一种有效的主电路拓扑结构设计方法

    由于混合型逆变器在选取电压比较大时，会产生电流倒灌现象，因此在设计过程中，可选取适当的电压比以提供消除电流倒灌现象所需的冗余状态，并使得各电平台阶阶跃也限定在1E之内。以图2(b)电路为例，采用Matlab对该电路进行了仿真，仿真结果如图3，其中调制波频率为50Hz。根据公式(1)可知，两逆变单元电压关系可为Uc1=3Uc2 =3.3kV和Uc1=2Uc2 =3.0kV两种情况，相电压Vao输出分别为9电平和7电平(如图3(a))，两种情况单元1和单元2输出电压波形如图3(b)和图3(c)。从图3(c)可看出，当Uc1=3Uc2，单元1输出电压为正时，单元2输出电压为1.1kV、0kV、-1.1kV三种情况，在单元2输出-1.1kV时，则会与单元1输出3.3kV电压形成环流，出现电流倒灌现象，降低了逆变器输出功率，并导致单元2直流侧电位平衡，增加了输出相电压Vao的谐波含量(如图3(d)所示，THD为6.58%)，降低了Vao的质量;而Uc1=2Uc2时，虽然Vao为7电平，但从图3(b) 与图3(c)看出，不会出现电流倒灌现象，Vao的THD降至3.51%。

    以上分析及仿真结果表明：Uc1=2Uc与Uc1=3Uc2相比，在输出相电压Vao大致相同(分别为4.5kV和4.4 kV)的情况下，虽然Vao从9电平降为7电平，但低次谐波的幅值却显著降低，输出电压的质量得到了较大的提高(THD从6.58%降至3.51%)，高压单元功率器件电压应力也有所下降(从1.65kV降至1.5kV)。

    5、结论

    本文针对混合电平式逆变器和混合单元式逆变器存在的高压单元功率器件电压应力过高、低压单元电流倒灌的问题，提出了高压单元采用二极管箝位型拓扑结构，选取各单元适当电压比的设计方法，经分析及仿真实验表明，该方法在克服电压应力过高、消除低压单元电流倒灌方面是有效的。

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