1随着电力半导体工业的发展，高压变频器越来越广泛地应用于节能、调速领域。高压变频器有多种拓扑结构，包括两电平、三电平、混合多电平及串联多重化等。在开关频率相等的前提下，两电平结构变频器输出谐波较大。器件耐压的不足使得无器件串联时三电平及两电平结构的变频器最大输出电压很有限。在串联多重化结构及混合多电平结构中，通过逆变单元的串联，可以获得较高等级的输出电压。
本文提出了一种新型的基于级联结构高压变频器如1所示。变频器由许多整流/逆变功率单元级联而成，每一个功率单元由背靠背H桥组成。
基于全控器件及移相载波调制方式的整流器能有效限制变频器对电网的谐波污染，并且变频器能够四象限运行，电动机能量能够反馈回电网，电动机有望获得更好的调速特性。变频器逆变侧通过全控H桥的级联联接，能够获得较好的输出电压波形，不需要输出滤波器或者只需较小容量的滤波器即可实现对谐波的抑制目的。
级联结构的高压变频器是通过一系列低压小功率变换模块的串联获得高压大功率的电力电子装置，如1所示。总的直流电压由串联的功率单元均分，均压效果的好坏决定于各功率单元的额定直流电容电压的分配。因此，保证各直流单元稳态及暂态电压对于变频的安全工作非常重要。
基于移相载波调制方式，本文首先建立了级联结构变频器的多输入、多输出非线性数学模型，并通过各直流单元的直流电压反馈将该数学模型强制线性化保证各串联单元的均压。控制器的设计中参考波与载波的角度差用以实现变频器的有功、无功的解耦控制及实现变频器的“1”功率因数运行；调制比用以保证变频器的输入功率。为了实现冗余性及模块化设计，采用了分散协调控制以实现串联单元的无信息交换。仿真显示了该方案的有效性。
2变频器整流侧控制
如1所示，Us<δs为交流母线的电压，U ri<δri为第i级串联功率单元输入电压的基波分量，L rf与Lif分别为整流侧及逆变侧的滤波电感，P in与Qin为输入有功及无功，忽略谐波分量，当采用移相载波调制方式时式可化为了实现单位功率因数运行，可以得到式中。ini是变频器输入电流， P Iin是第I级功率单元输入功率。进一步可以得到式。
其中UCI是第I级功率单元直流电压。C是直流电容。
为了实现全局大范围较好的运行特性，通过输入－输出线性化将式可以转换为式其中k I为反馈系数，相应的控制策略如2所示。
3变频器逆变侧控制
如1所示，逆变侧通过各模块级联以驱动电动机负载，与整流侧相似，逆变侧采用移相调制方式。相应地变频器总的输出电压为各逆变单元输出电压之和，如式所示。
分别为逆变器及第i级功率单元输出电压，Iδ输出电压相位角，Iim为第i级功率单元逆变侧调制比。结合电动机特性并通过调节变频器的输出电压及频率即可实现变频调速的目的。
4数值仿真
为了验证该方案的有效性，基于本文提出的拓扑结构及控制策略，进行了相应的数值仿真，其中，变频器参数为6 kV、2.5 MW，各功率单元额定直流电压为1.2 kV，每相级联5个功率单元。本文模拟了以下三种情况下：
变频器功率输出上升30%，相应的仿真结果如3～5所示；变频器功率输出下降30%，相应的仿真结果如6～7所示；其中一个功率单元退出运行，变频器动态响应特性如8～9所示。
从仿真结果可以看出，在上述的三种扰动下，级联功率单元的直流电压有较好的动态响应特性，可以期望得到较好的动态均压效果。在本文所提出的控制策略下，实现了有功、无功的解耦控制及变频器的单位功率因数运行。
5结论
本文关键字：变频器 变频器基础，变频技术 - 变频器基础
