中點(diǎn)鉗位三電平逆變器直流側(cè)諧波分析與損耗分配的優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、中點(diǎn)鉗位（NeutralPointClamped，NPC）三電平逆變器與兩電平逆變器相比，具有輸出電壓電流諧波小，開關(guān)器件承受的電壓及開關(guān)損耗減半等優(yōu)勢，可有效減小濾波器等無源器件的體積和重量。因此，三電平NPC逆變器已逐漸從大功率的中壓應(yīng)用，走向了低壓380V-690V的光伏、風(fēng)電及儲(chǔ)能系統(tǒng)的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)。傳統(tǒng)兩電平逆變器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的電容選型和功率器件安全工作裕量評(píng)估所需的直流側(cè)紋波電流頻譜的解析表達(dá)式和器件損耗與分布的計(jì)算公式都比

2、較成熟完善，可以滿足大范圍功率因數(shù)變化下的并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)需求。但三電平NPC逆變器系統(tǒng)在以上兩個(gè)設(shè)計(jì)要素上缺少解析表達(dá)式，而工業(yè)界通常采用有效值和單工作點(diǎn)仿真等耗時(shí)易錯(cuò)的方法進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本論文圍繞這兩個(gè)尚需解決的問題開展了研究，并以推導(dǎo)的解析表達(dá)式進(jìn)行100kVA（380V）容量的并網(wǎng)逆變器在全功率因數(shù)范圍內(nèi)的直流側(cè)電容的設(shè)計(jì)選型以及仿真驗(yàn)證，并驗(yàn)證了各開關(guān)器件的損耗和結(jié)溫分布滿足安全可靠運(yùn)行的要求。
　　首先，作為三電

3、平DC側(cè)電流紋波分析以及損耗計(jì)算公式推導(dǎo)的基礎(chǔ)，分析了三電平NPC逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并用MATLAB/Simulink仿真實(shí)現(xiàn)了其各種PWM調(diào)制策略。
　　其次，參照兩電平逆變器直流側(cè)電流紋波分析法的思路，建立了三電平NPC逆變器直流側(cè)電流紋波“幾何墻模型”，并系統(tǒng)地推導(dǎo)出電流紋波頻譜的雙重傅里葉級(jí)數(shù)解析表達(dá)式以及有效值的表達(dá)式。頻譜解析計(jì)算結(jié)果與MATLAB/Simulink時(shí)域仿真的FFT結(jié)果吻合。
　　然后，提出了三電

4、平NPC逆變器在SPWM和三次諧波注入PWM控制方法下的功率損耗計(jì)算方法，建立了“熱等效模型”并進(jìn)行了結(jié)溫計(jì)算，利用MathCAD軟件建立了“功率損耗及結(jié)溫計(jì)算工具”，并通過Semisel在線仿真平臺(tái)進(jìn)行了驗(yàn)證。通過與兩電平逆變器的比較，詳細(xì)分析了三電平NPC逆變器功率損耗在各器件上分布不均的問題，并采用有源中點(diǎn)鉗位三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來改善此問題。
　　最后，通過本文建立的三電平NPC逆變器的直流側(cè)紋波電流頻譜與功率損耗的解析表達(dá)式，