多電平逆變器有源軟開關(guān)技術(shù)的研究

決定。只有當(dāng)輸出電流和輸出電壓之間的相移在±90°附近時(shí)，即負(fù)載是純無功負(fù)載時(shí)，對于輔助電流iaux1和iaux2來說，它們分別流入中點(diǎn)1和中點(diǎn)2的電流的安秒值在一個(gè)輸出周期內(nèi)才相等。在其它情況下，中點(diǎn)將會(huì)產(chǎn)生偏移。因此在二極管箝位型三電平輔助諧振變換極逆變器中，由于存在兩個(gè)相互獨(dú)立的中點(diǎn)，充電平衡所帶來的中點(diǎn)穩(wěn)定的問題是不可避免的。

2）輔助開關(guān)的反并二極管關(guān)斷時(shí)由于其反向恢復(fù)特性在輔助開關(guān)兩端將造成過電壓，雖然各種各樣的減少過電壓的方案被提出，但是都大大增加了電路的復(fù)雜性。 表1概括和比較了上面三種三電平輔助諧振變換極軟開關(guān)拓?fù)涞脑骷?shù)特性。

表1三種電路拓?fù)湓骷?shù)的比較比較參數(shù)圖3圖4圖5
輔助開關(guān)數(shù)量121212
阻斷電壓0.75Udc0.5Udc0.5Udc
峰值電流相對值100％100％100％
箝位開關(guān)箝位二極管/箝位開關(guān)6/06/06/6
阻斷電壓0.5Udc0.5Udc0.5Udc
吸收電容數(shù)量91212
電壓應(yīng)力0.5Udc0.5Udc0.5Udc
RMS電流相對值6×100％3×141％12×100％12×100％
諧振電感數(shù)量366
RMS電流相對值100％70.7％70.7％
2.3二極管箝位型N電平輔助諧振變換極軟開關(guān)

拓?fù)涞挠懻?p>文獻(xiàn)[6][10]把二極管箝位型三電平輔助諧振變換極軟開關(guān)拓?fù)涞母拍顢U(kuò)展到N電平逆變器。顯然，N電平輔助諧振變換極軟開關(guān)拓?fù)淙匀淮嬖谥悬c(diǎn)穩(wěn)定的問題；而且，附加元器件的數(shù)量也大為增加；系統(tǒng)的可靠性，控制的復(fù)雜性也阻礙了把N電平輔助諧振變換極軟開關(guān)拓?fù)鋺?yīng)用到工業(yè)中去。需要強(qiáng)調(diào)的是，N電平輔助諧振變換極軟開關(guān)拓?fù)渲悬c(diǎn)穩(wěn)定性問題不是由于元器件參數(shù)的波動(dòng)或寄生參數(shù)的影響而造成的，而是因?yàn)殡娐吠負(fù)浔旧淼娜秉c(diǎn)而造成的。不難得出，N電平輔助諧振變換極軟開關(guān)的中點(diǎn)穩(wěn)定性問題和拓?fù)涞膹?fù)雜性使該電路拓?fù)鋺?yīng)用到實(shí)際的工業(yè)系統(tǒng)中去的可能性很小。

3電容箝位型多電平逆變器的有源軟開關(guān)技術(shù)

迄今為止，有關(guān)電容箝位型多電平逆變器的有源軟開關(guān)技術(shù)的研究非常有限。文獻(xiàn)[7]和文獻(xiàn)[11]把輔助諧振變換極軟開關(guān)的概念引入到電容箝位型多電平逆變器當(dāng)中。

3.1電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟

開關(guān)拓?fù)?p>文獻(xiàn)[11]提出的電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關(guān)拓?fù)淙鐖D6所示。

該電路的輔助開關(guān)接在直流母線的正極和負(fù)極之間，諧振電感Laux和電容C1、C2、C3、C4組成諧振路徑。該電路有個(gè)致命的弱點(diǎn)，即輔助開關(guān)所承受的阻斷電壓等于Udc，這就使該電路失去了實(shí)際應(yīng)用的意義。

文獻(xiàn)[7]提出了另外一種電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關(guān)拓?fù)淙鐖D7所示。一個(gè)輔助開關(guān)連接在輸出端（經(jīng)Laux2）和箝位電容的中點(diǎn)，另外一個(gè)輔助開關(guān)連接在箝位電容的中點(diǎn)（經(jīng)Laux1）和直流環(huán)節(jié)的中點(diǎn)。該電路的輔助開關(guān)所承受的阻斷電壓僅為Udc/4。和二極管箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關(guān)拓?fù)湎啾?，此電路的兩個(gè)中點(diǎn)(1和2)的電壓是穩(wěn)定的。箝位電容的中點(diǎn)由輔助電流來決定，每隔一個(gè)開關(guān)周期輔助電流交替改變方向，并不受功率因數(shù)的影響。該電路采用了硬開關(guān)電容箝位型三電平逆變器中為穩(wěn)定箝位電容電壓所采用的方法，即交替利用三電平變換器的兩個(gè)可能的零狀態(tài)，使箝位電容的中點(diǎn)電壓趨于穩(wěn)定。此外，輸出電流每隔180°，輔助電流iaux1和iaux2的方向改變一次，用來平衡由于調(diào)制策略和功率因數(shù)造成的輸出電流的不對稱。由于在三相系統(tǒng)中，輸出電流是三相對稱的，因此直流環(huán)節(jié)中點(diǎn)可以按照傳統(tǒng)的兩電平輔助諧振變換極電壓源型逆變器的中點(diǎn)穩(wěn)定的方式來趨于穩(wěn)定。

但是，該電路存在以下缺點(diǎn)：

多電平逆變器有源軟開關(guān)技術(shù)的研究

圖8電容箝位型N電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關(guān)拓?fù)?p>

1）和二極管箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關(guān)拓?fù)湟粯?，輔助開關(guān)的反并二極管關(guān)斷時(shí)由于其反向恢復(fù)特性在輔助開關(guān)兩端將造成過電壓。 2）對寄生電感參數(shù)很靈敏，處理不好，會(huì)引起寄生震蕩。

3.2電容箝位型N電平輔助諧振變換極軟開關(guān)拓

撲的討論

文獻(xiàn)[7]把電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關(guān)拓?fù)渫卣沟搅穗娙蒹槲恍蚇電平逆變器中，如圖8所示。所有輔助開關(guān)的阻斷電壓都相等，都等于Udc/〔2(N－1)〕。表2是N電平輔助諧振變換極軟開關(guān)的主要特性。

表2電容箝位型N電平逆變器的輔助諧振

變換極軟開關(guān)的主要特性主開關(guān)輔助開關(guān)
數(shù)量3×2(N－1)3×(N－1)
阻斷電壓Udc/(N－1)Udc/〔2×（N－1)〕
軟開關(guān)類型零電壓開關(guān)零電流開關(guān)
電容箝位型N電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關(guān)拓?fù)淠壳爸皇窃诶碚撋献髁艘恍┨接?，中點(diǎn)平衡問題需要作進(jìn)一步的研究，應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中，還有很多工作要做。

4結(jié)語

所謂多電平逆變器的有源軟開關(guān)技術(shù)，是在多電平逆變器原有的主電路結(jié)構(gòu)中，附加一些輔助的有源開關(guān)器件和電感，電容，通過適當(dāng)?shù)臋z測和時(shí)序控制，軟化功率器件的開關(guān)過程，實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的功能。目前，關(guān)于多電平逆變器軟開關(guān)技術(shù)的研究，多集中在有源軟開關(guān)方面，得到了一些多電平逆變器有源軟開關(guān)電路拓?fù)?。從以上的分析，可以看出這些電路拓?fù)涞膿Q流過程相對簡單；但是所有的多電平有源軟開關(guān)拓?fù)洌技由狭擞性摧o助開關(guān)及相應(yīng)的檢測和控制電路，由于多電平變換器自身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制已經(jīng)相當(dāng)復(fù)雜，再加上有源輔助開關(guān)及相應(yīng)的檢測和控制電路，使系統(tǒng)的復(fù)雜性增加，從而降低了系統(tǒng)的可靠性。因此，在可靠性要求較高的場合，多電平逆變器有源軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用還有一定的困難，還有很多工作要做。 與有源軟開關(guān)技術(shù)相比，無源軟開關(guān)技術(shù)不需要有源輔助開關(guān)及相應(yīng)的檢測和控制電路，所以在電路的復(fù)雜性和可靠性方面具有很大的優(yōu)勢，目前，有關(guān)多電平逆變器的無源軟開關(guān)技術(shù)的研究很少，因此，把無源軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)用到多電平逆變器中，是多電平逆變器軟開關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)值得關(guān)注的方向。