多电平逆变器的拓扑优化及仿真研究

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1、山东大学硕士学位论文摘要随着电力电子技术、微电子技术、计算机技术和现代控制理论的飞速发展，多电平逆变器已引起电力电子行业及中大功率交流电机调速领域的极大关注，在低压小功率的用电领域，电力电子技术的各个方面已经趋于成熟，将来的研究目标是高功率密度、高效率、高性能，而在高压大功率的输配电领域，各个方面的技术正成为当今电力电子技术的研究重点。近年来，新型多电平功率逆变器由于输出容量大和输出电压电流谐波含量小的优点，在中压(1kV—lOkV)、大功率(200kW一20MW)、高压调速领域、交流柔性供电系统(FACTS)的无功补偿中得到了广泛的应

2、用。为了获得较好的输出频谱特性，利用较少的器件来产生较高质量的波形已成为多电平逆变器一个新的发展方向。因多电平逆变器具有小的输出波THD值、低的器件电压应力和低的系统EMI等优点而成为高压大功率研究应用的热点。然而，现有的多电平逆变器拓扑都存在一定的缺点，使它们在实际应用中存在一定的局限性。并且，随着电平数的增多，电路拓扑和控制的复杂性增加，使逆变器系统的可靠性降低。为了减少飞跨电容及箝位二极管的数量，提出了一种新型的无箝位二极管和飞跨电容的多电平逆变器拓扑。在这种拓扑中，每一相只有两个功率器件承受两倍的电压，其它的只是承受直流侧电容电

3、压。并借助PSpice8．0仿真验证了结果的正确性。本文是在介绍多电平逆变器的拓扑结构和工作原理的基础上，比较现有三类基本多电平逆变器的优缺点。基于多目标优化理论、遗传算法的最优设计等，试图探讨一种系统的、理论性的优化多电平逆变器拓扑结构的方法。关键词：多电平逆变器，无飞跨电容式，级联型拓扑，优化，仿真山东大学硕士学位论文ABSTRACTWiththefastdevelopmentofPowerElectronics，MicroElectronicTechnique，ComputerTechnologyandModernControlT

4、heory，TheMultilevelInvertershavegotlargeattentioninPowerelectronicalindustryandtheapplicationsofthehighpoweredA．Cmotors’motioncontr01．Intheregionoflowvoltageandpower，alltheaspectsofPowerElectronicshavedrivedtomaturitystage，theobjectivesinthefuturewillbehighpowerdensity，h

5、ighefficiencyandhighperformance，andintheapplicationsofhighpowerelectricitytransmissionanddistribution，thetechnologyofallaspectshavebeenthepriorityresearchspots．Withtheadvantagesoflargeoutputcapacity，beingsuitableforhighvoltageapplicationsandlowvoltage／currentharmonic，nov

6、elMultilevelInvertershavebeenwidelyusedinmiddlevoltage(1KV—IOKV)，highpower(200KW一20MW)appplications，highvoltagemotioncontrol，andthereactivepowercompensationofFACTS．Inordertogotbetterfrequencyspectrumcharacteristics，obtaininghigherqualitywaveswithlessdeviceshavebeenanewde

7、velopmentdirection．WiththeadvantagesoflowoutputTHD，lowdevicevoltagestressandlowEMI，MultilevelInvertershavebeenaresearchhotspotsofhighvoltageandlargepowerapplications．However，almostalltheexistingmultilevelinvertershavesomedisadvantageswhichlimitetheirapplications．Also，wit

8、htheincreasingnumberofoutputlevels，thecircuittopologyandcontrolmethodbecomemorecomplex，thenthesystem’Sr