高壓大功率變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的演化及分析和比較

(b) 主電路結(jié)構(gòu)

(c) 功率單元結(jié)構(gòu)

圖4 單元串聯(lián)多電平變換器

由于不是采用傳統(tǒng)器件串聯(lián)方式來實(shí)現(xiàn)高壓輸出，而是采用整個(gè)功率單元串聯(lián)，所以，不存在器件串聯(lián)引起的均壓?jiǎn)栴}。由于串聯(lián)功率單元較多，對(duì)單元本身的可靠性要求很高。輸入變壓器實(shí)行多重化設(shè)計(jì)，達(dá)到降低諧波電流的目的。

4.1.2 同其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的比較

與采用高壓器件直接串聯(lián)的變頻器相比，采用這種主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)使器件的數(shù)量增加。但低壓IGBT門極驅(qū)動(dòng)功率較低，其峰值驅(qū)動(dòng)功率不到5W，平均驅(qū)動(dòng)功率不到1W，驅(qū)動(dòng)電路非常簡(jiǎn)單。由于開關(guān)頻率低，且不必采用均壓電路和浪涌吸收電路，所以系統(tǒng)在效率方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。功率單元采用目前低壓變頻器中廣泛使用的低壓IGBT功率模塊，技術(shù)成熟、可靠。由于采用二極管不可控整流電路結(jié)構(gòu)，所以，變頻器對(duì)浪涌電壓的承受能力較強(qiáng)。

相對(duì)于二極管鉗位型和電容鉗位型多電平變流器，這種結(jié)構(gòu)避免了使用大量的鉗位二極管或電壓平衡電容。每個(gè)獨(dú)立直流源與一個(gè)單相全橋變流器相連。交流側(cè)的端電壓通過串聯(lián)方式疊加，形成多電平變流器的輸出電壓。每個(gè)單相全橋變流器可以產(chǎn)生一個(gè)三電平的輸出電壓。由m個(gè)變流器單元級(jí)聯(lián)而成的多電平變流器的電平數(shù)為（2m＋1）。

單元級(jí)聯(lián)多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：

1）使用串聯(lián)的方法可以將耐壓低、開關(guān)頻率也不高的功率器件直接應(yīng)用到高壓大功率場(chǎng)合；

2）基于單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)，每個(gè)單元的控制邏輯都是獨(dú)立的，從而解決了中點(diǎn)鉗位逆變電路在電平數(shù)增加時(shí)，開關(guān)邏輯越來越復(fù)雜的問題；

3）各單元互相隔離，串級(jí)電路結(jié)構(gòu)不存在靜、動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}；