多电平变换器PWM调制策略

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1、第!章"多电平变换器#$%调制策略多电平变换器研究的重点内容之一是对其调制策略的研究!调制策略的优劣直接影响着多电平变换器的性能!在过去的!"多年里"研究者们对各种拓扑结构的多电平变换器调制策略开展了大量的研究工作"提出了一系列行之有效的调制方法!这些调制方法基本上都是传统的两电平变换器脉宽调制技术的扩展和引申"但由于多电平变换器本身所具有的特殊性"其所采用的调制策略也各有特点!!"#$多电平变换器%&'调制策略的分类多电平变换器的#$%调制策略种类繁多"若按采用开关频率的不同"多电平变换器调制策略可以分为基波开关频率调制#即在输出基波周期内"开关器件通断一次

2、$和高开关频率调制#即在输出基波周期内"开关器件通断多次$!其中"基波开关频率调制又可分为空间矢量控制#&'($和有选择的谐波消除技术#&)*$%而高开关频率调制则可分为空间矢量#$%#&'#$%$和多载波&#$%!多载波&#$%一般采用两种技术"即!基于载波垂直移相技术#包括#+&,#-+&#-+$%"基于载波水平移相技术##./01&.234256"#&$!多电平变换器#$%调制':(策略分类示意图如图789所示!图789;多电平变换器#$%调制策略分类示意图也有研究者对多电平变换器调制策略的分类是从多电平变换器的控制自由度考虑"通过不同的组合"得到各种不

3、同的调制策略!例如"就载波而言"多电平变换"!器的载波通常不止一个"其形状可以是常用的三角波"也可是锯齿波等"对每种载波至少有频率&相位&幅值&垂直方向的偏移量和水平方向的偏移量等多个可控制的自由度%而多电平变换器的调制波"可以是正弦波或梯形波"同样对于每种调制波形"也有频率&相位&幅值&叠加零序分量等多个参数"即自由度!若将不同控制自由度进行互相组合"会产生一些新型多电平变换器#$%调制策略"并进一步与各种多电平变换器的基本拓扑相结合"将产生数量庞大的多电平变换器#$%调制策略!!"($多电平)%&'调制策略!&'&(")#$%调制策略常规的&#$%调制策略

4、是将三角载波和正弦调制波比较且生成#$%波形"而多电平&#$%调制策略是基于多载波的正弦脉宽调制!基于多载波的&#$%调制策略的基本原理是采用几个三角载波信号和正弦参考信号"通过它们之间的比较产生开关切换信号!基于多载波的&#$%技术是多电平变换器最常用的调制策略之一"它是两电平&#$%技术在多电平变换器中的直接拓展!由于多电平变换器拓扑的复杂性和多样性"与两电平变换器相比"多电平变换器的&#$%调制策略也更具多样性"常用的主要有两种)基于载波垂直移相的&#$%和基于载波水平移相的&#$%!!&'&'"载波垂直移相)#$%多电平调制策略载波垂直移相&#$%调制

5、策略是两电平变换器&#$%方法在多电平变换器中的拓展!其基本原理是将!电平变换器的!<9个具有相同频率和相同幅值的三角载波并排放置"形成载波组"以载波组的水平中线作为参考零线"共同的正弦调制波与其相交"得到相应的开关信号!载波垂直移相&#$%多电平调制主要包括以下三种调制策略)!所有载波相位相同的#+##./01+20=>0242>5$调制策略"如图78!/所示!"所有相邻的载波相位相反的,#-+#,?41@5/42A1#./01-==>0242>5+20=>0242>5$调制策略"如图78!B所示!#正载波与负载波相位相反的#-+##./01-==>0242

6、>5+20=>0242>5$调制策略"如图78!C所示!!&'&!"载波水平移相)#$%多电平调制策略将两电平&#$%调制方法推广到多电平变换器调制策略中"便产生了基于多个三角载波信号移相的&#$%方法"即载波水平移相&#$%多电平调制策略!该""图78!;载波垂直移相&#$%多电平调制策略示意图调制策略一般应用于多单元串联变换器拓扑结构!通过对该调制策略输出阶梯波的仿真分析可知"对于!单元串联变换器"三角载波之间移相!CD!$E!"可获得最大的谐波消除效果"且可提高等效开关频率%基于此"在满足实际现场要求的情况下"可以进行有针对性的设计!例如"可以减少每个功

7、率单元的开关频率"从而减少开关损耗!为了便于调制策略之间性能上的比较"还需要在理论上对输出谐波性图787;#&调制策略示意图能进行系统的分析"这对于从本质上理解该调制策略是非常必要的!图787给出了多载波水平移相&#$%调制策略示意图!!&'&*"多载波)#$%调制策略谐波分析为了对多电平变换器#$%调制策略特性的深入了解"通常采用数字仿真的方法"通过对输出阶梯波进行快速傅里叶变换#F/04F>G@21@H@/503>@I"FFH$分析"确定相应的调制特性"但这仅仅是一种定性的分析"缺少完整的数学解释!其分析结果的准确性很大程度上依赖于数字仿真的算法&载波比的

8、取值以及研究者们的经验"因此"对于多电