第2章 多电平逆变器的分析与设计
表3 输出电压与开关状态之间的关系
输出电压Uao Udc/2 Udc/4 S1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 -Udc/4 1 0 0 -Udc/2
0 S2 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 S3 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 开关状态 S4 S1＇ 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 S2＇ 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 S3＇ 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 S4＇ 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 2.1.3 级联型多电平逆变器
级联型多电平逆变器拓扑结构最早是由M.Marchesoni等人在1988年提出来的,图7为传统级联型五电平逆变器拓扑结构单相电路,它由两个两电平H桥单元级联构成,表4为该拓扑结构输出电压和开关状态之间的关系。
与前面提到的两种多电平逆变器相比,级联型逆变器拓扑结构对钳位二极管和飞跨电容的需求量较小,但需要多个独立电压源为其提供直流电。对于一个级联型n电平逆变器,每相桥臂需要的直流电压源和功率开关分别为(n-1)/2个、2(n-1)个。
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燕山大学里仁学院本科生毕业论文（论文）
图7 级联型五电平逆变器单相电路
表4 级联型五电平逆变器输出电压与开关状态之间的关系
输出电压 2Udc Udc 0 Udc -2Udc S1 1 0 0 0 0 S2 0 1 1 1 1 S3 0 0 0 0 1 开关状态 S4 1 1 1 1 0 S5 1 1 0 0 0 S6 0 0 1 1 1 S7 0 0 0 1 1 S8 1 1 1 0 0 2.1.4 其他多电平逆变器
随着对多电平逆变器研究的深入，出现了各种新型逆变器的拓扑结构，如 Conergy 公司发明了一种源自经典 NPC的半桥式逆变器拓扑，这种拓扑使用两个串联的背靠背IGBT来实现双向开关，从而将输出箝位至中点[18]；Sung-Jun Park 和 Feel-Soon Kang 等提出了一种单相5电平逆变器[19]。丁凯和邹云屏等提出了新型单相五电平[20]和新型三相混合不对称九电平逆变器；Yaosuo Xue 和 Madhav Manjrekar 提出了一种新型单相多电平逆变器；李永东等提出了一种新型混合型四电平逆变器。
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第2章 多电平逆变器的分析与设计 2.2 四电平逆变器的工作原理
如图8所示是一种四电平逆变器的电路拓扑结构，从图中可以看出直流母线侧电容C1、C2、C3将直流电压分成Vpv/3、-Vpv/3、Vpv、-Vpv和0五个等级，该电 路有八个IGBT开关二极管，两个电感器和三个直流环节电容组成。如图3中，输入直流来源包括三个光伏电池板。PA、PB、NB和NA代表了直流连接。Cpv是PV的寄生电容板。使用La和Lb能做滤波，降低漏电流与实现特定的控制策略。与其他传统的三级结构相比产生四级输出电压和低泄漏电流。
s21PAs11s13LaPBPVNBPVCCs22s23BLbs12s14oAPVCCpvNAs24图8 一种四电平逆变器的结构下面我们说明该电路的工作原理，该逆变器共有4种工作状态。具体的如下： （1）当S21，S24和S11，S14导通，S22，S23和S12，S13关断时：流过负载的电压为正相，大小为P
（2）当S22，S23和S11，S14导通，S21，S24和S12，S13关断时：流过负载的电压为正相，大小为三分之P
（3）当S22，S23和S12，S13导通，S21，S24和S11，S14关断时：流过负载的电压为反相，大小为三分之P
（4）当S21，S24和S12，S13导通，S22，S23和S11，S14关断时：流过负载的电压为反相，大小为P
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通过对电路开关状态的分析可以看出，开关器件S21，S24和S22，S23,S11，S14和S12，S13是工作在对应互补开通状态的，为了防止对应互补的开关器件同时导通而造成直流侧短路，因此在互补的开关器件控制信号中应该加入死区时间。因此，四电平逆变器的基本控制规律为：八个开关器件两两一组对应互补开通；同一时刻总是两个相邻开关器件一个导通一个关断；在输出状态改变过程中只能有一组互补的开关器件的控制信号变化。
2.3 共模电流抑制原理
2.3.1 漏电流简介
漏电流的本质为共模电流，其产生原因是光伏系统和大地之间存在寄生电容，当寄生电容–光伏系统–电网三者之间形成回路时，共模电压将在寄生电容上产生共模电流。当光伏系统中安装有工频变压器时，由于回路中变压器绕组间寄生电容阻抗相对较大，因此回路中共模电压产生的共模电流可以得到一定抑制。然而在无变压器的光伏系统中，回路阻抗相对较小，共模电压将在光伏系统和大地之间的寄生电容上形成较大的共模电流，即漏电流。
2.3.2 共模电流抑制原理
Ps4as1LaoPVUdcs3Cpvs2CLbLg图9 单相无变压器型光伏并网逆变器以单相系统为例，图9为典型单相全桥无变压器型光伏并网逆变器原理图，其中：E和La、Lb分别为电网电压和并网接口电感；Cpv为光伏PV和大地之间的寄生电容；C 为单相桥路输出端和大地间的寄生电容；Lg为逆变器和电网间的接地电感。
单相系统共模模型如图10所示。其中系统共模和差模电压分别为
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