【摘 要】
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多电平功率变换技术使得开关电容多电平逆变器（Switched Capacitor Multilevel Inverter,SCMLI）和级联多电平逆变器可靠地应用在大功率领域。相对于传统的多电平逆变器,SCMLI有较高的电压增益、电容电压自均衡等优点;级联型多电平逆变器有易于向高电压等级扩展、调制方法简单等优点。在多电平逆变器的调制技术中,特定谐波消除脉宽调制（Selective Harmonic
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多电平功率变换技术使得开关电容多电平逆变器（Switched Capacitor Multilevel Inverter,SCMLI）和级联多电平逆变器可靠地应用在大功率领域。相对于传统的多电平逆变器,SCMLI有较高的电压增益、电容电压自均衡等优点;级联型多电平逆变器有易于向高电压等级扩展、调制方法简单等优点。在多电平逆变器的调制技术中,特定谐波消除脉宽调制（Selective Harmonic Elimination Pulse-Width Modulation,SHEPWM）有开关频率低,输出电压质量高等优点,但SHEPWM的应用需要求解一组非线性超越方程,对此国内外学者也提供了多种方法。论文的主要研究内容如下:（1）对已有的SCMLI拓扑结构展开分析,为进一步提高输出电平数,提出一种开关电容级联多电平逆变拓扑,所提拓扑结构由SCMLI和传统的H桥逆变器级联构成,包括2个电压源、14个开关管和2个电容器,最高可以输出21个交流电平。分析所提逆变电路的拓扑结构,工作原理和级联方案,最后对电压比为7的开关电容非对称级联多电平逆变器进行参数分析。（2）采用了混合PWM调制,最近电平逼近调制（Nearest Level Control,NLC）两种控制方法,对输出电压质量,电容纹波和功率分配进行分析,对比两种调制方法的优缺点,然后进行仿真验证。针对开关电容级联多电平逆变器的特点,最终采用SHEPWM进行调制,为此建立相应SHEPWM非线性超越方程组。（3）分析已有的SHEPWM非线性超越方程组求解方案,针对粒子群算法（Particle Swarm Optimization,PSO）在求解SHEPWM方程组时所存在的全局搜索能力差且容易陷入局部最优等问题,提出一种改进型PSO。所提算法以传统PSO为主体框架,通过在搜索过程中引入遗传算法（Genetic Algorithm,GA）中的垂直交叉算子,及采用精英保留策略来增强算法的全局搜索能力、局部搜索能力和保留优秀的个体,由此提高开关导通角的精确度。论文详细分析了所提逆变器的拓扑结构、参数设计、调制策略和功率分配等,在理论分析和仿真的基础上,搭建基于DSP的开关电容级联多电平逆变器平台,验证了所提拓扑结构的可行性和所提算法应用到SHEPWM中的有效性。
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