二极管箝位多电平背靠背变流器

二极管钳位型三电平逆变器共模电压抑制吴可丽;夏长亮;张云;谷鑫【摘要】二极管钳位型(NPC)三电平逆变器是一种应用广泛的多电平逆变器结构.中点电位不平衡是NPC三电平逆变器固有的缺点.传统虚拟空间矢量调制(NTV2)能在输出电压全范围内控制中点电位平衡,但其产生的共模电压较大.针对上述缺点,提出了一种新型NTV2方法,选用产生共模电压较小的基本电压矢量合成新的虚拟小矢量和虚拟中矢量.同时,提出相占空比法,降低了新型NTV2方法的开关频率,使其开关频率固定.仿真和实验结果验证了新型NTV2方法能够有效地抑制共模电压,且在输出电压全范围内控制中点电位平衡.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2015(030)024【总页数】9页(P110-117,170)【关键词】三电平逆变器;共模电压;中点电位平衡;虚拟空间矢量;相占空比法【作者】吴可丽;夏长亮;张云;谷鑫【作者单位】天津大学电气与自动化工程学院天津 300072;天津大学电气与自动化工程学院天津 300072;天津大学电气与自动化工程学院天津 300072;天津工业大学天津市电工电能新技术重点实验室天津 300387【正文语种】中文【中图分类】TM464在大功率应用场合中，多电平变换器由于其开关器件承受的电压低、输出电压谐波含量小和开关频率低等优点，得到了越来越广泛的应用［1］。

其中二极管钳位型（Neutral Point Clamped，NPC）三电平逆变器是应用最广泛的一种多电平结构，它只需要一个独立的直流电压源，对硬件的要求较低［2，3］。

中点电位不平衡是NPC三电平逆变器的主要缺点，目前控制中点电位平衡的方法总体上分硬件方法和调制方法。

硬件方法需要增加硬件设备，使系统体积增大、成本增加［4，5］。

而调制方法不会增加硬件设备和控制系统，是一种较好的选择［6-8］。

虚拟空间矢量（Nearest Three Virtual Vectors，NTV2）调制方法利用基本电压矢量合成新的虚拟空间矢量，每个虚拟空间矢量满足产生的平均中点电流为零的条件，能够在全范围内控制中点电位平衡。

二极管钳位三电平逆变器的多载波交替相位反向层叠调制1. 引言1.1 概述二极管钳位三电平逆变器是一种常用的功率电子装置，广泛应用于工业控制、通信系统和可再生能源等领域。

它具有简单的结构、高效率和较低的成本，可以实现直流电源到交流电源的转换。

同时，多载波交替相位反向层叠调制是一种常见的调制技术，可以在减少谐波失真的同时提高系统传输效率。

1.2 文章结构本文将首先介绍二极管钳位三电平逆变器的原理和实现方式。

其次，我们将详细讨论钳位技术和三电平逆变器技术，并分析它们对系统性能的影响。

然后，我们将引入多载波调制概念，并重点介绍相位反向层叠调制技术。

最后，我们将研究多载波交替相位反向层叠调制在二极管钳位三电平逆变器中的应用，并进行实验设计和结果分析。

1.3 目的本文旨在深入研究二极管钳位三电平逆变器以及多载波交替相位反向层叠调制技术，并探讨它们在电力转换和传输系统中的应用。

通过实验设计和结果分析，我们将评估这些技术对系统性能的影响，并提出改进措施。

最终，我们希望为相关领域的研究和实际应用提供有价值的参考和指导。

2. 二极管钳位三电平逆变器2.1 原理介绍二极管钳位三电平逆变器是一种用于将直流电压转换成可控交流电压的逆变器。

其原理基于两个主要概念：二极管钳位技术和三电平逆变器原理。

2.2 钳位技术原理钳位技术，即双向开关钳位控制技术，用来限制输出电压的振幅并保持其始终在一个固定的范围内。

它利用了在两个可供选择的输出路径之间切换以控制输出电压的大小。

通过这种方式，可以实现对逆变器输出电压的精确控制。

2.3 三电平逆变器原理三电平逆变器是指在每个周期内将正半周和负半周分成了三个不同的电平，在不同的时间段内改变开关状态以产生所需的交流输出波形。

由于使用了多个开关，该方法具有比传统的双电平逆变器更高的转换效率和更低的谐波畸变。

在二极管钳位三电平逆变器中，采用了经典全桥式拓扑结构，并利用了二极管的导通和截止特性来实现钳位技术。

［收稿日期］　２００６－１１－１５；修回日期　２００７－０１－２９［作者简介］　辛　想（１９８２－），男，山东济宁市人，山东大学控制科学与工程学院研究生低调制度下二极管箝位型多电平逆变器新型PWM 控制方法辛　想１，张庆范１，胡顺全２，李瑞来２（１．山东大学　济南２５００６１；２．山东新风光电子科技发展有限公司　山东　汶上２７２５００）［摘要］　二极管箝位型多电平逆变器作为一种应用于高压大功率变换场合的变换器，其ＰＷＭ控制技术是研究的核心内容之一。

本文针对已有载波ＰＷＭ方法中低调制度下电平退化的问题，提出了一种新颖的载波ＰＷＭ方法，既便是在低调制度下，所有的电平都能够得到应用。

仿真结果表明，这种方法可以提高二极管箝位型逆变器在低调制度下的器件利用率，使得逆变器在低调制度下工作于较高频率。

［关键词］　二极管箝位型逆变器；载波ＰＷＭ；低调制度；冗余状态［中图分类号］　ＴＭ４６４　［文献标识码］　Ａ　［文章编号］　１００９－１７４２（２００７）１０－００９１－０６1　引言自日本长冈科技大学的南波江章于１９８０年在ＩＡＳ年会上提出三电平二极管箝位式结构以来［１］，二极管箝位型逆变器在静止无功补偿，电气传动和电力有源滤波等领域得到了广泛的应用。

二极管箝位型五电平逆变器的电路拓扑结构如图１所示。

图1　二极管箝位型五电平三相逆变器主电路Fig ．1　Three －phase five －level diode －clampedinverter structure多电平逆变器是调速驱动和无功补偿等装置的核心部分，但是对于许多这样的装置，多电平逆变器有时必须工作在低调制度区域，并且如果采用传统的载波ＰＷＭ，逆变器的一些电平就得不到应用。

现有的多电平ＰＷＭ控制技术大都是由传统的两电平的ＰＷＭ控制方法延伸而来［２］，但是它们在低调制度下都会出现电平不能够全部得到应用的问题，也就是电平退化的问题。

作者提出了一种新型的载波ＰＷＭ调制方法，采用这种方法可以解决低调制度下电平退化的问题，同时还可以提高二极管箝位型逆变器在低调制度下的器件利用率。

多电平逆变器拓扑结构及其控制策略的比较多电平逆变器主要有三种拓扑结构：二极管箝位型、飞跨电容型和级联型。

二极管箝位型电路需要保证直流侧电容均压，控制困难，实际应用中还是三电平电路为主，一般不超过五电平。

飞跨电容型，亦称电容箝位型，同样存在电容电压平衡控制及冗余开关状态优化的问题，实际应用较少。

级联型多电平逆变器，又称链式逆变器，以普通的单相全桥（H桥）逆变器为基本单元，将若干个功率单元直接串联，串联数越多，输出电平数也越多。

它的优点是不存在电容平衡问题，电路可靠性提高，易于模块化，适合7电平、9电平及以上的多电平应用，是目前应用最广的多电平电路。

缺点是需要多路独立的直流电源且不易实现四象限运行。

多电平逆变器的PWM控制策略可分为：在上述的多电平逆变器的PWM控制法中，空间电压矢量控制法适用于三-五电平的逆变器，五电平以上的多电平逆变器空间电压矢量数目较多，控制算法复杂，不适合用该方法。

对于五电平以上的多电平逆变器，适合采用载波调制PWM控制法。

载波层叠PWM控制法和开关频率优化PWM控制法，既可用于二极管箝位型和飞跨电容型逆变器，也可以应用于具有独立直流电源的级联型逆变器。

载波移相PWM控制法和开关频率优化PWM控制法，则适合于级联型多电平逆变器。

开关频率优化PWM控制法由于正弦调制波中加入了三次谐波，因而只适用于三相多电平逆变器。

对于三相具有独立直流电源的级联型多电平逆变器，载波移相和开关频率优化结合的PWM控制法，可提高等效开关频率，控制效果更好。

多电平三相逆变器中，空间矢量密集，可供选择的矢量模大小种类很多，电压合成更加接近正弦波，所以多电平的空间电压矢量法控制进度高，输出电压的谐波含量小。

但在电平数在5电平以上的多电平逆变器中，此时空间电压矢量PWM法控制算法非常复杂。

一、NPC型多电平逆变器优点：1）可根据不同的需要选择不同的功率器件，提高功率器件的利用率；2）电平数越大，输出电压的谐波含量就越少，输出电压波形与正弦波就越接近；3）可直接实现大功率和高电压，功率变换装置的成本降低。

一种IGBT模块故障时序诊断方法及系统发布时间：2021-09-17T07:33:46.124Z 来源：《城镇建设》2021年13期第5月4卷作者：张虎[导读] 大功率三电平变流器系统是并网发电系统或电机驱动系统的核心单元张虎阳光电源股份有限公司，安徽合肥 230088摘要：大功率三电平变流器系统是并网发电系统或电机驱动系统的核心单元，对整个系统的可靠性有极大的影响。

大功率三电平变流器系统，一旦发生故障，智能诊断出故障的时序，还原故障时的故障种类和优先级，准确而快速诊断故障，在故障发生后极短的时间里就能提供给维修人员设备的故障信息，故障定位准确可靠，自然停机时间将大大缩短，工作效率会有较大提高。

避免了检修中完全依赖于维修人员的经验，所导致的后果就是延长停机时间。

本文提出了一种故障时序诊断方法及系统。

关键词：故障时序诊断高压大功率变流器三电平1.引言二极管箝位式三电平背靠背变流器，如图1所示。

由于拓扑结构成熟，具有电压应力低，输出谐波低等优势，能够得到更高的输出电压，被广泛的应用到太阳能以及风能等新能源供电领域，是中高压、大功率并网系统的发展方向[1]。

图1 二极管箝位式三电平背靠背变流器相对于传统的两电平变流器，三电平变流器主电路中的功率器件明显增多，导致其功率器件故障率大大增加，故障问题尤为突出[2]。

如图1所示，一相模组由一个桥臂的4个开关器件和2个箝位二极管组成，整个二极管箝位式三电平背靠背系统共需要开关器件26个。

IGBT是电压控制型器件能够有效检测驱动电源欠压，模块短路功能，由FA输出信号送给主控制器进行故障处理，从而起到保护模块及避免故障扩大。

所以得到广泛使用。

同时，三相三电平变流器系统，一个IGBT失效或者FA故障，容易导致其他IGBT失效或FA故障，产生连锁反应。

大功率三电平变流器系统，一旦发生故障，智能诊断出故障的时序，还原故障时的故障种类和优先级，准确而快速诊断故障，在故障发生后极短的时间里就能提供给维修人员设备的故障信息，故障定位准确可靠，自然停机时间将大大缩短，工作效率会有较大提高。

二极管钳位型三电平逆变器电路虽然多电平拓扑结构种类较多，但是大致可分为：二极管钳位型，飞跃电容型和独立直流电源级联多电平这三种拓扑结构。

这三种多电平拓扑结构各有优缺点，其中应用最广泛的是二极管钳位型多电平拓扑结构。

本文的研究对象主要是二极管钳位型三电平逆变器。

在图1所示的二极管钳位型三电平逆变器中，相对逆变器直流侧中点的参考电位0，逆变器的输出电压除了两电平逆变器输出电压＋UD/2和－UD/2，还增加了第三个电平值0。

图1中采用了12个可关断功率器件和6个钳位二极管，在直流侧接有2个等电容量的电容分别是C1，C2，每个电容分担的电压为UD/2，并且通过钳位二极管的钳位作用，使每个开关器件上承受的电压限制在一个电容电压（UD/2）上，从而大大减小了开关器件的电压应力。

图1 二极管钳位型三电平逆变器与三相两电平逆变器相同，三相三电平逆变器也可以用开关变量Sa、Sb、Sc分别表示各桥臂的开关状态，不同的是这时A、B、C桥臂分别有三种开关状态，从而Sa、Sb、Sc为三态开关变量，如表1所列。

表1 三电平(NPC)逆变器A相开关状态Uao Sa1 S a2 S a3 S a4 S a＋UD/2 1 1 0 0 20 0 1 1 0 1－UD/2 0 0 1 1 0因此，A相输出端A对电源中点0的电压uAO可以用A相开关变量Sa结合输入直流电压UD来表示uAO=·UD (1)输出线电压可表示为uAB=uAO－uBO=UD·(Sa－Sb) (2)整理即为=UD··(3)与三相两电平逆变器相同，三相三电平逆变器可以定义逆变器的开关状态为（SaSbSc），则三电平逆变器有27个开关状态，分别对应着19个特定的空间电压矢量,如图2所示，并将整个矢量空间分成24个扇区。

由图2可以看出，19种空间电压矢量可分为长矢量，中矢量，短矢量和零矢量，分别对应着1个，2个和3个不同的冗余开关状态，如表2所列。

二极管箝位型三电平储能变流器拓扑工作原理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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电力推进系统中背靠背交—直流变流器拓扑分析与控制杨荣如1，印德武2【摘要】为了解决目前舰艇直流推进电力系统中变流机组机械振动和噪声大的问题，提出了一种以三相交—直流变换和三重化直—直流变换背靠背联接的交—直流双PWM变流器电路拓扑。

通过对几种中、大功率密度交—直流PWM 变流器电路拓扑的对比分析，表明了该变流器电路拓扑的优越性。

同时，构建了以“DSP+FPGA”为核心的数字控制系统，完成了实验原理样机的研制并进行了实验验证。

实验结果证实，该变换器电路拓扑不仅实现了变流机组的所有功能，而且功率密度、波形质量等得到显著提升，振动、噪声指标分别降低了20 dB和30 dB。

【期刊名称】中国舰船研究【年(卷),期】2013(000)001【总页数】6【关键词】背靠背交—直流变流器；变流机组；电力推进；静止变流器0 引言在舰艇直流电力推进系统中，往往采用变流机组来实现舰艇的直流供电。

变流机组通常由交流机组与直流机组通过机械力矩耦合构成，因具有功率大、带负载能力强、可靠性高等优点，成为舰艇供电系统的首选。

近年来，随着国内外对舰艇隐身性能的要求越来越高，变流机组存在的机械振动、噪声以及直流机组换相火花等问题，均直接或间接影响着舰艇生命力以及其战斗力的增强。

随着电力电子技术及数字控制技术的发展，以电力电子功率器件为核心的变流器技术得到了飞速发展，从而引发了各国海军对采用功率器件构成的静止变流器来替代变流机组的思考。

早在20世纪90年代，英国海军就开始了相关的理论及实践研究，目前，已研制出静止变流器产品并已装备实船。

受半导体材料及加工技术的限制，我国对静止变流器的研究起步较晚。

但由于静止变流器的军事需求，以及其在民用生产方面的用途极其广泛，近年来，在我国取得了飞速发展，一些高校和科研院所进行了广泛而深入的研究，取得了可喜的成绩。

要实现用静止变流器替代变流机组，需要解决两个问题，即静止变流器拓扑方案问题和静止变流器的控制问题。

二极管钳位型多电平换流器二极管钳位型多电平换流器是一种常用的电力电子装置，可以用于电力系统中的直流输电和交流输电。

它通过将直流电源的电压波形转换为多个电平的脉冲波形，实现对电力的高效转换和控制。

本文将介绍二极管钳位型多电平换流器的原理、特点和应用。

一、原理二极管钳位型多电平换流器的基本原理是利用多个电平的脉冲波形来逼近所需输出电压的波形。

它由多个单元级组成，每个单元级由两个二极管和两个开关管（一正一负）组成。

其中，开关管按照不同的时间序列进行开关，通过调节开关的导通时间，可以实现不同电平的输出。

在换流过程中，当电流为正时，正极开关导通，负极开关断开，此时正极二极管导通，负极二极管截止，将电流导向正极；当电流为负时，正极开关断开，负极开关导通，此时正极二极管截止，负极二极管导通，将电流导向负极。

通过不断重复这一过程，可以将直流电源的电压波形转换为多个电平的脉冲波形。

二、特点1. 多电平输出：二极管钳位型多电平换流器可以通过调节开关的导通时间，实现多个电平的输出。

这样可以逼近所需输出电压的波形，提高电力转换的效率。

2. 高效节能：相比传统的单电平换流器，二极管钳位型多电平换流器可以减少电流的谐波，减小功率损耗，提高系统的效率和稳定性。

3. 控制精度高：由于可以精确控制开关的导通时间，二极管钳位型多电平换流器可以实现对输出电压的精确控制，满足不同电力系统的需求。

4. 可靠性高：二极管钳位型多电平换流器采用模块化设计，每个单元级独立工作，故障发生时可以局部修复，不会影响整个系统的运行。

三、应用二极管钳位型多电平换流器广泛应用于电力系统中的直流输电和交流输电。

在直流输电系统中，它可以将交流电源的电能转换为直流电能，实现高效输电。

在交流输电系统中，它可以将直流电源的电能转换为交流电能，实现电能的分配和调节。

二极管钳位型多电平换流器还可以用于电力系统的稳定控制和无功补偿。

通过调节开关的导通时间，可以实现对电压和无功功率的控制，提高电力系统的稳定性和可靠性。