三電平逆變電路拓撲

本課題分析的三電平逆變電路拓樸如下：

在上圖中，ANPC有三個橋臂，每個橋臂均由6個帶有續(xù)流二極管的IGBT Tx1、Tx2、Tx3、Tx4、Tx5和Tx6組成，其中x代表每相橋臂，x可取a、b、c。其中Tx1、Tx2、Tx3、Tx4決定著每項橋臂的輸出電壓，而Tx5決定著x相上橋臂中Tx1和Tx2承受相等電壓，而Tx6絕定著x相下橋臂中Tx3和Tx4承受相等電壓。每相電路不同的開關(guān)組合會輸出不同的輸出電壓，下面將逐個對不同開關(guān)組合的工作模態(tài)進行分析，由于該電路的三相橋臂的工作狀態(tài)相同，因此本文僅對a相橋臂的工作模態(tài)進行分析。

 （1）當Ta1=1，Ta2=1，Ta3=0，Ta4=0，Ta5=0，Ta6=1時電流流向情況如下所示：

在上圖中由于Ta3，Ta4和Ta5均關(guān)斷，因此電流會電流從C1流出，流經(jīng)Ta1，Ta2流入負載，此時輸出電壓VaN為電容C1電壓，由于直流側(cè)電容將直流電壓平分，所以電容C1和C2兩端電壓均為0.5Vdc，設直流測電容中電N的電壓為0，因此該狀態(tài)下的輸出電壓為0.5Vdc。

（2）當Ta1=0，Ta2=0，Ta3=1，Ta4=1，Ta5=1，Ta6=0時電流流向情況如下所示：

在上圖中由于Ta1，Ta2和Ta6均關(guān)斷，因此電流從C2流出，流經(jīng)Ta4，Ta3流入負載，此時輸出電壓VaN為電容C2電壓，因此該狀態(tài)下的輸出電壓為-0.5Vdc。

（3）當Ta1=0，Ta2=1，Ta3=0，Ta4=0，Ta5=1，Ta6=0時電流流向情況如下所示：

在上圖中由于Ta1，Ta3，Ta4和Ta6均關(guān)斷，電流從N流出，流經(jīng)Ta5，Ta2流入負載，然后從Da4和Da6流回，此時輸出電壓VaN為0，由于電流時是從a橋臂的上半部分流出的，因此定義該狀態(tài)為0U1。

（4）當Ta1=0，Ta2=1，Ta3=0，Ta4=1，Ta5=1，Ta6=0時電流流向情況如下所示：

在上圖中由于Ta1，Ta3和Ta6均關(guān)斷，電流從N流出，流經(jīng)Ta3，Ta6流入負載，此時輸出電壓VaN為0，于電流時是從a橋臂的上半部分流出的，因此定義該狀態(tài)為0U2。

（5）當Ta1=0，Ta2=0，Ta3=1，Ta4=0，Ta5=0，Ta6=1時電流流向情況如下所示

在上圖中由于Ta1，Ta2、Ta4和Ta5均關(guān)斷，電流從N流出，流經(jīng)Ta3，Ta6流入負載，此時輸出電壓VaN為0，于電流時是從a橋臂的下半部分流出的，定義該狀態(tài)為0L1。

（6）當Ta1=1，Ta2=0，Ta3=1，Ta4=0，Ta5=0，Ta6=1時電流流向情況如下所示：

在上圖中由于Ta2、Ta4和Ta5均關(guān)斷，電流從N流出，流經(jīng)Ta3，Ta6流入負載，此時輸出電壓VaN為0，于電流時是從a橋臂的下半部分流出的，定義該狀態(tài)為0L2。

綜上所述，A橋臂有三中輸出電壓，分別為0.5Udc、-0.5Udc和0.但是有多種開關(guān)組合可以輸出為0V，因此在輸出為0V是會存在冗余狀態(tài)。在設計ANPC的三電平逆變器的開關(guān)順序時，可以有多種的選擇方案。由于逆變電路在切換工作模態(tài)時開關(guān)管不可避免的存在開通和關(guān)斷動作，開關(guān)管開斷過程中就會產(chǎn)生損耗。為提高逆變系統(tǒng)的效率，可選擇合適的開關(guān)狀態(tài)，使逆變器在切換開關(guān)工作模態(tài)時最大程度地減少開關(guān)管的開關(guān)次數(shù)，來避免不必要的功率損耗。在設計開關(guān)順序時，使電路僅發(fā)生一次開通和關(guān)斷動作即可完成模態(tài)的切換。

三電平逆變電路的調(diào)制

傳統(tǒng)的兩電平逆變電路的調(diào)制方法為SPWM調(diào)制，SPWM調(diào)制的定義為：脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，其調(diào)制方法如下：

 SWPM的調(diào)制方法

SPWM選擇三角波作為載波，期望輸出的電壓波形為調(diào)制波，將調(diào)制波與載波進行比較，如果調(diào)制波大于載波則輸出高電平，反之調(diào)制波小于載波則輸出低電平?？梢該Q一個思路去思考，當調(diào)制波大說明，需要輸出高電平，來提升輸出電壓，在調(diào)制波小的時候，輸出低電平，另輸出電壓降低。

三角載波的意義就是可以讓輸出電壓在高低電平不斷切換。一個三角載波的周期內(nèi)，輸出電壓的平均值可以等于調(diào)制波的在這個周期內(nèi)幅值。經(jīng)過每個三角波的調(diào)制，每個周期輸出電壓平均值都等于參考電壓的期望電壓。這就完成了SPWM調(diào)制。

跟據(jù)上圖可以看出，當調(diào)制波越大的時候，輸出高電平的脈寬就越長，這也側(cè)面說明的脈沖寬度調(diào)節(jié)的含義。

當傳統(tǒng)的逆變電路衍生為三電平逆變電路時，該如何采用SPWM進行調(diào)制。要時刻保持SPWM平均電壓的思想。跟據(jù)上述電路的分析，當參考電壓為正半周期時，輸出電壓為0和1，當參考電壓為負半周期時參考電壓為0和-1因此，可以推導出三電平逆變電路SPWM調(diào)制規(guī)則如下：

該調(diào)制方法為載波層疊調(diào)制方法，拓展一下，如果電路為5電平輸出，則載波調(diào)制的方法為。針對更多電平，也是跟據(jù)不同區(qū)域的輸出電壓，進行不同的調(diào)制。