蒋婷，江剑锋，曹中圣，杨喜军

（上海交通大学 电子信息和电气工程学院，上海200240）

1 引言

随着智能电网的提出与发展，抽水储能作为一种清洁储能方式，以其有效、经济、可靠的特点在电网的调峰、调频、调相等中的地位日渐突出。抽水储能电机的软启动问题是一个关键环节，传统上采用一种基于晶闸管交直交电流源静止变频器，但其有谐波污染大、启动时间长、维护量高等缺点，近年来逐渐被以IGBT为代表的全控型器件变频器取代［1－7］。

本文提出和分析了4种N级串联逆变器的高压大功率变换器，图1、图2为交直交方案，图3、图4为矩阵变换器交交方案。对于N级串联逆变器的高压大功率变换器，其特点如下：

1）网侧降压变压器次级三相绕组的数量为3 N，能够获得单位输入功率因数；

2）整流器与逆变器数量均为3 N，一个整流器配置一个逆变器；

3）逆变器输出直接串联，输出电压呈现多电平。

其优点明显，如输入单位功率因数，输出电压多电平，能够负担更大的功率输出，体系清楚和设计简单。但是也存在一些不足之处，即网侧变压器次级绕组较多，整流器数量较多，设计较复杂。电解电容负荷不平衡，增加了网侧电流的波形畸变。负载与逆变器直接电气相连，安全可靠性下降。鉴于此，提出了新型降压变压器次级绕组功率平衡的多级串联高压矩阵变频器，除了具有传统多级串联高压变频器的优点外，还可以克服上述不足。本文在分析这种高压矩阵变频器的拓扑构成和载波移相调制原理后，采用Matlab／Simulink给予仿真分析，验证了这种多级串联高压变频器的可行性。……