串聯(lián)堆積式多電平變換器運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)研究

此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般采用了分散邏輯控制方法^[1]。與多級(jí)串級(jí)式多電平變換器相比，無(wú)須利用多光纖來(lái)傳送驅(qū)動(dòng)信號(hào)和狀態(tài)反饋信號(hào)以及為減少各模塊之間的共模電壓干擾對(duì)被測(cè)各模塊的電壓和電流進(jìn)行隔離。在分散控制中，僅需一條光纖傳送驅(qū)動(dòng)信號(hào)和狀態(tài)反饋信號(hào)，每一模塊可以現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)電壓和電流，減小了模塊之間的共模電壓干擾。因此提高了系統(tǒng)的可靠性。

3 串聯(lián)堆積式多電平變換器實(shí)驗(yàn)研究

實(shí)驗(yàn)電路是一臺(tái)單相串聯(lián)堆積式三電平逆變器，如圖4所示。實(shí)驗(yàn)電路主要參數(shù)如表1所列。

表1 實(shí)驗(yàn)電路主要參數(shù)

圖4 三電平串聯(lián)堆積式逆變器

外加電阻R_un接在第一級(jí)電平母線(xiàn)上，通過(guò)這個(gè)外加電阻的開(kāi)或合來(lái)模擬三電平逆變器輸入直流母線(xiàn)電壓的不平衡。圖5是測(cè)試得到的三電平電壓(V₁、V₂和V₃)和輸出交流電壓(V_o)，從圖5中可以看到，輸出交流電壓V_o有效值即使在母線(xiàn)不平衡條件下仍能保持恒定，具有較好的自平衡、自穩(wěn)定瞬態(tài)響應(yīng)能力。三電平母線(xiàn)電壓經(jīng)過(guò)大約500ms將達(dá)到新的平衡，新平衡母線(xiàn)電壓值比原來(lái)起始母線(xiàn)電壓值低約25V。

圖5 逆變器自平衡波形

如果再引入一個(gè)簡(jiǎn)單的外環(huán)控制將進(jìn)一步降低逆變器的自平衡響應(yīng)時(shí)間。這個(gè)外環(huán)控制采用比例控制，將各模塊變換器電壓與母線(xiàn)之間電壓差比較輸出。圖6是加入外環(huán)控制后的測(cè)試結(jié)果。從圖6中可以看到，經(jīng)過(guò)20ms母線(xiàn)上各電壓即可達(dá)到新的平衡，比不加外環(huán)控制時(shí)平衡時(shí)間縮短了約25倍。因此，經(jīng)過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的優(yōu)化，此串聯(lián)堆積三電平逆變器的自平衡能力將得到有效的改善。

圖6 帶外環(huán)控制逆變器自平衡波形

以上研究表明，串聯(lián)堆積式多電平變換器由于固有自平衡、自穩(wěn)定以及功率開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力低等特點(diǎn)，使它能廣泛地應(yīng)用于高電壓變換器中，是大功率高電壓輸入模塊變換器的良好解決方案。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析比較了三種多電平變換器。經(jīng)過(guò)對(duì)它們各自特點(diǎn)的研究，將使多電平技術(shù)能更好地應(yīng)用于電力電子變換器的設(shè)計(jì)中。可以預(yù)見(jiàn)，基于多電平的鮮明特點(diǎn)，它將在今后變換器設(shè)計(jì)中起到越來(lái)越重要的作用。最后，值得一提的是，高于三電平的多電平控制技術(shù)還有待于進(jìn)一步研究。