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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