多電平逆變器有源軟開關技術的研究

決定。只有當輸出電流和輸出電壓之間的相移在±90°附近時，即負載是純無功負載時，對于輔助電流iaux1和iaux2來說，它們分別流入中點1和中點2的電流的安秒值在一個輸出周期內才相等。在其它情況下，中點將會產生偏移。因此在二極管箝位型三電平輔助諧振變換極逆變器中，由于存在兩個相互獨立的中點，充電平衡所帶來的中點穩定的問題是不可避免的。

2）輔助開關的反并二極管關斷時由于其反向恢復特性在輔助開關兩端將造成過電壓，雖然各種各樣的減少過電壓的方案被提出，但是都大大增加了電路的復雜性。 表1概括和比較了上面三種三電平輔助諧振變換極軟開關拓撲的元器件參數特性。

表1三種電路拓撲元器件參數的比較比較參數圖3圖4圖5
輔助開關數量121212
阻斷電壓0.75Udc0.5Udc0.5Udc
峰值電流相對值100％100％100％
箝位開關箝位二極管/箝位開關6/06/06/6
阻斷電壓0.5Udc0.5Udc0.5Udc
吸收電容數量91212
電壓應力0.5Udc0.5Udc0.5Udc
RMS電流相對值6×100％3×141％12×100％12×100％
諧振電感數量366
RMS電流相對值100％70.7％70.7％
2.3二極管箝位型N電平輔助諧振變換極軟開關

拓撲的討論

文獻[6][10]把二極管箝位型三電平輔助諧振變換極軟開關拓撲的概念擴展到N電平逆變器。顯然，N電平輔助諧振變換極軟開關拓撲仍然存在中點穩定的問題；而且，附加元器件的數量也大為增加；系統的可靠性，控制的復雜性也阻礙了把N電平輔助諧振變換極軟開關拓撲應用到工業中去。需要強調的是，N電平輔助諧振變換極軟開關拓撲中點穩定性問題不是由于元器件參數的波動或寄生參數的影響而造成的，而是因為電路拓撲本身的缺點而造成的。不難得出，N電平輔助諧振變換極軟開關的中點穩定性問題和拓撲的復雜性使該電路拓撲應用到實際的工業系統中去的可能性很小。

3電容箝位型多電平逆變器的有源軟開關技術

迄今為止，有關電容箝位型多電平逆變器的有源軟開關技術的研究非常有限。文獻[7]和文獻[11]把輔助諧振變換極軟開關的概念引入到電容箝位型多電平逆變器當中。

3.1電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟

開關拓撲

文獻[11]提出的電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關拓撲如圖6所示。

該電路的輔助開關接在直流母線的正極和負極之間，諧振電感Laux和電容C1、C2、C3、C4組成諧振路徑。該電路有個致命的弱點，即輔助開關所承受的阻斷電壓等于Udc，這就使該電路失去了實際應用的意義。

文獻[7]提出了另外一種電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關拓撲如圖7所示。一個輔助開關連接在輸出端（經Laux2）和箝位電容的中點，另外一個輔助開關連接在箝位電容的中點（經Laux1）和直流環節的中點。該電路的輔助開關所承受的阻斷電壓僅為Udc/4。和二極管箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關拓撲相比，此電路的兩個中點(1和2)的電壓是穩定的。箝位電容的中點由輔助電流來決定，每隔一個開關周期輔助電流交替改變方向，并不受功率因數的影響。該電路采用了硬開關電容箝位型三電平逆變器中為穩定箝位電容電壓所采用的方法，即交替利用三電平變換器的兩個可能的零狀態，使箝位電容的中點電壓趨于穩定。此外，輸出電流每隔180°，輔助電流iaux1和iaux2的方向改變一次，用來平衡由于調制策略和功率因數造成的輸出電流的不對稱。由于在三相系統中，輸出電流是三相對稱的，因此直流環節中點可以按照傳統的兩電平輔助諧振變換極電壓源型逆變器的中點穩定的方式來趨于穩定。

但是，該電路存在以下缺點：

多電平逆變器有源軟開關技術的研究

圖8電容箝位型N電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關拓撲

1）和二極管箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關拓撲一樣，輔助開關的反并二極管關斷時由于其反向恢復特性在輔助開關兩端將造成過電壓。 2）對寄生電感參數很靈敏，處理不好，會引起寄生震蕩。

3.2電容箝位型N電平輔助諧振變換極軟開關拓

撲的討論

文獻[7]把電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關拓撲拓展到了電容箝位型N電平逆變器中，如圖8所示。所有輔助開關的阻斷電壓都相等，都等于Udc/〔2(N－1)〕。表2是N電平輔助諧振變換極軟開關的主要特性。

表2電容箝位型N電平逆變器的輔助諧振

變換極軟開關的主要特性主開關輔助開關
數量3×2(N－1)3×(N－1)
阻斷電壓Udc/(N－1)Udc/〔2×（N－1)〕
軟開關類型零電壓開關零電流開關
電容箝位型N電平逆變器的輔助諧振變換極軟開關拓撲目前只是在理論上作了一些探討，中點平衡問題需要作進一步的研究，應用到實際當中，還有很多工作要做。

4結語

所謂多電平逆變器的有源軟開關技術，是在多電平逆變器原有的主電路結構中，附加一些輔助的有源開關器件和電感，電容，通過適當的檢測和時序控制，軟化功率器件的開關過程，實現軟開關的功能。目前，關于多電平逆變器軟開關技術的研究，多集中在有源軟開關方面，得到了一些多電平逆變器有源軟開關電路拓撲。從以上的分析，可以看出這些電路拓撲的換流過程相對簡單；但是所有的多電平有源軟開關拓撲，全都加上了有源輔助開關及相應的檢測和控制電路，由于多電平變換器自身拓撲結構和控制已經相當復雜，再加上有源輔助開關及相應的檢測和控制電路，使系統的復雜性增加，從而降低了系統的可靠性。因此，在可靠性要求較高的場合，多電平逆變器有源軟開關技術的應用還有一定的困難，還有很多工作要做。 與有源軟開關技術相比，無源軟開關技術不需要有源輔助開關及相應的檢測和控制電路，所以在電路的復雜性和可靠性方面具有很大的優勢，目前，有關多電平逆變器的無源軟開關技術的研究很少，因此，把無源軟開關技術應用到多電平逆變器中，是多電平逆變器軟開關技術領域的一個值得關注的方向。