一种单相四象限五电平变换器

高志刚，柯龙(北京理工大学自动化学院，北京100081)

GAO Zhi-gang，KE Long(School of Automation，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China)



一种单相四象限五电平变换器

高志刚，柯龙
(北京理工大学自动化学院，北京100081)

摘要:为了驱动高压大容量电机并将电机制动过程中的能量回馈入电网，提高电能的利用效率，提出了一种单相四象限五电平变换器。针对提出的拓扑结构，分析了变换器的工作模式，并建立了开关模型，并得出了开关脉冲与系统输出电压之间的关系。讨论了变换器不同开关状态下系统的等效电路，提出了一种判断开关状态是否合法的策略。分析了变换器中的电容电压均衡控制问题，提出了一种优化调制策略，给出了开关状态的计算流程图，实现了变换器的多电平输出。建立了实验样机平台，实验结果表明，提出的变换器可实现五电平输出，系统的控制策略和调制算法有效可行。

关键词:H桥;五电平;四象限;脉冲宽度调制;多电平

柯龙(1991—)，男，硕士研究生，研究方向为电力电子技术。

0　引言

随着人类社会的不断发展，人们对电能的需求量越来越大。在传动、提升等场合，需要进行大功率能量变换。因此多电平变换器的拓扑、控制算法等研究已经成为了一个热点［1－3］。同时，在电机制动过程中，如果可以将回馈的能量送入电网，则可以进一步提高电能利用率，省去卸荷负载等装置，节约系统成本［4－6］。

多电平变换器采用多个电平叠加，可以产生多级电压，从而提高系统总的输出电压等级，提高变换器的功率等级。相对于传统的两电平变换器，多电平变换器具有谐波含量小、正弦度高、dv/dt小等优点，对于提高系统电流谐波特性、提高系统容量、减少滤波器体积等有益［7－12］。……