大范围电压失真最小化的级联型多电平逆变器的设计方法
【专利摘要】一种大范围电压失真最小化的级联型多电平逆变器的设计方法，该方法基于KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件法，大大简化了导通角的计算量、计算过程简单，易于实现在线计算，同时基波电压适应范围宽，实现了大电压范围下的级联型逆变器最小化总谐波，改善了并网点电压的电能质量。
【专利说明】大范围电压失真最小化的级联型多电平逆变器的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力电子【技术领域】，特别是一种大范围电压失真最小化的级联型多电 平逆变器的设计方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子技术的迅速发展，逆变器的应用越来越广泛。基于脉宽调制（pulse width modulation, PWM)技术的级联型逆变器在中/高功率等级的系统广受欢迎。根据开 关频率，可以将级联型逆变器的调制分为高频调制和低频调制。常见的高频调制有正弦载 波调制（sinusoidal pulse width modulation, SPWM)、特定谐波消除脉宽调制（selected harmonic elimination PWM，SHEPWM)、空间电压矢量调制（space vector pulse width modu 1 at ion, SVPWM)等。相对于高频调制而言，低频阶梯调制能减小开关损耗和器件的开关 应力，延长其使用寿命，提高系统效率。
[0003] 在阶梯调制中，各电平导通角的计算是一个研究热点。导通角计算方法包括选择 谐波消去法（selected harmonic elimination,简称为SHE)、等面积法、最小面积差法以及 最小（total harmonic distortion, THD)法。SHE法的目的是消去电压输出波形中的低次 谐波，由于需要解多元非线性超越方程组，它的计算非常复杂。等面积法要求在每一个特定 的时间区间内，参考正弦电压和阶梯调制波积分相同，但是它没有优化谐波失真，可能带来 电压基频幅值失真。最小面积差法的主要目标是在每一个电平上，参考正弦电压和阶梯电 压之差的积分最小，它同样会引入电压基波幅值失真。
[0004] 大量逆变器的并网，将给系统带来谐波问题。总谐波失真是衡量逆变器输出波形 质量的重要参数，研究最小化失真的级联型多电平逆变器非常迫切。但是，已有的级联逆变 器输出电压畸变大，对并网点的电能质量造成了一定的影响。
【发明内容】
[0005] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种大范围电压失真最小化的级联型多电平 逆变器的设计方法，该方法基于KKT (Karush-Kuhn-Tucker)条件法，大大简化了导通角的 计算量、计算过程简单，易于实现在线计算，同时基波电压适应范围宽，实现了大电压范围 下的级联型逆变器最小化总谐波，改善了并网点电压的电能质量。
[0006] 本发明的技术解决方案如下：
[0007] -种大范围电压失真最小化的级联型多电平逆变器的设计方法，所述的级联型多 电平逆变器由N个逆变模块、N个直流电压源和一个控制器组成，每个逆变模块由四个全控 开关器件及反并联二极管构成的Η桥构成；所述逆变模块的直流母线正极与对应的直流电 压源的正极相连，直流母线负极与对应的直流电压源的负极相连，所述逆变模块的导通角 控制端与控制器对应的导通角信号控制端相连，所述逆变模块的交流输出端与所述的控制 器对应的交流电压信号输入端相连；所述控制器的输出的导通角信号控制端与所述的对应 的逆变模块的导通角的控制端相连，其输入的交流电压信号输入端与对应的逆变模块的交 流输出端相连，其特点在于：所述的设计方法包括如下步骤：
[0008] 1)按公式（12)计算调制系数m的下界点Mmin(S)，须满足λ彡2S-1，
[0009]
【权利要求】
1. 一种大范围电压失真最小化的级联型多电平逆变器的设计方法，所述的级联型多电 平逆变器由N个逆变模块、N个直流电压源和一个控制器组成，每个逆变模块由四个全控开 关器件及反并联二极管构成的Η桥构成；所述逆变模块的直流母线正极与对应的直流电压 源的正极相连，直流母线负极与对应的直流电压源的负极相连，所述逆变模块的导通角控 制端与控制器对应的导通角信号控制端相连，所述逆变模块的交流输出端与所述的控制器 对应的交流电压信号输入端相连；所述控制器的输出的导通角信号控制端与所述的对应的 逆变模块的导通角的控制端相连，其输入的交流电压信号输入端与对应的逆变模块的交流 输出端相连，其特征在于：所述的设计方法包括如下步骤： 1) 按公式（12)计算调制系数m的下界点Mmin(S)，须满足
(12) 其中，S为阶梯级数，S = 1，2, ...，H，Η为级联型多电平逆变器的最高电平数，j为电平 数； 2) 选择阶梯级数\，所述的调制系数m e (Mmin(?，Mmin (VI)]，当调制系数m处于区间 (0，Ιη(Η+1)]的情形，SQ满足
当调制系数m在区间
内时，则选择SQ = H，其中j为电平数，j = 0, 1，2, "·，Η，λ为参数； 3) 通过公式（11)计算参数λ :
(11) 4) 按公式（10)计算各导通角叫的正弦，其中j = 1，2,…，Η，如果Θ j的正弦超过了 1，令其为1 :
(10) 5) 根据反三角函数确定各级电平的导通角Θ」，j = 1，2,...，Η ; 6) 由式子Η = 2Ν-1，确定所述的逆变模块和直流电压源的数量Ν。
【文档编号】H02M7/49GK104052325SQ201410245719
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】李国杰, 杭丽君, 冯琳, 韩蓓, 汪可友, 江秀臣 申请人:上海交通大学