第3章多电平变换器PWM调制策略1

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1、第3章多电平变换器PWM调制策略对多电平变换器调制策略进行研究是多电平变换器研究的重点内容z•。调制策略的优劣肓接影响着多电平变换器的性能。在过去的20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进行了人量的研究工作，提出了一系列行之侑效的调制方法。这些调制方法基木上都是传统的两电平变换器脉宽调制技术的扩展和引屮，但山于多电平变换器木身所貝有的特殊性，其所采用的调制策略也各有特点。3.1多电平变换器PWM调制策略的分类多电平变换器的PWM技术种类繁多，若按采川开关频率的不同，多电平变换器调制策略可以分为基波开关频率调

2、制（即在输出基波周期内，开关器件通断一次）和高开关频率调制（即在输出基波周期內，开关器件通断多次）。其中，基波开关频率调制又对分为空间矢最控制（SVC）和有-选择的谐波消除技术（SHEPWM）；而高开关频率调制则可分为空间矢量PWM（SVPWM）和多载波SPWMo多载波SPWM—般采用两种技术，即①基于载波垂直分布技术（包括PD、APOD、POD）；②基于载波水平移和技术。多电平变换器PWM调制策略分类示意图如图3-1所示。图3-1多电平变换器PWM调制策略分类示懣图也有研究者对多电平变换器控制策略的分类是从多电平变换器的控

3、制口由度考虑，通过不同的组合，得到各种不同的调制策略。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町调节控制的参数，将这些参数称之为自由度；而多电平变换器的调制波,可以是正弦波或梯形波，同样对于侮种调制波形，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,必将产生一些新型多电平变换器PWM调制策略，再将上述控制白由度之间的纟R合，并进一步与各种多电平变换器的基本拓

4、扑相结合，将产生数量庞大的多电平变换器PWM调制策略［84］03.2多电平SPWM调制策略3.2.1SPWM调制策略常规的正弦脉宽调制(SPWM)是将三角载波和正弦调制波比较「L生成PWM波形，而多电平SPWM是基于多载波的正弦脉宽调制(SPWM)。某于多载波的SPWM调制策略的基木原理是使用几个三介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［陶［86］。基于多载波的SPWM技术是多电平变换器最常用的调制策略之一，它是两电平SPWM技术在多电平变换器中的直接拓展。山于多电平变换器拓扑的复杂性和多样性，与两电变

5、换器相比，多电平变换器的SPWM调制方法也更具多样性，常用的主要有两种：基于载波垂直移相SPWM方法和基于载波水平移相SPWM方法(CarrierPhase-Shifted,PS)。3.2.2载波垂直分布多电平调制策略载波垂直分布多电平调制方法是两电平变换器SPWM方法在多电平变换器中的拓展。基于载波垂肓分布技术的调制策略［阿陋］的基木原理是在N电平变换器，NT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，得到和应的开关信号。载波垂直分布多电平调制主要包括以

6、下三种调制策略：1)所有载波相位相同的PD(PhaseDisposition)调制策略,如图3・2a)所示。2)所有相邻的载波相位相反的APOD(AlternativePhaseOppositionDisposition)调制策略,如图3・2b)所示。3)正载波与负载波相位相反的POD(PhaseOppositionDisposition)调制策略，如图3・2c)所示。b)APOD调制c)POD调制图3・2载波垂苴分布多电半SPWM调制策略示意图将两电平SPWM调制方法推广到多电平逆变器调制策略屮，便产牛了基于多个三角载波信

7、号移相的SPWM方法阿【90］。这种方法一般应用于多单元串联变换器拓扑结构。通过对该方法输出阶梯波的仿真分析，可知，对于W单元串联变换器，三角载波Z间移相久=2加N,可获得最人的谐波消除效果，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，述需要在理论上对•输出谐波性能进行系统的分析,这对于从本质上理解该调制策略是非常必要的。基于载波水平移相SPWM调制策略（即PS调制策略）如图3・3所示。3.2.4多

8、载波SPWM调制策略谐波分析为了获得对多电平变换器PWM调制策略特性的深入了解，大多采用数字仿真的方法，通过对输出的阶梯波进行FFT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、载波比的取值以及研究者们的经验，因此