导言
现有的关于多电平变流器的研讨作业主要是针对电压型变流器（Vohage Source Inverter，简称VSI），对电流型变流器（Current Source Inverter，简称CSI）研讨还较少。这不仅是由于一般的电力动力例如发电机，电网，电池等均属电压源，并且VsI中的储能元件电容器与CSI中的储能元件电感器比较，储能功率和储能元件的体积、价格都具有显着的优势。可是，跟着超导技能的开展，将处理电流型变流器中电感的储能功率问题。和VSI比较，CSI也具有自己的特征，它便于完成四象限运转，并且作业愈加安稳，输出电流愈加简略操控等。因而，在有源滤波（APF）、无功补偿（SVG）以及电力体系中，使用将会越来越广泛。关于多电平逆变器而言，PWM技能无疑是一种获取抱负输出的计划。总体上来讲，适用于多电平VSI的操控战略相同适用于多电平CSI，但关于不同的拓扑应选用相适应的操控战略。关于组合式多电平CSI，各个单元CSI在操控上相对独立，因而便于选用PWM技能。关于直接式多电平CSI，不能简略沿用惯例的调制办法，一般，三相多电平CSI在选取操控战略时有必要考虑以下要素：
1）要保持直流侧电流的继续导通；
2）要确保分流电感的电流平衡；
3）要考虑到三相电流的彼此耦合影响。
1 、电路拓扑剖析
图1是本文介绍的三相五电平CSI拓扑（以下称为直接式三相五电平），每个开关器材由MOS管和一个快康复二极管串联。在稳态时，考虑到电路拓扑的对称性并疏忽电感的纹波，则在剖析电路时图中可用值为1／2的电流源来替代每个均流电感。如图2所示，它的输出电平为一I，一I／2，0，1／2．I五电平。
本文中的CSI，从形式上看是两个一般逆变器并联于同一电流母线两头，但其作业原理是使用多电平组合的思维，五电平拓扑使用4个均流电感对逆变器的输入电流、输出电流均分红两等份，然后再用相应的开关对三相电流进行合理的分配、组合得到所需的五电平。以A相为例，输出电平缓开关导通暗示如表1所列。
2 、三相直接式五电平CSI的调制办法研讨
常用的多电平变流器的PWM操控办法有：多电平消谐波PWM（SHPWM），载波相移（CPS—SPWM），开关频率优化（SFO—PWM），空间矢量调制（SVPWM）。本文对图1所示的三相新式五电平CSI的调制办法是一种组合逻辑的PWM技能，用三彼此差120°的正弦波调制信号和一个三角载波比较（正弦波的幅值为5V，三角波幅值为2．5V），再经过数字和模仿电路的组合输出相应的PWM波。
图3为选用的完成PWM技能的数字化计划。一切的比较器单元（决议着开关逻辑）接纳三相正弦波调制信号，每一个正弦波对应一片EPROM和D／A转化器，每一个EPROM均由不同的计数器来寻址，且经过锁相环与对应相的电源同步。幅值操控信号为Vmod，它与包含着正弦调制信号的EPROM的输出经过D／A转化后相乘，然后作为每个比较模块单元的调制信号。
关于电流型逆变电路，开关动作须满意三个条件，即保持直流侧的继续导通；考虑三相电流彼此耦合的影响；均流电感上均匀电压应为零。根据以上考虑，本文采取了以下的PWM操控战略。
1）以A相为例，如图4（a）所示，由SINA、一SINA与同一个三角载波比较别离得到一个二电平的脉冲信号，两个信号叠加得到一个三电平的脉冲信号PA。（同理，可得信号PB，Pc）。三电平的脉冲信号PA和PB相叠加得到五电平的一组调制信号PA一PB，如图4（b）所示，同理可得PB—PC，PC-PA。
2）考虑到上述的电流电平组合条件，取PA（PA1，PA2，PA3，PA4别离代表开关SA1，SA2，SA3，SA4上的操控信号）为正半周大于零的电平信号，PA2为正半周大于1／2的电平信号，同理，PA3为负半周小于零的电平信号，PA4为负半周小于一1／2的信号。经过模仿开关使PA1、PA2以及PA3、PA4均匀地替换输出，这样，每个开关管上的驱动信号皆为宽窄脉宽替换，确保了若干周期内左右两个桥臂导通时刻共同，从而能更好地完成均流电感均匀电压为零，如图5（b）所示为同一桥臂的三个开关的驱动信号。
3）在本试验中，主电路每个桥臂都不能存在直流无通路的状况。为了消除直流无通路的状况，以一个桥臂为例，选用如图5（a）的逻辑操控，对一个桥臂上的3个开关信号“或非”后取得该桥臂均不导通的信号，此信号与其地点相信号“与”后，再与该路的信号“或”，得到各路开关管上的操控信号。这样能很好地确保主电路每个桥臂都不存在直流无通路的状况。
3、 直接式三相五电平CSI仿真和试验
3．1 仿真参数和成果
为验证这种操控战略的正确性，本文对新拓扑构成的三相五电平CSI进行了仿真研讨。仿真参数如下：电流源电流为20A，每个均流电感为100mH，逆变器的输出作业频率为50Hz，负载电阻为8Ω，负载为星型衔接无中性线，输出滤波器由LC组合而成（L=5mH，C=60μF）。
图6（a）所示为三相五电平CSI的输出PWM电流波形。图6（b）为滤波后的三相负载电流波形，可见滤波后的电流波形十分挨近正弦波。
3．2 试验参数成果
在前面剖析评论的基础上，对三相直接式五电平CSI拓扑进行了试验验证。试验的主电路如图1所示，参数如下：每个均流电感为100mH，输出电流的频率为50Hz，负载电阻为8Ω，输出滤波电容为60μF，滤波电感为8mH，载波比为32。试验测得输入电流约为4A，图7（a）为滤波前的三相负载电流波形，图7（b）为滤波后的波形，能够看出，输出波形十分挨近正弦波。
4、 结语
直接式CSI多电平逆变器是一种十分有特征的拓扑，跟着高温超导技能突破性的开展并进入实用化，超导技能将处理电流型变流器中的储能电感储能功率问题，一起电力超导储能体系中储能线圈具有电流源特性，因而，电流型变流器将具有广泛的使用远景，进行三相直接式CSS的拓扑和操控的研讨将具有重要的含义。
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