28、基于遗传算法的多电平逆变器选择性谐波消除技术

基于遗传算法的多电平逆变器选择性谐波消除技术

1. 引言

近年来，随着半导体技术的发展和不同脉冲宽度调制技术的应用，功率转换器在工业中的应用日益增多。特别是在高功率和中压应用中，由于能够承受中压的功率开关尚未得到充分发展，多电平逆变器拓扑成为了一种选择。

多电平逆变器可将输出电压以阶梯波的形式产生，主要分为级联 H 桥多电平逆变器、二极管钳位多电平逆变器（DCMLI）和电容钳位多电平逆变器（CCMLI）三种结构。1975 年首次提出的 H 桥拓扑，采用 H 桥的串联连接方式，随后二极管钳位和电容钳位多电平逆变器结构相继出现。

1.1 传统多电平逆变器结构对比

所有传统多电平逆变器结构每一级的功率开关数量相同，但二极管钳位和电容钳位结构分别需要额外的二极管和电容，这使得系统硬件体积增大，并可能导致电压不平衡问题。尤其是随着电平数的增加，钳位二极管和钳位电容的数量呈指数级增长。相比之下，级联 H 桥拓扑所需的组件数量较少，实施起来更为实用。

1.2 多电平逆变器的优势与挑战

多电平逆变器具有诸多出色性能，如较低的 dv/dt 以实现良好的电磁兼容性、降低开关上的电压应力、低失真的输入电流，更重要的是，其输出电压和电流的总谐波失真（THD）低于传统的两电平逆变器。通过应用不同的谐波消除技术，可以降低多电平逆变器输出电压的 THD。其中，选择性谐波消除（SHE）方法是一种重要技术，它能够消除任意所需的谐波。

然而，多电平逆变器也存在一些缺点。最显著的问题是，尤其是在高电平数的情况下，需要大量的开关。此外，每个电平模块的驱动器必须相互隔离，随着电平数的增加，THD 降低，但硬件需要更多的隔离电源，这导致