1 提高变频器输出电流的技术　　
        提高变频器电流的方法主要有器件级并联、模块级并联、电流多重化和电流型多电平技术四种。
        1.1 器件级并联
        IGBT的正温度系数，使得IGBT特别适合于并联运行，通过并联一方面能够提高开关器件的电流指标，提升电流密度、提高散热效果、并具有较高的成本优势，因此受到了广泛重视。文献介绍了英飞凌科技有限公司600V,1200V,1700V和3300V的IGBT产品中，NPT和沟槽终止IGBT芯片的饱和电压都随着结温升高而增加，呈现正温度系数特性，指出由于并联设计而产生的不均流问题远比器件特性差异带来的不均流问题大，提出了改善驱动回路、改善散热、加装均流电抗器进而扼流圈等措施以改善均流效果。
        文献<1>中对IGBT并联使用时的元件选配，主回路布局等问题进行了研究，给出了确保IGBT在并联运行可靠均流的方法；文献<2>针对功率器件IGBT并联使用时的工作特性进行了研究。主要分析了驱动电路和器件各参数不理想时对IGBT并联工作产生的不利影响www.cechina.cn,重点研究了电流分配、安全工作范围、散热以及寄生振荡等关键问题，提出保证多个IGBT并联工作的建议，包括使用相同的驱动电路，输出阻抗尽量小；尽量选用特性一致，开关时间相同的器件进行并联；并联IGBT的结构要尽量对称紧凑，引线要尽可能短，对称分布，工作电流保持在额定电流的1/3以上；适当降额运行；选择散热器时注意确保类型相同，散热剂流量相同，温度相同；并联IGBT的温差控制在10度以内。
        图1所示为采用器件并联增大逆变器容量的示意图，开关器件两两一组，同时开通和关断，提高了各桥臂上的电流最大值，提高了逆变器的输出电流能力，逆变器的输出可以拖动电机或接入电网。采用器件串并联方式提高逆变器的功率，具有原理直观、拓扑结构简单，功率器件个数少等优点。但器件串联会带来分压不均问题，器件并联会带来均流问题，分流不均将可能导致器件损坏甚至整个逆变器崩溃，所以必须予以足够重视<3>。

        文献<3>对IGBT并联问题进行了研究，指出主电路的对称布局对并联IGBT的开关特性具有非常重要的影响，并基于三个IGBT桥臂并联，设计成功了一个输出电流可以达到1200A,容量为1.4MW的智能功率模块，如图2所示。

        1.2 模块级并联
        模块级并联的思想是将多个变频器模块进行并联，构成一个大容量的变频器，从而提高系统的容量。按照是否共用直流环节，可以分为共直流侧型和独立直流侧型。其中，共直流侧型是指所有的变频器的共用一个直流环节；独立直流侧型是指各变频器的直流环节相互间电气隔离。
        1.2.1 共直流侧型　
        文献<4>对于共直流侧型变频器的并联问题进行了研究，分析了变频器在并联运行时出现的环流问题和均流问题，如图3所示。通过对变频器进行建模分析，给出了变频器并联时的等效电路如图4所示，通过控制零序电压分量来抑制环流并实现变频器均流运行。

        1.2.2 独立直流侧型　　
        各变频器的直流侧相互独立，变频器的输出通过并联向负载供电，称为独立直流侧型变频器并联。文献<4>对独立直流侧型变频器并联技术在直驱型风力发电系统中的应用进行了研究，如图5所示。

        分析表明<5>，独立直流侧型变频器并联运行，可以从硬件拓扑上消除零序环流问题，因此只需控制好均流问题，即可实现系统稳定运行。同时，配合载波相移PWM技术还可以在低器件开关频率的情况下,提高等效开关频率www.cechina.cn,改善输出电流波形质量, 并具有易扩展、容错能力强的优点www.cechina.cn,是一种较为理想的提高变流器指标的解决方案。然而这种并联运行方式，需要独立的直流侧，因此应用场合受限。
        1.3 电流型多重化技术
        电流源型方波逆变电路的拓扑如图6所示，各逆变单元的输出采用并联形式，同电压源型方波逆变电路相比，电流源方波逆变电路具有限流能力强、短路保护可靠和负载出储能可在生等优点；其缺点在于输出方波电流的谐波含量较高。电流源型方波逆变电路可以起到扩容和抑制谐波含量的作用，其并联后的输出电流脉动更多，更接近正弦，通过选择变压器的变比可以消除指定次数的电流谐波<6>。

        电流型多重化变频器对电网污染严重，对电网电压及电机负载的变化敏感，且需要使用多组隔离变压器，加大了系统的体积和硬件成本。
        1.4 电流型多电平变频器
        由于多电平变频器具有功率容量大、开关频率低、输出谐波小、响应速度快、电磁兼容性好等特点，从而使变流器装置在增大容量的同时改善其输出性能成为可能。而超导储能技术的不断发展、高反向电压阻断能力半导体器件(如IGCT)的相继出现，将有效解决电流型变流器的效率问题，为电流型多电平变频器在某些大电流高功率场合的应用提供了优势。
        文献<7>对于电流型多电平变频器的拓扑结构和调制策略进行了研究。电流型多电平变频器的本质是用电流相互叠加产生电流阶梯，在负载上产生期望的正弦电流。文献<8>提出了一种三项组合式电流型五电平变流器，各电流源独立，如图7所示。由于无需考虑直流侧的电流均衡问题，因此控制策略简单；但是随着电流源数目的不断增加，系统的拓扑结构会更加复杂，系统的成本也会增高。

        文献<9>则提出了一种共享电流源型三相组合式电流型多电平变频器。该拓扑如图8所示，各变频器共享一个直流侧，因此结构简单，硬件成本较低，维护方便；但是需要考虑多个变频器的均流问题，因此增大了控制系统的复杂程度。
        文献<10>提出了一种三项分布式电源型五电平变频器，该拓扑由三个单相五电平变频器单元组成，如图9所示，各单元的参数保持一致；三个单相变流器单元分别对应三相输出，三个变频器单元之间通过星型负载的中线进行解耦，因此各相变频器的控制相对独立。其缺点在于需要多个独立电流源，且中线上要通过全部的负载电流，损耗较大。

        文献<10>提出了一种新型三相直接式电流型六电平电流源型变频器，通过一定的开关组合可以输出6种电流电平，如图10所示。

        电流源型变流器具有动态响应快，回馈制动方便等特点。电流源型多电平变频器在继承了电流源性变频器优点的同时，还改善了电流波形的质量，提高了电流波形的幅值，因而提高了系统的容量。但是，电流型变频器需要用大电感进行储能，而电感上的能量损耗很大，所以其运行效率较低。同时，在大电流、大电感场合，电感的成本和设计加工难度也非常高控制工程网版权所有，体积、重量很大从而降低了系统的功率密度。因此无论对于电流源型变频器，还是电流源型多电平变频器，其技术发展和改进与储能技术的密切相关。随着近些年超导储能技术的发展，相信电流源型变频器必将迎来一个新的发展期。
 参考文献
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