二极管箝位级联拓扑在直驱风电系统中的应用研究
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根据以上拓扑结构和控制原理，利用仿真软件PSIM6．0搭建了系统模型。仿真参数如下：每一支路的直流侧电压为±400V，直流侧电容为3400μF(6800μF两串)，功率器件为IGBT和二极管，为简化仿真，输出采用LC滤波+星接阻，开关频率为3kHz。
以下主要给出三相二极管箝位五电平级联H桥逆变器的仿真波形。图3所示是一相的相电压仿真波形及其FFT分析，从图3(a)可以看出，输出相电压波形为9电平，最高平台电压为1．6kV，图3(b)为对应的FFT分析，可见谐波主要集中在开关频率的4n(n=1，2，3…)倍频率处，也即12kHz的整数倍频率附近，可见采用这种控制方法，使逆变器的等效开关频率提高为原来的4倍。
根据系统原理和仿真结果构建了实验系统。
实验参数如下：移相变压器变比为1:1:，直流侧电容为两个6800μF电解电容串联，逆变器功率模块采用三菱公司IPM模块，控制器采用TMS320F2407+FPGA，负载参数与仿真相同，L=3mH，C=50μF，R=50Ω；输出电压频率为50Hz，开关频率为3kHz。由于受实验条件限制，实验中直流侧电压相对较低，将在随后的研究中进一步提高电压等级。
以下是部分实验结果。图6是输入侧电压电流和直流侧电压波形，其中uia(Ch1)和iia(Ch3)分别是移相变压器输入侧a相电压和电流波形，udc是直流侧电压(Ch2)波形。从图中可以看到，电流波形接近正弦波，和输入电压的相位基本一致，可见通过移相变压器和12脉波整流器，能够明显改善输入侧的电流波形质量，提高输入功率因数，降低发电机的谐波损耗，通过12脉波整流器得到的直流侧电压较为平稳，能够满足逆变器的需要。
5 结语
本文采用的二极管箝位五电平H桥级联拓扑，结合了两种多电平拓扑的优势，使输出电压在常规二极管箝位三电平电路的基础上有了较大提高，相对于常用的单相级联H桥结构，需要较少的独立直流源，结合12脉波整流电路，对其在直接驱动型风电系统中的应用进行了初步探索，而多相永磁同步发电机目前的应用也逐渐增多，可以提供所需的多路独立直流电源。采用消谐波SPWM和载波相移SPWM相结合的载波调制方法，通过多路相位不同的三角载波与调制波比较，产生功率器件需要的驱动脉冲，控制简单，实现方便，基于DSP+FPGA的脉冲发生电路，使多路驱动的产生变得简单。仿真和实验结果表明，把消谐波SPWM和载波相移SPWM相结合的控制方法应用于二极管箝位五电平级联H桥拓扑中，能够进一步提高输出功率和电压等级，提高等效载波频率，降低器件的开关损耗和输出滤波器的体积，为直驱风电系统在输出没有变压器的情况下直接并入中压电网提供了可能。
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