多电平(7电平)级联H桥逆变器的控制

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1、多电平级联H桥逆变器的控制***（****大学****）摘要：级联型多电平变频器输出电压谐波含量小，易于实现模块化，适用于高压大功率场合，本文主要针对七电平H桥级联型逆变器的拓扑结构和控制方式的相关问题进行分析与研究。级联个数不同，对控制方法也有不同的要求。分别对载波层叠调制和载波移相调制方法进行了相关仿真研究。验证了两种方法的正确性，同时也对相关量的谐波进行了分析。关键词：H桥级联；七电平；载波层叠；载波移相1引言随着电气传动技术，尤其是变频调速技术的发展．大容量高压变频调速技术得到了广泛的应用。目前，高压变频器的电路拓扑结构种类

2、较多，相应的开关功率器件容量也越来越大，其基本拓扑结构有H桥级联式(CHB)、电容箝位式、二极管箝位式、飞跨电容箝位式4种。由于CHB的谐波失真和dv／dt很低．而且功率器件间无需串联就能得到很高的工作电压．其模块化结构还可以降低生产成本。因此CHB大量应用在大功率大容量变频以及电力系统中的柔性输配电(FACTS)领域。介绍了H桥级联七电平逆变器拓扑及CHBI常用的载波移相调制(CPSPWM)和电压移位调制(VSM)方式。并通过Matlab／Simulink／Powersystem仿真软件对CHB进行了全面的仿真研究。通过实验验证了

3、理论分析的正确性，表明CHB在高压变频及电力系统柔性输配电(FACTS)等领域极具实用价值。2七电平级联H桥的拓扑结构图2-1七电平级联H桥型拓扑图2-1是七电平级联型H桥型拓扑结构，每相由3个H桥单元串联。对于N电平可依此类推。从图可看出，每相输出电压等于该相3个H桥单元输出电压的叠加，即每相总的电压为：UUUUANA1A2A3UUUUBNB1B2B3UUUU（2-1）CNC1C2C3其中U~U、U~U、U~U分别为A、B、C各相H桥单元的输出电压，A1A3B1B3C1C3U~U为A、B、C各相相电压。ANCN通

4、过分析可知，每个H桥单元输出有三个状态：+E、0、-E。根据公式（2-1），每相电压可以达到的最大值U和最小值U分别为：NmaxNminU3ENmax（2-2）U3ENmin每相电压可以实现的电平数m为：m[(UU)/E]17（2-3）NmaxNmin可实现的电平数集合为：3E、2E、E、0、E、2E、3E对于三相交流系统，可将送三个单相H桥连接成三角形或星形接法。当逆变器连接成三角形时，线电压等于相电压，线电压的电平数和电平集合都与相电压的分析结果相同；当连接成星形时，线电压为两相电压的差值，等效为2N

5、个功率单元输出电压的叠加。此时可以得到3个H桥单元串联线电压电平数m'为：m'2*[(UU)/E]113（2-4）NmaxNmin3控制原理本文采用载波移相控制和电压移位控制对七电平级联H桥电路进行仿真研究，下面具体介绍这两种调制方法。3.1载波移相PWM原理多电平载波移相法是指，对于一个n电平变换器，n-1个不同相位订的三角载波分别与调制波进行比较，生成相对独立的n-1组PWM调制信号，去驱动n-1个功率单元，每一个单元控制就退化成两电平的PWM控制，各单元的输出相加生成一个等效多电平PWM波形。假设载波的周期为Ts，且对

6、应360相角，则各个载波依次移相360/(n1)，然后分别与调制波进行比较，即为载波移相的基本原理。以单相七电平为例，各开关管脉冲给出规律如下：图3-1七电平单相结构以及开关管PWM脉冲3.2电压移位PWM原理电压移位法也即载波层叠法。对于n电平变换器，采用n-1个等幅值、同频率的三角波为载波，上下连续层叠，与同一调制波进行比较，在采样时刻根据调制波与各个三角波的比较结果输出不同的电平，并决定对应开关管的开关状态。根据三角载波之间相位关系的排列不同，可分为三种不同的多电平载波比较PWM方法：同相层叠法（PD），即所有的的三角载

7、波以相同的相位上下排列叠加，然后进行调制；正负反相层叠法（POD），这种方法使零值以上的三角载波相位和零值以下的三角载波相位相反；交替反向层叠法（APOD），这种方法是指所有相邻的三角载波的相位都相反。载波法比较生成PWM脉冲后，就可以控制功率开关管动作了，进而输出三相PWM电压。本文选择同相层叠法为调制方法，对电路进行仿真分析。同样，以单相七电平为例，分析各H桥单元中开关管PWM脉冲给出的规律，如图3-2所示。图3-2采用同相载波层叠法开关管PWM脉冲4仿真研究下面对三相七电平级联H桥型逆变器进行仿真研究并作相关分析。4.1电路参

8、数计算已知条件：额定视在功率S2MV，额定输出电压U2300V（基波线电压l有效值），逆变器输出频率f60Hz，RL负载，功率因数0.9（滞后）。由上可知：USl相电压U1328V，相电流I502Aphph33Uph