基于Si和SiC器件的混合型级联多电平变换器及其调控优化方法

摘要

针对现有级联型多电平变换器器件多、损耗大、功率密度低等问题,该文提出一种基于Si和SiC器件的混合型级联多电平变换器(HCMC)拓扑结构。HCMC由全Si IGBT器件的中性点钳位(NPC)型三电平单元与由SiIGBT、SiCMOSFET器件混合的级联H桥(CHB)单元串联构成。针对此拓扑提出一种特定的高低频混合调制策略,充分发挥SiC MOSFET开关损耗低、SiIGBT通态损耗低的优势,并对NPC单元直流侧电压和CHB单元子模块数进行优化设计。此外,为解决子模块电容电压不平衡问题,提出一种轮换均压控制策略。最后,在6kV系统无功补偿工况下进行仿真和实验,验证了HCMC拓扑结构和调制策略的可行性,并将HCMC和现有级联型多电平变换器进行综合对比,证明了所提拓扑在保证输出性能的条件下大大降低了运行损耗。