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绪论 1

0.1　多电平变换器产生的背景 1

0.2　多电平变换器的基本概念 4

0.3　多电平变换技术的研究和应用现状 5

第1章　多电平变换器的基本电路 8

1.1　二极管钳位型多电平变换器 8

1.1.1　二极管钳位型多电平变换器的结构特点和工作原理 8

1.1.2　二极管钳位型多电平变换器的优缺点 11

1.2　飞跨电容型多电平变换器 11

1.2.1　飞跨电容型多电平变换器的结构特点和工作原理 11

1.2.2　飞跨电容型多电平变换器的优缺点 14

1.3　级联型多电平变换器 14

1.3.1　级联型多电平变换器的结构特点和工作原理 14

1.4　基本单元与通用多电平变换器的形成方法 17

1.3.2　级联型多电平变换器的优缺点 17

第2章　多电平变换器的数学建模和分析 21

2.1　开关函数与多电平变换器的数学模型 21

2.1.1　整流工作状态下的三电平变换器模型 21

2.1.2　有源逆变工作状态下的三电平变换器模型 25

2.1.3　无源逆变工作状态下的三电平变换器模型 30

2.2　多电平直流变换器分析 32

2.2.1　隔离型多电平直流变换器 32

2.2.2　非隔离型多电平直流变换器 34

第3章　多电平变换器混合钳位和组合结构 37

3.1　混合钳位型多电平变换器 37

3.1.1　混合钳位型拓扑的结构特点 37

3.1.2　混合钳位型多电平变换器的工作原理 38

3.1.3　几种钳位器件的功能比较 47

3.2　组合结构多电平变换器 47

3.2.1　组合结构多电平变换器拓扑的生成方法 47

3.2.2　组合结构多电平变换器的调制方法 53

3.2.3　飞跨电容型多电平变换器的新型组合策略 55

3.3　混合开关组合与混合桥臂级联结构 61

3.3.1　基于二极管钳位／飞跨电容型全桥单元的混合桥臂级联拓扑 62

3.3.2　基于单相-三相组合的级联型多电平逆变器拓扑 69

3.3.3　基于负载端级联的多电平逆变器拓扑 69

第4章　多电平变换器软开关技术 72

4.1　软开关技术的分类与界定 72

4.2　无源软开关技术的基本理论问题及其构造方法 74

4.3　多电平变换器无源无损软开关 78

4.3.1　变换器的简化原理模型及其分类 78

4.3.2　PWM功率变换器无源无损吸收电路的设计 79

4.3.3　功率变换器的能量回馈支路 81

4.3.4　单端变换器开通-关断统一吸收单元的实现 82

4.3.5　三电平非隔离单端电路无源无损软开关 85

4.4.1　桥式逆变电路开通-关断统一吸收单元 86

4.4　多电平逆变器软开关技术 86

4.4.2　二极管钳位型三电平逆变器的无源无损软开关电路 87

4.4.3　电路参数对软开关电路的影响 97

4.4.4　二极管钳位型多电平逆变器的无源无损软开关电路 104

4.5　多电平变换器有源软开关技术 106

第5章　多电平逆变器的控制自由度和分析方法 109

5.1　多电平逆变器控制自由度组合的理论 109

5.1.1　双重傅里叶变换及其性质 109

5.1.2　载波交叠PWM方法和载波交叠-开关频率最优PWM方法 110

5.2　多电平逆变器第一类PWM方法的谐波分析 115

5.2.1　高调制度时谐波特性 117

5.2.2　中调制度时谐波特性 129

5.2.3　低调制度时谐波特性 135

5.3　多电平逆变器第二类PWM方法的谐波分析 139

5.3.2　中调制度时谐波特性 140

5.3.1　高调制度时谐波特性 140

5.3.3　低调制度时谐波特性 141

5.4　多电平逆变器第三类PWM方法的谐波分析 142

5.4.1　高调制度时谐波特性 143

5.4.2　中调制度时谐波特性 144

5.4.3　低调制度时谐波特性 146

5.5　三类调制方法的分析和比较 146

5.5.1　三类调制方法的频谱特性的比较 147

5.5.2　三类调制方法谐波性能和载波交叠之间的关系 147

5.5.3　直流电压利用率的讨论 154

第6章　多电平变换器的调制和控制技术 156

6.1　阶梯波调制方法 156

6.2　开关点预制PWM方法 157

6.3　空间矢量PWM方法 157

6.3.1　多电平逆变器SVPWM的基本原理和技术特点 157

6.3.2　三电平逆变器SVPWM方法的数字实现 160

6.3.3　基于控制自由度相关性的级联型多电平SVPWM的简化算法 164

6.4　载波PWM方法 166

6.4.1　基本的多电平载波PWM控制技术 167

6.4.2　载波PWM控制方法的理论分析 168

6.5　多电平逆变器载波PWM方法和SVPWM方法之间的本质联系 171

6.5.1　多电平逆变器载波PWM方法和SVPWM方法之间本质联系的建立 171

6.5.2　三电平不连续调制PWM方法及开关损耗最小PWM方法 173

6.6　多电平逆变器的中点电位不平衡问题及解决方法 176

第7章　多电平变换器系统的容错技术 180

7.1　多电平变换器系统的可靠性 180

7.2　容错技术概述 181

7.3　多电平逆变器的容错策略 181

7.4　几种多电平逆变器的容错实现 182

7.4.1　通用型多电平逆变器的容错技术 182

7.4.3　飞跨电容型多电平逆变器的容错技术 200

7.4.2　二极管钳位型多电平逆变器的容错技术 200

7.4.4　级联型多电平逆变器的容错技术 205

7.5　基于基本单元的容错技术思想 205

7.5.1　SH-PWM调制策略下的故障重构 206

7.5.2　PSPWM调制策略下的故障重构 213

7.6　故障器件的检测与诊断 220

第8章　多电平变换器控制系统设计 221

8.1　多电平变换器控制系统的硬件设计 221

8.2　多电平变换器控制系统的软件设计 225

第9章　大功率多电平变换器系统的应用 230

9.1　多电平功率因数校正变换器 230

9.1.1　单相三电平PFC电路的原理和控制方法 230

9.1.2　单相三电平PFC电路的实现方法 232

9.1.3　单相三电平无源无损软开关PFC电路 233

9.1.4　单相四电平PFC电路 239

9.1.5　单相多电平PFC电路 248

9.2　高压多电平变频调速系统 249

9.2.1　变频调速的原理 249

9.2.2　多电平变频调速系统 249

9.3　多电平功率变换器在电力系统中的应用 251

9.3.1　多电平变换器在静止同步补偿器中的应用 251

9.3.2　多电平变换器在大功率有源电力滤波器中的应用 253

9.3.3　多电平变换器在统一潮流控制器中的应用 254

9.4　分布式结构多电平变换器系统 255

9.4.1 自律电力电子基本单元 256

9.4.2　分层递阶结构 257

9.4.3　自律分布式控制策略 259

9.4.4　多电平逆变器的分布式结构 260

参考文献 267