级联h桥型多电平statcom的直流电压平衡分析和仿真

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1、中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会级联H桥型多电平STATCOM的直流电压平衡分析和仿真1121曹靖李红涛苗建峰马秀坤1)2)北方工业大学机电工程学院，北京100144中国工控网（北京）信息技术公司，北京1000891)2)Email：caojing@ncut.edu.cnEmail：hontel@163.com摘要基于级联H桥型多电平逆变器模块中独立电容充放电过程的分析，本文深入研究了直流侧电容电压产生不平衡的原因和影响因素，并探讨了这种不平衡的差异趋于稳态的可控特性，根据能量平衡理论建立的级联H桥型多电平逆变器平均模型，最后给出了仿真结果并验证其结论

2、的正确性。本文的分析为级联H桥多电平逆变器直流侧电容电压平衡的PWM控制提供一定的参考依据，其结论将有助于大容量电机控制和动态补偿装置等大功率逆变器的工程分析与设计。关键词多电平，逆变器，级联H桥，电压平衡AbstractBasedontheanalyzingofcharge-dischargeprocessoftheindependentcapacitance,thispapermainlystudiedthecausesandinfluentialaspectsofDCcapacitors’voltagebalancingproblemsincascadedH

3、-bridgemulti-Levelconverter,andproposesthatthedifferenceofDCcapacitors’voltagebetweeneverymodulewillbetendingtostablestateandfinallybecontrolled.Inordertoinvestigatedeeply,averagemodelofcascadedH-bridgemulti-Levelconverterisbuiltaccordingtotheenergybalancetheory,andthevalidityisverifi

4、edbythesimulation.TheanalysisofthispaperisofvaluetosolvetheseDCcapacitors’voltagebalancingproblemsusingPWMcontrolincascadedH-bridgemulti-Levelconverter,andtheconclusionwillbehelpfulforthedesignworksinlarge-capacitymotorcontrolanddynamiccompensationdevices.KeywordsCascaded-HBridge,Mult

5、i-LevelConverter,DCcapacitorvoltagebalancing1．引言率信号更好地逼近正弦波，进而使系统具有更高的耐伴随着电力电子器件的飞速发展，逆变技术广泛压以及更低的谐波。另外，应用其他场合的CMC也应用于电信、能源、交通运输、军事装备、材料工程、有由直流电源为其提供直流侧电压的拓扑结构。电力系统和电气传动领域。多电平技术的出现为逆变CMC的各个CHB模块的直流侧电容电压的平衡器大容量化的发展开辟了新的道路，它的电平数量越控制非常重要。一方面如果单个模块电压过高，不仅多，输出波形谐波失真越小，越接近于正弦输出，更会导致开关误操作，也会

6、增加模块中开关管的电压应适合大容量、高压的场合。力；另一方面电压不平衡，会直接影响逆变器的输出[1]目前，多电平逆变器主要的电路拓扑有三种：特性，增加输出功率信号的谐波失真，而且这种不均二极管钳位型多电平逆变器、飞跨电容多电平逆变器衡会随着级联级数的增加而凸显，协调控制的难度加和级联型多电平逆变器。其中级联型多电平逆变器大，进而严重影响整个逆变装置的工作性能。因此控（Cascaded-MultilevelConverter，CMC）也称为链式制各CHB模块间电容电压的平衡控制一直是CMC系结构多电平逆变器，相比其他两种结构在改善系统的统研究的重点。稳态性能和动态性

7、能方面具有控制灵活、连续、精确，工作范围宽，谐波小，成本、体积及损耗低等很多优势，逐渐成为目前研究的热点。[2]2．CMC的结构CMC典型结构如图1所示，主体是由n个独立单元级联构成，每个独立单元都是一个H型的单相逆变桥，称其为级联H桥（cascadedH-bridge，CHB）模块，其直流侧电压由电容器单独提供，这种结构一般应用于无功功率补偿装置。这种结构易于实现装置模块化的灵活配置，实现独立分相控制，有利地解决系统的相间平衡问题，系统可靠性高，维修方便。同时为了达到更好的谐波特性，这种拓扑结构在增加级联图1CMC的典型结构级数的同时往往结合PWM控制技术，使其

8、输出的功中