0 引言
   為滿足風(fēng)力發(fā)電對高壓、大功率和高品質(zhì)變流器的需求，多電平變流器拓撲得到了廣泛關(guān)注。變流器采用多電平方式后，可以在常規(guī)功率器件耐壓基礎(chǔ)上，實現(xiàn)高電壓等級，獲得更多級(臺階)的輸出電壓，使波形更接近正弦，諧波含量少，電壓變化率小，并獲得更大的輸出容量。多電平變流器具體電路拓撲可分為5類：二極管箝位型、雙向開關(guān)互聯(lián)型、飛跨電容型、兩電平變流器組合型、單相H橋級聯(lián)型等。其中單相級聯(lián)H橋型和二極管中點箝位型多電平拓撲結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活，近年來在大功率變頻調(diào)速、無功補償、大功率穩(wěn)壓電源等方面均有較多的應(yīng)用；在PWM控制方法中，研究較多的是特定諧波消除PWM調(diào)制、多載波SPWM調(diào)制、載波相移SPWM調(diào)制和空間矢量調(diào)制等。
    雖然級聯(lián)H橋型多電平拓撲和二極管中點箝位三電平拓撲的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，但是當(dāng)需要的電平數(shù)進一步增加時，前者需要更多的獨立直流電源，后者則需要更多的箝位器件并存在電容電壓平衡的問題，所以，目前二極管箝位多電平以三電平和五電平為主。因此，將級聯(lián)H橋和二極管箝位三電平拓撲相結(jié)合，則可以利用兩者的優(yōu)勢，針對這種結(jié)構(gòu)有不同的控制方法，如消諧波SPWM控制、SVPWM控制等。
    本文針對二極管箝位五電平級聯(lián)H橋拓撲，提出了一種消諧波SPWM和載波相移SPWM相結(jié)合的控制方法，通過采用不同相位的三角載波，使二極管箝位五電平H橋能夠方便地產(chǎn)生多電平輸出，同時使五電平功率單元可以方便地級聯(lián)在一起。對這種拓撲在永磁直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了初步探索，采用18相永磁同步發(fā)電機+移相變壓器+12脈波整流器+二極管箝位五電平級聯(lián)H橋，能夠進一步提高輸出電壓和功率等級，為風(fēng)力發(fā)電輸出不用升壓變壓器即可直接并入中壓電網(wǎng)提供了進一步的可能性。
1 拓撲結(jié)構(gòu)分析 
    圖1是本文采用的二極管箝位五電平級聯(lián)H橋拓撲在直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)中的應(yīng)用原理圖，其中圖1(a)為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖，圖1(b)為二極管箝位五電平H橋功率單元原理圖。圖1(a)中風(fēng)電機組拖動多相永磁同步發(fā)電機，永磁同步發(fā)電機為18相電機，共有6組輸出繞組，每組繞組間相位差20°，每組繞組分別進入二極管箝位功率單元，共有6個功率單元構(gòu)成三相逆變器，每2個功率單元進行級聯(lián)構(gòu)成一相輸出，三相輸出通過濾波電感并入電網(wǎng)。圖1(b)中，輸入為永磁同步發(fā)電機的一組三相繞組，經(jīng)過三繞組移相變壓器，移相變壓器為DDY結(jié)構(gòu)，匝比為1:1:，副邊兩路輸出的相位差30°，由12脈波二極管整流器整流得到獨立的直流電源，其中直流側(cè)電容由兩個電解電容串聯(lián)構(gòu)成，電容的中點作為二極管箝位功率電路的中點，并且和兩個6脈波二極管整流器的中點連接，直流電經(jīng)過二極管箝位五電平H橋進行逆變，輸出單相交流電。由功率單元1、2、3分別和4、5、6級聯(lián)構(gòu)成三相輸出。