国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志
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| Rajesh Kr Ahuja, Lalit Aggarwal, Pankaj Kumar 部门电气工程，印度哈里亚纳邦法里达巴德基督教青年会科技大学 |
| 有关文章载于Pubmed，谷歌学者 |
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本文介绍了单相三电平、五电平、七电平、九电平和十一电平逆变器的仿真。这些不同电平的逆变器分别在MATLAB中通过级联1、2、3个H桥实现。多级逆变器实现了高额定功率，提高了整个系统在谐波方面的性能。本文采用一种简单的控制策略，使开关在适当的传导角度和适当的延时下进行切换。采用多电平逆变器来降低谐波。该逆变器具有大量的步长，可以产生高质量的电压波形。在Matlab/Simulink中对单相三电平、五电平、七电平、九电平和十一电平逆变器进行了仿真。对输出的FFT频谱进行了比较，验证了所提出的控制策略。
关键字 |
| 级联h桥逆变器，多电平逆变器，MATLAB/SIMULINK, THD |
介绍 |
| 电力电子技术和半导体技术的发展带动了电力电子系统的发展。因此，不同的电路配置即多电平逆变器已成为研究的热点和热点。多电平逆变器的输出电压波形可以在低开关频率、低失真和高频率下产生。对于中压电网，只直接连接一个功率半导体开关[1]、[2]、[3]比较麻烦。因此，在高功率和中压情况下，如分层机、轧机、输送机、泵、风扇、鼓风机、压缩机等，多级功率变换器结构已被引入作为替代。自1975年以来，多级逆变器的概念被引入。级联多电平逆变器于1975年首次推出。单独的直流源全桥单元串联放置以合成阶梯级交流输出电压。术语多级开始于三电平转换器。随后，开发了几种多电平转换器拓扑结构。 In 1981, diode-clamped multilevel inverter also called the Neutral-Point Clamped (NPC) inverter schemes were proposed [5]. In 1992, capacitor-clamped (or flying capacitor) multilevel inverters, and in 1996, cascaded multilevel inverters were proposed [1]. Although the cascade multilevel inverter was invented earlier, its application did not prevail until the mid 1990s.The advancements in the field of power electronics and microelectronics made it possible to reduce the magnitude of harmonics with multilevel inverters, in which the number of levels of the inverters are increased rather than increasing the size of the filters. The performance of multilevel inverters enhances as the number of levels of the inverter increases. In this paper the three level, five level, seven level, nine level and eleven level inverters are realized by cascading one, two, three, four and five H- Bridges respectively. The FFT spectrums for the outputs are presented to study the reduction in the harmonics. |
多电平逆变器 |
| 电压源逆变器的独特结构允许它们在不使用串联同步开关设备或变压器的情况下达到低谐波的高电压。实现更高功率的多电平变换器的基本概念是使用一系列功率半导体开关和几个较低电压直流源，通过合成阶梯电压波形来进行功率转换。多直流电压源可采用电容器、电池、可再生能源电压源等。电源开关的换向聚合这些多个直流源，以实现输出的高电压;然而，功率半导体开关的额定电压仅取决于它们所连接的直流电压源的额定电压。多级转换器可以用许多不同的方式实现。最简单的技术包括将传统转换器并联或串联以形成多电平波形。更复杂的结构有效地在转换器中插入转换器。多级变换器的电压或电流额定值变成单个开关的倍数，因此变换器的额定功率可以超过单个开关设备施加的限制。已经开发了几种多电平逆变器拓扑结构; i) diode clamped, ii) flying capacitors, and iii) cascaded or H-bridge. Referring to the literature reviews, the cascaded or H-bridge multilevel inverter with separated DC sources is clearly the most feasible topology for use as a power converter for medium & high power applications. |
级联h桥逆变器 |
| 级联h桥配置最近在大功率交流电源和可调速驱动器应用[4]中非常流行。串级多电平逆变器由一系列h桥(单相全桥)逆变器单元组成。每个h桥单元都有自己的直流电源。每个SDC(独立的直流电源)与单相全桥逆变器相关联。不同电平逆变器的交流端子电压串联。图1显示了具有独立直流电源的级联h桥逆变器的单相结构。通过四个开关S1-S4的不同组合，每个变换器电平可以产生三种不同的电压输出，+Vdc， -Vdc和零。获取+Vdc开关S1和S4处于闭合状态。同时打开S2和S3，我们得到输出-Vdc。同时转动开关S1和S2或者S3和S4或者S1, S2, S3, S4我们得到输出0。 The AC outputs of different full-bridge converters are connected in series such that the synthesized voltage waveform is the sum of the individual converter outputs. In this topology, the number of output-phase voltage levels is defined by M= 2N+1, where ‘M’ is the no of levels and ‘N’ is the number of DC sources. So, for an example the output phase voltage of eleven level inverter is given by Van= Va1+Va2+Va3+Va4+Va5. |
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| 从上面图1所示的级联h桥逆变器的单相结构，我们可以在不使用任何类型的调制技术的情况下，使用相同的数学关系M=2N+1，制作三电平、五电平、七电平、九电平和十一电平逆变器 |
仿真结果 |
| 利用MATLAB simulink对带阻性负载的3、5、7、9、11电平逆变器进行了仿真。这里只展示了三电平、五电平和十一电平逆变器的simulink模型，同时显示了所有三电平、五电平、七电平、九电平和十一电平逆变器的仿真和FFT结果。 |
| 仅使用一个h桥的三电平逆变器Matlab/Simulink模型如图2所示: |
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| 三电平逆变器的桥式电路如下图3所示: |
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| 三电平逆变器仿真结果如图4所示，对电压进行FFT分析，研究谐波的降低情况，频谱如图5所示: |
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| 五电平逆变器仿真结果如图6所示，对电压进行FFT分析，研究谐波的降低情况，频谱如图7所示: |
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| 七电平逆变器的仿真结果如下图8所示。 |
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| 对电压进行FFT分析，研究谐波的降低，频谱如图9所示: |
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| 九电平逆变器的仿真结果如下图10所示。 |
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| 对电压进行FFT分析，研究谐波的降低，频谱如图11所示: |
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| 采用5个h桥的十一电平逆变器的Matlab/Simulink模型如图12所示: |
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| 十一电平逆变器仿真结果如图13所示: |
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| 对电压进行FFT分析，研究谐波的降低，频谱如图14所示: |
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| 结果如表1所示: |
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结论 |
| 在MATLAB/SIMILINK中对三电平、五电平、七电平、九电平和十一电平逆变器进行了仿真，采用一种简单的控制策略，在适当的传导角度和适当的延时下切换开关。计算并比较了阻性负载下各电平的总谐波失真。从不同级别的仿真结果可以看出，通过增加级别数可以降低THD，从而验证了所提出的控制策略。 |
参考文献 |
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