高压大功率变频器拓扑结构研究

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1、高压大功率变频器拓扑结构研究摘要：对几种常用的高压大功率变频器的拓扑结构进行了对比研宄，着重介绍了近年来国内外在高压大功率变频器拓扑结构研究方面的最新成果，给出了高压大功率变频技术和多电平电路拓扑结构的发展趋势。？关键词：高压变频器；拓扑结构；混合级联型；模块化；多电平变换电路？中图分类号：TN323文献标识码：A文章编号：2095-1302(2011)10-0062-05??TopologicalStructureofConverterswithHigh-pressureandHigh-power?QIUFeng?l,FENGJiang-hua?2,

2、HUJia-xi?2?(1.SchoolofElectricalandInformation,HunanUniversityofTechnology,Zhuzhou412001,China;2.CSRZhuzhouElectricLocomotiveResearchInstituteCo.Ltd.,Zhuzhou412001,China)?Abstract：Thetopologicalstructureofseveralcommonlyusedconverterswithhigh-pressureandhigh-powerarecompared.The

3、latestresearchresultsabouttopologicalstructureofconverterswithhigh-pressureandhigh-powerathomeandabroadinrecentyearsareintroduced.Thedevelopmenttrendsofhigh-pressurehigh-powerinvertertechnologyandmulti-levelcircuittopologystructureareproposed.?Keywords：high-voltageconverter;topo

4、logy;hybridcascade-type;modular;multi-levelconversioncircuit?0引言？高压变频器通常指供电电压在3kv的大功率变频器，目前实际应用的主要电压等级有3kV?(3.3kV)、6kV(6.6kV、6.9kV)和10kV。在能源危机和环境污染日益严重的社会发展中，各国政府都开始增强节能减排的意识，重视节能应用，我国“十一五”与“十二五”规划均提出节约能源的重要性；同时能源价格的日益增长，让许多重工业领域企业更加重视高压电气装备的长远投资。理论分析结果以及实际应用的状况，均表明高压变频器在节能改造方面具

5、有巨大的潜力，有着广阔的发展前景。？到目前为止，高压变频器还没有像低压变频器那样有近乎统一的拓扑结构。起初，高压变频调速采用高-低-高的方式，即经过升降压变压器，实质上依然是低压变频器。然后出现了高-高直接式中压变频器。根据有无中间直流环节，可以分为交-交变频器和交-直-交变频器。由于交-交变频器调速范围窄，需要无功补偿和滤波装置，造价成本很高且占地面积大，所以逐渐被交-直-交中压变频器所代替。对于交-直-交变频器，根据直流环节结构的不同，可以划分为电流源型变频器和电压源型变频器，电流源型中压变频器的中间滤波环节采用的是大容量电感，而电压源型中压变频器

6、中间滤波器采用的是大容量电容。由于电流源型中压变频器对电网电压波动和负载特性非常敏感，现场调试非常麻烦，因而使其无法像电压源型变频器一样普及应用。？本文所研究的高压变频器属于交-直-交电压型多电平变频器。本文将对国内外几种主要的高压大功率变频器主电路拓扑结构进行综述和研宄，并在此基础上，从进一步提高系统效率的角度出发，对高压变频器技术的发展方向加以探讨。？1二极管箝位型变换电路？日本学者A.Nabae于80年代初提出了中点箝位型PWM逆变电路结构，该电路又称二极管箝位多电平变换电路。图1是二极管箝位型五电平变换器的单相电路，该电路的每相桥臂有8个开关器

7、件?S?1〜S?8串联，每4个开关器件同时处于导通或关断状态，其中(S?l，S?5)、(S?2,S?6)、(S?3,S?7)、(S?4,S?8)为互补工作的开关对，也即当其中的一个开关导通时，另一个关断。对于?n?电平的二极管箝位型变换拓扑，个桥臂需要(?n?-l)个直流分压电容，2(?n?-l)个主开关器件，(?n?-l)(?n?-2)个箝位二极管。通过组合3个相同的单臂电路，并利用相同的分压电容，就可以很容易地得到三相电路。？在普通二极管箝位型多电平变换电路中，箝位二极管的阻断电压与开关器件的承受电压相同，变频器电平数越多，串联的箝位二极管器件就越

8、多。例如在图1(a)中，VDc??2、VD??c5由3个相同的二极管串联；VD??c3和VD?