近年来，全面推广可再生能源并网发电已成为我国能源转型和实现“双碳”目标的重要技术手段。脉冲宽度调制（PWM）的逆变器在新能源并网中能可靠实现与外部电网之间可控的能量交换。然而，受限于开关器件功率、温度阈值的影响，单台逆变器可提供的功率有限，难以应用于有大容量要求的并网系统或大电源系统中，多台逆变器并联运行成为增加系统容量、提高功率等级的一种主要措施。

多逆变器并联系统具有高功率、高灵活性和高可靠性等优势，但其稳定性往往面临着更严峻的挑战。多机系统中任意一台逆变器的功率扰动都有可能影响整个系统，加之每台逆变器的LCL滤波器固有的谐振尖峰，多机并联系统更容易出现谐振失稳问题。与此同时，共交直流母线的多逆变器并联系统会产生零序环流问题，一方面会增加器件应力从而造成额外的损耗且引发保护误动作；另一方面引起输出电流畸变进而威胁并联系统的稳定性。

中点钳位（NPC）型三电平逆变器由于开关管数与输出电平数增加，其环流路径和环流成分相较两电平逆变器更为复杂，加之其固有的中点电位不平衡问题，NPC逆变器并联系统的环流抑制更具挑战性，有必要采取综合软件和硬件措施加以抑制。现有文献大多从软件控制策略上研究和改进零序环流的抑制措施，以追求控制效果和算法复杂度的兼顾平衡，而对于硬件措施的使用，沿袭传统方案来抑制相应类别的零序环流是常见的选择，少有研究去完善优化传统的硬件措施。

针对中点钳位型三电平逆变器并联系统内普遍存在的零序环流问题，武汉大学、武汉纺织大学的徐畅、宫金武、张国琴等学者，在分析环流回路的基础上，建立环流的数学模型并借助开关函数对环流进行分类，使用傅里叶分解对环流进行了量化分析，针对不同类别的零序环流，提出对应的抑制方法来控制多逆变器并联系统中的零序环流，同时优化了传统改进型LCL的连接方式，形成载波移相控制下的模块共用电容方案。

图1 三电平模块化逆变器系统

他们指出，针对模块化NPC三电平逆变器并联系统中更为复杂的零序环流，需要综合采用所提的硬件和软件措施以更有效可靠地抑制零序环流。此外，与传统改进型LCL相比，载波移相控制下模块共用滤波电容方案在保持原有的零序环流抑制效果的同时，实现了奇数次开关频率纹波分量转移与抵消，使连接电缆上的高频纹波减小近50%。

图2 模块化NPC三电平逆变器并联系统样机

研究者表示，载波移相控制下的模块共享滤波电容方案节省了电容元件的消耗，降低了元件线路的电流应力与发热损耗，为样机的高功率密度设计提供了可能。

本工作成果发表在2023年《电工技术学报》增刊1，论文标题为“中点钳位型三电平逆变器并联系统的零序环流抑制策略”。本课题得到国防科工局稳定支持项目和国家自然科学基金的支持。