二極管箝位級聯拓撲在直驅風電系統中的應用研究
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根據以上拓撲結構和控制原理，利用仿真軟件PSIM6．0搭建了系統模型。仿真參數如下：每一支路的直流側電壓為±400V，直流側電容為3400μF(6800μF兩串)，功率器件為IGBT和二極管，為簡化仿真，輸出采用LC濾波+星接阻，開關頻率為3kHz。
以下主要給出三相二極管箝位五電平級聯H橋逆變器的仿真波形。圖3所示是一相的相電壓仿真波形及其FFT分析，從圖3(a)可以看出，輸出相電壓波形為9電平，最高平臺電壓為1．6kV，圖3(b)為對應的FFT分析，可見諧波主要集中在開關頻率的4n(n=1，2，3…)倍頻率處，也即12kHz的整數倍頻率附近，可見采用這種控制方法，使逆變器的等效開關頻率提高為原來的4倍。
根據系統原理和仿真結果構建了實驗系統。
實驗參數如下：移相變壓器變比為1:1:，直流側電容為兩個6800μF電解電容串聯，逆變器功率模塊采用三菱公司IPM模塊，控制器采用TMS320F2407+FPGA，負載參數與仿真相同，L=3mH，C=50μF，R=50Ω；輸出電壓頻率為50Hz，開關頻率為3kHz。由于受實驗條件限制，實驗中直流側電壓相對較低，將在隨后的研究中進一步提高電壓等級。
以下是部分實驗結果。圖6是輸入側電壓電流和直流側電壓波形，其中uia(Ch1)和iia(Ch3)分別是移相變壓器輸入側a相電壓和電流波形，udc是直流側電壓(Ch2)波形。從圖中可以看到，電流波形接近正弦波，和輸入電壓的相位基本一致，可見通過移相變壓器和12脈波整流器，能夠明顯改善輸入側的電流波形質量，提高輸入功率因數，降低發電機的諧波損耗，通過12脈波整流器得到的直流側電壓較為平穩，能夠滿足逆變器的需要。
5 結語
本文采用的二極管箝位五電平H橋級聯拓撲，結合了兩種多電平拓撲的優勢，使輸出電壓在常規二極管箝位三電平電路的基礎上有了較大提高，相對于常用的單相級聯H橋結構，需要較少的獨立直流源，結合12脈波整流電路，對其在直接驅動型風電系統中的應用進行了初步探索，而多相永磁同步發電機目前的應用也逐漸增多，可以提供所需的多路獨立直流電源。采用消諧波SPWM和載波相移SPWM相結合的載波調制方法，通過多路相位不同的三角載波與調制波比較，產生功率器件需要的驅動脈沖，控制簡單，實現方便，基于DSP+FPGA的脈沖發生電路，使多路驅動的產生變得簡單。仿真和實驗結果表明，把消諧波SPWM和載波相移SPWM相結合的控制方法應用于二極管箝位五電平級聯H橋拓撲中，能夠進一步提高輸出功率和電壓等級，提高等效載波頻率，降低器件的開關損耗和輸出濾波器的體積，為直驅風電系統在輸出沒有變壓器的情況下直接并入中壓電網提供了可能。
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