近年來，全面推廣可再生能源並網發電已成為中國能源轉型和實作「雙碳」目標的重要技術手段。脈沖寬度調變（PWM）的逆變器在新能源並網中能可靠實作與外部電網之間可控的能量交換。然而，受限於開關器件功率、溫度閾值的影響，單台逆變器可提供的功率有限，難以套用於有大容量要求的並網系統或大電源系統中，多台逆變器並聯執行成為增加系統容量、提高功率等級的一種主要措施。
多逆變器並聯系統具有高功率、高靈活性和高可靠性等優勢，但其穩定性往往面臨著更嚴峻的挑戰。多機系統中任意一台逆變器的功率擾動都有可能影響整個系統，加之每台逆變器的LCL濾波器固有的諧振尖峰，多機並聯系統更容易出現諧振失穩問題。與此同時，共交直流母線的多逆變器並聯系統會產生零序環流問題，一方面會增加器件應力從而造成額外的損耗且引發保護誤動作；另一方面引起輸出電流畸變進而威脅並聯系統的穩定性。
中點鉗位（NPC）型三電平逆變器由於開關管數與輸出電平數增加，其環流路徑和環流成分相較兩電平逆變器更為復雜，加之其固有的中點電位不平衡問題，NPC逆變器並聯系統的環流抑制更具挑戰性，有必要采取綜合軟體和硬體措施加以抑制。現有文獻大多從軟體控制策略上研究和改進零序環流的抑制措施，以追求控制效果和演算法復雜度的兼顧平衡，而對於硬體措施的使用，沿襲傳統方案來抑制相應類別的零序環流是常見的選擇，少有研究去完善最佳化傳統的硬體措施。
針對中點鉗位型三電平逆變器並聯系統內普遍存在的零序環流問題，武漢大學、武漢紡織大學的徐暢、宮金武、張國琴等學者，在分析環流回路的基礎上，建立環流的數學模型並借助開關函式對環流進行分類，使用傅立葉分解對環流進行了量化分析，針對不同類別的零序環流，提出對應的抑制方法來控制多逆變器並聯系統中的零序環流，同時最佳化了傳統改進型LCL的連線方式，形成載波移相控制下的模組共用電容方案。
圖1 三電平模組化逆變器系統
他們指出，針對模組化NPC三電平逆變器並聯系統中更為復雜的零序環流，需要綜合采用所提的硬體和軟體措施以更有效可靠地抑制零序環流。此外，與傳統改進型LCL相比，載波移相控制下模組共用濾波電容方案在保持原有的零序環流抑制效果的同時，實作了奇數次開關頻率紋波分量轉移與抵消，使連線電纜上的高頻紋波減小近50%。
圖2 模組化NPC三電平逆變器並聯系統樣機
研究者表示，載波移相控制下的模組共享濾波電容方案節省了電容元件的消耗，降低了元件路線的電流應力與發熱損耗，為樣機的高功率密度設計提供了可能。
本工作成果發表在2023年【電工技術學報】增刊1，論文標題為「中點鉗位型三電平逆變器並聯系統的零序環流抑制策略」。本課題得到國防科工局穩定支持計畫和國家自然科學基金的支持。
