关键字 |
| 级联h桥(CHB)，多电平逆变器(MLI)，脉宽调制(PWM)和总谐波失真(THD)。 |
介绍 |
| 二电平逆变器如方波和准方波逆变器面临的主要问题是低次谐波。低阶谐波在本质上更占主导地位，而与高阶谐波相比，由于波形中的高谐波失真。由于这些逆变器在增加频率[1]方面的限制，它们仅限于低功率和中功率应用。为了获得波形中最小的纹波含量，我们需要高开关频率和多脉宽调制[2]。在大功率高压应用中，由于谐波和开关损耗的存在，双电平逆变器在高频工作时存在一定的局限性。 |
| 多级逆变器在电机驱动[4]的大功率高压应用中发挥了重要作用，它提供的阶梯级或阶梯式/PWM输出电压近似于正弦交流输出电压，失真较小。MLIs提供了更好的谐波轮廓，降低了半导体电力电子器件的应力。随着功率半导体器件和变换器拓扑结构的发展，电能质量问题日益突出，多电平逆变器解决了传统两电平逆变器面临的问题。 |
多电平逆变器 |
| MLI拓扑主要有三种类型: |
| 1.二极管钳位多电平逆变器[3] |
| 2.飞行电容器多电平逆变器 |
| 3.级联H桥多电平逆变器[9] |
| A.二极管夹紧MLI: |
| DCMLI的优点是: |
| i.音级越多，谐波失真越小。 |
| 2无功功率流得到控制。 |
| 3基频开关效率高。 |
| iv.控制方法简单。 |
| DCMLI的缺点是: |
| i.更多的夹紧二极管。 |
| 2由于电容不平衡，实际的潮流是困难的。 |
| 3不同的电流额定值要求开关。 |
| B.飞行电容MLI: |
| FCMLI的优点是: |
| i.灵活的开关冗余，实现电压均衡。 |
| 2当电平较多时，谐波失真较低。 |
| 3实功率和无功功率均可控制。 |
| FCMLI的缺点是: |
| i.存储电容数量过多。 |
| 2逆变器控制比较复杂。 |
| 3开关频率和损耗更大。 |
| C.级联h桥MLI: |
| h桥MLI的优点为[5]: |
| i.开关损耗小，设备应力小。 |
| 2需要最少数量的组件。 |
| 3触电的可能性更小。 |
| h桥MLI的缺点: |
| 它仅限于某些应用，因为需要单独的直流源 |
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| 图1。h桥逆变器 |
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| 表格I切换三能级CHB的状态 |
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| 表二不同类型mli所需的部件总数 |
| 从以上讨论中，我们可以得出结论，在所有这些拓扑中，CHB拓扑是有利的，因为单独的直流电压源是可用的，如电池和燃料电池。在二极管箝位式MLI中，随着电平数的增加，需要使用多余的夹紧二极管，夹紧二极管的需求迅速增加，难以控制飞行电容中的功率流，需要使用多余的存储电容，且难以保持电容之间的电压平衡。由于夹紧二极管和存储电容器的存在，目前同等水平所需的开关数量更多的是二极管夹紧和飞行电容器。本文讨论了CHB MLI的三级、五级、七级、九级拓扑结构，并对各逆变器的THD进行了比较。为了改善电能质量，我们必须降低谐波的含量，以满足IEEE-519[7]的最小谐波失真水平。谐波含量随着电平数的增加和滤波要求的降低而降低。本文对不同电平CHB逆变器[6]的仿真结果进行了详细的增强，并对它们之间的THD进行了比较。 |
电能质量 |
| 电能质量在电气驱动应用中起着重要作用。它的特征是表达谐波污染、无功功率、功率因数差和负载不平衡的参数。最好的电源应该是恒幅恒频的正弦电压，但是由于供电系统的阻抗非零、瞬态和断电，负载电压不会是正弦电压。如果电能质量好，那么连接到它的负载将运行得令人满意和高效，如果连接到它的负载不好，将会减少使用寿命，电气安装的效率将会降低。 |
| 不良电能质量包括:增加系统损耗，设备故障或故障，设备过热导致寿命缩短，负载不平衡导致电压过度不平衡，对连接到同一网络的其他负载造成压力，电子通信干扰损坏敏感设备，如PC机和控制设备 |
| 谐波失真:谐波污染以总谐波失真为特征，其定义为均方根谐波含量与基本谐波含量之比 |
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| V1是基电压V2到Vn是谐波分量的大小 |
级联h桥逆变器 |
| 这些逆变器只不过是单独直流电源的单相逆变器的串联，避免了额外的箝位二极管和电压平衡电容器。N级联h桥逆变器由每相(N-1)/2单元串联组成。每个单元中的四个有源设备产生三个电平，如+Vdc，-Vdc,0随着电平M的增加，所需有源开关的数量也增加2(M-1)。 |
| A.多级级联h桥逆变器: |
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| 图2。多级CHB桥式逆变器及其电压波形 |
| 五电平、七电平和九电平CHB逆变器的开关状态如下表所示 |
| 表格Iii五级CHB的开关状态 |
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| 表格七级CHB Iv开关状态 |
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| 表格七级CHB V开关状态 |
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| 表格Vi开关状态的九级CHB |
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| B.基于载波的PWM技术: |
| 表七先进调制技术的比较 |
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| 基于载波的多电平逆变器调制方案[8]一般分为两类: |
| 1.相转移 |
| 2.水平转移 |
| 在m级多载波调制方案需要(m-1)三角形载波波形。都有相同的频率和振幅。相移载波波形水平布置。在水平位移中，载波波形垂直布置 |
| 基于电平漂移载波的PWM技术主要有三种载波配置类型。载波信号的相位重新排列产生三种主要的处理技术，称为 |
| 1.PD(相位配置) |
| 2.相位调整及处置 |
| 3.APOD(交替相位反对和处置)。 |
| 位于载波中心的参考波与载波连续集。当基准高于所有载波时，获得最大输出，类似地，当基准下降到每个载波时，逆变器输出中的相应电平降低。5级CHB MLI的载波布置及对应切换模式如下图所示 |
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| 图3 ma=0.85时五电平逆变器的PD、POD、APOD载波和参考波形 |
模拟 |
| CHB MLI不同级别PD和第13级PD、POD、APOD的仿真结果如下所示: |
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| 图4 3电平PD CHB MLI的电压和FFT分析 |
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| 图5 5级PD CHB MLI的电压和FFT分析 |
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| 图7。7级PD CHB MLI电压及FFT分析 |
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| 图7。9级PD CHB MLI电压及FFT分析 |
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| Fig.8。11级PD CHB MLI电压及FFT分析 |
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| 图9 13级PD CHB MLI的电压和FFT分析 |
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| Fig.10。13级POD CHB MLI电压及FFT分析 |
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| 图11 13级APOD CHB MLI的电压和FFT分析 |
| 表八不同水平THD比较 |
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| 从以上仿真结果可以看出，随着电平数的增加，输出电压波形近似于正弦波，THD也减小。这对于电能质量的改善是至关重要的。与其他技术相比，PD技术谐波含量较低，如下图所示 |
| 表九基于不同mli水平的不同载波的比较 |
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结论 |
| 为CHB MLI产生脉冲的不同技术与thd一起展示。所有仿真都在MATLAB/SIMULINK中进行仿真。与其他技术相比，PD技术简单，THD低，最高可达13级。在相同的功率和额定电压下，随着电压等级的增加，电压应力也随之减小。电能损耗降低，从而提高了电能质量、效率和系统寿命。由于它是模块化的，因此更加可靠和健壮。研制的CHB可用于电力应用，避免了变压器的使用，可将可再生能源接入电网。仿真CHB可应用于逆变电源、工业驱动、混合动力汽车、滤波器等无功谐波补偿器。 |
参考文献 |
- ShwetaGautam和Rajesh Gupta“在电流控制模型中使用多带滞调制的级联MLI的开关频率推导”IEEE电力电子汇刊，第29卷，no. 293.，pp.1480-1489, march 2013
- B.subhanandhini和V.Jegethesan“滞回脉宽调制在多电平逆变器中的应用”IEEE工程科学与管理进展国际会议，第387-389页，2012年3月
- PradyumnChaturvedi, Shailendra Jain，和PramodAgarwal，“基于载波的中性点电位调节器，可降低三电平二极管箝位逆变器的开关损耗，”IEEE工业电子学汇刊第61卷，no。2，页387-389,2014年2月
- Sujitha N, Ramani K。一种新型混合级联h桥多电平逆变器-性能分析，国际工程、科学与管理进展会议(ICAESM)，第46-50页，2012年3月
- Booma N和Sridhar N。9级联h桥多电平直流逆变器电子与计算机技术新趋势国际会议，第315-320页，2011年3月
- Gobinath K, Mahendran S和Gnanambal I.，“新型级联h桥多电平谐波消除逆变器，”IEEE绿色高性能计算国际会议， 2013年3月，第1-7页
- Nair Ravi Jidin, Auzani Othman MdNazri,JopriMohdHatta和Manap Mustafa“感应电机DTC的3级和5级级联dh - bridge多电平逆变器的性能比较”电机与系统国际会议、pp.2100 - 2104年10月。2013
- Prasad K.N.V, Kumar G.R, Kiran T.V.和Narayana G.S.级联h桥多电平逆变器不同拓扑结构的比较计算机通信与信息学国际会议， 2013年1月，第1-6页
- 阿兹利·n.a.和钟永昌。三相级联h桥多电平逆变器性能分析IEEE国际电力与能源会议， vol.， no。，pp.405-410, Nov. 2006
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