基于双buck电路的多电平逆变器研究

适用于高电压大功率场合的多电平技术是当前研究的热点。提高电路可靠性是多电平逆变器研究中的关键问题。目前，多电平逆变器均以桥式电路为基本单元。本课题提出以双Buck电路为基本单元构建多电平逆变器，并认为该方法有助于提高电路可靠性，在电平数较多情况下，有简化电路的可能；并具有转换效率高、易构建三相系统的特点。课题将通过探讨以下基本问题，促进这一技术领域的生长和完善：1) 以双Buck逆变电路为基本单元构建多电平逆变器的基本方法和原理；2) 双Buck多电平逆变器的基本类型和拓扑；3) 利用双Buck电路实现多电平输出和电压箝位解耦控制的方法；4) 适用于双Buck多电平逆变器的控制策略和调制方法；等等。课题研究工作，是对多电平技术和逆变技术的延伸和开拓，具有重要的理论价值；在无功补偿、电机驱动、新能源发电、大功率电源、有源滤波等工业领域，具有广泛的应用前景。

电容均压与逆变过程耦合，造成箝位器件数量多，是造成多电平逆变器复杂、可靠性低的主要因数。桥臂直通、体二极管反向恢复造成的电压尖峰和损耗等问题，亦是降低其可靠性的重要原因。本课题提出并研究一种新思路：以双Buck电路而非传统桥式电路为基础，构建新型的高可靠性高效率多电平逆变器。.课题归纳、分析了双Buck多电平逆变器的基本构建方式和原理，划分、提出了其基本类型，提出、分析了它们的通用结构和机理，并注重与桥式电路进行对比。.围绕二极管箝位型双Buck多电平逆变器，提出并详细分析了其中的三电平结构、衍化结构、五电平结构。利用双Buck电路的半周工作方式，使得Buck电路1和 Buck电路2交替用于输入均压和逆变输出，两者互补实现了均压与逆变解耦，改变了箝位器件数随电平数增长过快的状况。新型逆变器的箝位器件数按电平数倍数关系增长，而桥式电路则近似按倍数关系增长。此外，二极管箝位型双Buck多电平逆变器继承了双Buck电路体二极管不工作等特点。分析、仿真、实验表明，电路具有高可靠性。.围绕飞跨电容型结构，同样重点研究了三电平和五电平拓扑。与二极管箝位型类似，飞跨电容型结构同样实现了解耦控制，在电平数大于5后，具有器件数量的优势。该类电路的另一优势为：消除了电源、飞跨电容、两者间、电容间的所有直通隐患。除动态均压外，课题还研究、提出了建压的方法。.课题还提出、分析、研究了两种复合级联型双Buck多电平结构具体拓扑，其特征和关键点与前两类近似。复合级联结构可将双Buck电路适宜高频调制和桥式电路适宜低频换向的优势互补，提高效率与可靠性。.课题开展了优化、应用和拓展研究：提出了减小电路磁件的磁集成方法；提出将无源软开关技术与双Buck多电平电路结合，在保持高可靠性的同时，进一步消减开关损耗；初步探讨了课题成果在光伏并网发电中的具体应用，并取得有益效果；将课题思路发散，得出了直流变换器输出并联组合单级逆变器的概念和若干电路，有助于提高单级升压逆变的效率。.综上，研究工作基本构建了双Buck多电平逆变器这一新技术方向的理论框架。双Buck多电平逆变器达到了可靠性高、电路结构和控制方法相对简洁等预期目标，为构建实用型装置奠定了基础，代价则是无源器件的增多，有待后续研究进一步改进。.达到并超出了预期成果：发表学术论文20篇，申请发明专利6项，授权3项，培养研究生11名。