【摘 要】
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近年来,双输出功率变换系统被研究用于风力发电、不间断电源和多相电机驱动等领域。其中,双输出变换器是关键装置,包括背靠背变换器（BTB）、五桥臂逆变器（FLI）和九开关变换器（NSC）。FLI和NSC通过复用开关管减小了装置的体积,降低了系统的成本。研究表明,当它们以特定的要求运行时,较BTB有更高的效率。但FLI和NSC是两电平变换器,制约了其在中、高压大功率和高电能质量等场合的应用。针对这一问题
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近年来,双输出功率变换系统被研究用于风力发电、不间断电源和多相电机驱动等领域。其中,双输出变换器是关键装置,包括背靠背变换器（BTB）、五桥臂逆变器（FLI）和九开关变换器（NSC）。FLI和NSC通过复用开关管减小了装置的体积,降低了系统的成本。研究表明,当它们以特定的要求运行时,较BTB有更高的效率。但FLI和NSC是两电平变换器,制约了其在中、高压大功率和高电能质量等场合的应用。针对这一问题,本文以T型三电平变换器为基础,结合九开关变换器的开关管复用方法,提出了双输出T型三电平变换器（Dual-Output T-Type Three-Level Converter,DO-TTLC）。所提DO-T-TLC由18个开关管（IGBT或MOSFET）和两个电容构成,具有一个直流链路和两组三相交流电压输出端。研究了变换器的工作原理,进而发现复用开关管导致的运行约束。横向对比了所提拓扑和同类型电路在开关管数量、开关管电压应力等方面的优劣。通过电路基本定律,分析了各开关管的阻断电压和瞬时电流,指导器件的选型。将变换器的运行约束转化为调制约束,进而研究了含直流偏移量的正弦PWM策略（Sinusoidal PWM with DC Offsets,SPWM-DCO）。为最大程度地利用直流链路电压,分析了SPWM-DCO策略在同频同相、同频异相和异频三种工作模式下的调制度范围。制定了控制方案的流程图,以确定不同工作模式下调制参数的可行域。通过逻辑运算符设计了生成开关管PWM信号的触发电路,便于调制策略的实现。基于SPWM-DCO策略和电路结构,列写各开关管的电流有效值表达式,用于反映通态损耗的分布。在直流链路简化模型的基础上,为量化电容电压的不平衡度,定义了电容电压纹波。通过电路基本定律和元件特性方程,发现中点电流是产生电压差的原因,进而将电压控制目标转化为电流控制目标。划分4种调制度范围以求解中点电流的表达式,并提出了一种控制平均中点电流的电容电压平衡方法。对所提控制方法的效果和特性进行归纳与总结,有助于选择串联电容的参数。最后,搭建了硬件实验平台。采用FPGA控制小功率样机,对输出电压、电流和电容电压的结果进行分析。实验结果表明了电路结构的可行性以及调制策略控制输出电压和电容电压的有效性。
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