高壓變頻器的諧波分析研究

圖6三電平逆變器拓撲來源:輸配電設備網

　　與傳統的二電平拓撲結構相比較，中點箝位式三電平逆變器更適合于中高壓變頻裝置高電壓、大容量的特點，特殊的拓撲使得器件具有2倍的正向阻斷電壓能力，其多層階梯形輸出電壓，理論上可通過增加級數而使輸出電壓波形接近正弦，減少諧波，在同樣輸出性能指標下，三電平的開關頻率將是二電平的1/5，從而使系統損耗小。隨著電平數增加，每個電平幅值相對降低，dv/dt變小，主電路電流含有的脈動成分減小，轉矩脈動和電磁噪聲都得到有效的抑制。

　　雖然三電平變頻器結構簡單,能夠實現四象限運行,但是因目前器件耐壓水平的限制,只能達到4.16kV等中高壓情況，若要輸出更高的電壓須采用器件串聯方法，但會帶來均壓等問題。

　　圖7、8為三電平逆變器輸出電壓、電流波形及其頻譜。




圖7線電壓波形及其頻譜

圖8交流側電流波形及其頻譜請登陸:輸配電設備網瀏覽更多信息

4.3多重化逆變器

　　單元級聯多重化結構是對多重化技術的推廣和應用，是多重化變頻器的一種。如圖9所示，單元級聯多重化變頻器采用若干個低壓PWM變頻功率單元串聯的方式實現直接高壓輸出，電平數的增加有效的抑制了輸出諧波。由于每個功率單元模塊中除了含有逆變輸出結構外，同時含有整流功能，從而相應的實現了整流部分的多重化，使得變頻器輸入、輸出諧波抑制同步完成。其諧波抑制原理與普通多重化相似，也是利用相移技術，使每個功率模塊的某些次輸出諧波相互錯開一定的角度而被消除。

圖9單元串聯多重化變頻器請登陸:輸配電設備網瀏覽更多信息

　　雖然是串聯結構，但由于直流側采用相互分離的直流電源，不存在電壓平衡問題。無需二極管和電容的限制，串聯型結構電平數可較大。一般二極管、電容箝位式限于7或9電平,而串聯型結構卻無此限制。由于每一級逆變橋構造相同,給模塊化設計和制造帶來方便。

　　但由于使用的功率單元及功率器件數量太多，以每相三單元串聯為例，6kV系統要使用90只功率器件（54只二極管，36只IGBT），裝置的體積太大，安裝位置成問題。

　　該拓撲在Matlab中的仿真波形及其頻譜如圖10、11所示。

圖10單元級聯多重化輸出電壓及其頻譜

圖11單元級聯多重化輸出電流及其頻譜來源:輸配電設備網