本文针对传统多电平逆变器不容易达到高电压大功率应用场合的需要的问题，以铁道电力补偿器为例，设计了一种可以达到30kV电压输出的6级级联式混合多电平逆变器以及相应的控制算法。

多电平逆变器可以给出多于两电平的输出电压，因此他可以以较低的运转频率给出高质量的输出电压波形。而且，由于多电平逆变器可以使用多个独立的直流电源级联构成多，所以它很容易实现在高电压和大功率场合的应用，而施加在每一个开关原件上的电压亦不会太高。设计出更高电压等级的多电平逆变器并且减少结构以及控制算法的复杂度是多电平逆变器研究的一个重要方向。当前，很多工业领域需要能够工作在数十千伏电压等级的电力转换器。要实现如此高的电压等级，有时需要构建十级甚至二十级以上的级联结构的逆变器。这样的设计需要使用大量的开关元件，驱动器以及控制器等等，因此他们所占用的空间，所需的初期投资以及控制器的复杂度也会大大增加。
例如，级联式多电平逆变器可以用作铁道电能补偿器（RPC）的主电路。RPC连接到牵引电网的目的是降低由大功率牵引负荷所造成的谐波、负序、无功等电能质量问题。PRC当中使用的电能转换器（整流部分+中间直流环节+逆变器部分）须要满足牵引电网的电压等级要求。对于普通干线电气化铁路以及新建的高速铁路，接触网的供电电压一般是25 kVrms (≈35.355 kVpeak) 。因而根据不同的补偿器结构及补偿要求，RPC中的电力变换器需达到20~40kV的电压等级。基于这样的高电压等级的需求，使用传统结构的多电平逆变器的RPC无法直接与牵引电网相连接，而要使用中间变压器进行连接。传统电力转换器以及中间变压器的使用会造成一系列问题，并且这些问题随着大功率重载货运以及高速铁路的发展而显得日益明显。例如，中间变压器会对补偿波形造成失真，这种失真会大幅改变逆变器输出的电压/电流波形，因而中间变压器的存在会降低RPC的补偿效果甚至会造成补偿失效。为了解决这个问题，需要设计一种能够达到牵引电网电压等级的新型多电平逆变器。根据前文的讨论，级联式多电平逆变器由于可以使用多个独立直流电源对每一级分别供电，因此容易达到设计要求。多电平逆变器的总输出电压等于每一级的输出电压之和。本文提出一种使用IGCT和IGBT开关元件混合级联而构成的新型多电平逆变器。该逆变器的输出可达到30kV从而可以不通过中间变压器直接而直接与牵引电网相连接。对此逆变器的设计目标是使得它的结构尽可能的简单并且应用最合适的控制算法从而该逆变器可以根据追踪任意参考信号给出正确的高质量输出波形。

None 二等奖
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