一种多单元串联大功率逆变电源的控制方法

　　1 引 言

　　自九十年代初以来，多电平逆变器在高电压、大功率领域得到越来越广泛的应用。多电平变换器有三种基本的拓扑结构：二极管嵌位型、飞跨电容型、多单元串联型。相比较而言，多单元串联型有如下几个主要的优点：

　　1) 逆变器结构基于传统的两电平逆变器单元，因此主电路拓扑结构非常简单。

　　2) 功率单元采用模块化结构，因此所有功率单元可以互换，维修非常方便，电路中也不存在大量的嵌位二极管或电压平衡电容器。

　　3) 每一个逆变桥是由相互独立的直流电压源供电，不存在中性点电压不平衡问题。

　　本文针对大功率逆变电源，采用多单元串联技术，把单个功率单元的二重化控制技术与水平移相式PWM技术相结合，既降低了对开关器件电压等级的要求，满足了系统对输出电压及输出功率的要求，又获得了比单纯多单元串联技术更高的等效开关频率，大大降低了开关损耗，更进一步的改善了输出波形，降低输出电压的谐波畸变率，而且，功率单元由电网电压经过副边多重化的移相变压器供电，对电网谐波污染小，输入功率因数高，不必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置。

　　2 多单元串联大功率逆变电源控制原理

　　多单元串联三相大功率逆变电源原理框图如图1所示，按照对输出功率的要求，每相采用三单元串联，三相共有九组完全相同的功率单元。每相三个功率单元的载波之间互差120°，输出相电压为7电平，线电压为12电平。每个功率单元承受全部的输出电流，但只提供1/3的相电压和1/9的输出功率。与采用高电压器件直接串联的大容量逆变器相比，由于采用整个功率单元串联，器件承受的最高电压为功率单元的直流母线电压，可直接使用低压功率器件，器件不必串联，不存在器件串联引起的均压问题。功率单元中采用的低压IGBT功率模块，驱动电路简单，技术成熟可靠。改变每相功率单元的串联个数或功率单元的输出电压等级，就可实现不同电压等级的高压输出。

图1 多单元串联大功率逆变电源原理框图