感，電容，通過(guò)適當的檢測和時(shí)序控制，軟化功率器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程，實(shí)現軟開(kāi)關(guān)的功能。目前，關(guān)于多電平逆變器軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的研究，多集中在有源軟開(kāi)關(guān)方面，得到了一些多電平逆變器有源軟開(kāi)關(guān)電路拓撲。從以上的分析，可以看出這些電路拓撲的換流過(guò)程相對簡(jiǎn)單；但是所有的多電平有源軟開(kāi)關(guān)拓撲，全都加上了有源輔助開(kāi)關(guān)及相應的檢測和控制電路，由于多電平變換器自身拓撲結構和控制已經(jīng)相當復雜，再加上有源輔助開(kāi)關(guān)及相應的檢測和控制電路，使系統的復雜性增加，從而降低了系統的可靠性。因此，在可靠性要求較高的場(chǎng)合，多電平逆變器有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的應用還有一定的困難，還有很多工作要做。 與有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)相比，無(wú)源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)不需要有源輔助開(kāi)關(guān)及相應的檢測和控制電路，所以在電路的復雜性和可靠性方面具有很大的優(yōu)勢，目前，有關(guān)多電平逆變器的無(wú)源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的研究很少，因此，把無(wú)源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)應用到多電平逆變器中，是多電平逆變器軟開(kāi)關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)值得關(guān)注的方向。