江蘇大學(xué)現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)技術(shù)論文-多電平逆變器的工作原理和控制、仿真-預(yù)覽頁(yè)
【正文】 的矢量合成為一個(gè)希望的電壓矢量 V*＝ ( TjVj＋ Tj+1Vj+1＋ Tj+2 Vj+2)/T ?????（ 1）空間矢量 PWM 方式通常具有下述特點(diǎn)：充分利用直流側(cè)電壓，電流紋波小，應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理器（ DSP）使硬件實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)比較容易。 6 選擇性諧波消除法 圖 5示出一個(gè)由（ 2m+1）階電平逆變器合成的、通用的四分之一波對(duì)稱階梯電壓波形，其中 m 是開關(guān)角的數(shù)目。通常，通過適當(dāng)?shù)剡x擇不同電平逆變器中的開關(guān)角，就可以消除掉影響最顯著的低頻諧波，而高頻諧波分量則可以通過附加的濾波電路很容易地濾除。例如，在一個(gè)七電平等階梯波形中，它的調(diào)制因數(shù)只在~ 范圍內(nèi)是可用的。它示出了用不同的調(diào)制因數(shù)水 平的七電平階梯波形的正半周波形。通常，一個(gè)含有 m 個(gè)開關(guān)角的階梯波可以被分成 m 級(jí)調(diào)制因數(shù)。這種控制策略，稱為空間矢量控 8 制（ SVC），它工作于低的開關(guān)頻率，并且在每一個(gè)開關(guān)期間不會(huì)產(chǎn)生預(yù)期負(fù)載電壓的平均值，這和空間矢量調(diào)制（ S V M）的原理是一樣的。圖 7 中帶陰影的六角形表示最大接近度的邊界，意為當(dāng)參考電壓 Vref 處于這一區(qū)域時(shí)，矢量 Vc 必須被選取，因?yàn)樗罱咏搮⒖贾?。在電平?shù)較多時(shí)，這種方式既簡(jiǎn)單又具有吸引力。特別需要提出的是， ABB 公司已出售用 DTC 控制的中壓三電平二極管箝位逆變器產(chǎn)品。該文指出二極管箝位多電平逆變器在不犧牲輸出電壓性能的情況下，用于有功功率變換不可能平衡電壓。最近，我們進(jìn)一步拓展了二極管箝位多電平整流 /逆變系統(tǒng)的電壓平衡理論。該多電平變流器用最簡(jiǎn)單的基頻開關(guān)控制法，通過這種控制，我們可以在每個(gè)周期內(nèi)得到一個(gè)五電平的階梯波。當(dāng)變流器分別輸出 V2， V3 或 V4 電平時(shí)，線電流將分別流入或從內(nèi)部電平 V2， V3 或 V4 流出。電平 V3 將保持穩(wěn)定，因?yàn)榱魅胨钠骄娏鳛榱?。在背?duì)背結(jié)構(gòu)中，由于系統(tǒng)的對(duì)稱性，兩側(cè)的電壓不平衡趨勢(shì)可以互相補(bǔ)償，只要控制合理，可以使流入每一個(gè)電平的純電流為零。 VR 和 VR1 是輸出電壓的階梯波電壓波形及其基波分量。另一方面，電壓基波可以從圖 12 得到，并表示成開關(guān)角和直流鏈電壓的函數(shù)： 從式（ 6）和式（ 7）中消去電流（ IR1 和 II1），我們可以得到平衡功率和電荷的下列 4 個(gè)開關(guān)角的限制條件： 除此之外，最佳開關(guān)角可以由最低總諧波畸變或 最低的 5 次、 7 次諧波分量求得，也就是說： 12 其中，每個(gè)諧波成分可以從圖 12 得到，并通過傅立葉級(jí)數(shù)形式表示為開關(guān)角和直流鏈電壓的函數(shù)。圖 14 示出每個(gè)電平的電壓波形的仿真結(jié)果。 圖 15 示出各個(gè)電平的實(shí)驗(yàn)電壓波形，其縱軸坐標(biāo)為 0~800 V。圖 17 所示的是提出的脈寬調(diào)制策略的電壓波形。整流器的調(diào)制指數(shù)設(shè)定為 ，逆變器的調(diào)制指數(shù)在 ~ 之間變化。另一方面，由于每相臂由各自的浮空的電容器提供各自的相電流，電壓平衡和電壓紋波問題則變得十分棘手。與傳統(tǒng)的用于串聯(lián)、并聯(lián)補(bǔ)償電力調(diào)節(jié)的 PWM 逆變器相比，級(jí)聯(lián)多電平逆變器成本低、性能 14 好、電磁 干擾（ EMI）小和效率高。 PWM控制方法的仿真 消諧波 PWM 法（ Subharmonics PWM—— SHPWM） 多電平逆變器基于載波的 PWM控制方 法是兩電平 PWM方法在多電平中的擴(kuò)展，它們的原理都是電路的每相使用一個(gè)正弦調(diào)制波與幾個(gè)三角載波進(jìn)行比較。對(duì)于一個(gè) N電平的變換器，調(diào)制度 ma和載波比 mf定義如下： ma= （ 1） mf= （ 2） 15 SHPWM原理 SHPWM 法仿真結(jié)果和分析 根據(jù)三角載波的相位的不同， SHPWM可分為三種典型的情況： 1）所有載波具有相同相位（ PD 型）； 2）所有位于零基準(zhǔn)以上的載波同相位，所有位于零基準(zhǔn)以 下的載波具有相反相位（ POD型）； 3）所有載波自上而下，交替反相和同相 (APOD型 )。在三相系統(tǒng)的輸出線電壓中，由于各個(gè)三角載波同相位，因此載波處的諧波相互抵消，使線電壓的 THD降低為 ％。從上面的三種多電平消諧波 PWM法的仿真結(jié)果，可以看出，對(duì)于輸出相電壓，三種方法的 THD相差不大，但對(duì)于輸出線電壓， PD型系統(tǒng)的 THD最小，具有明顯的優(yōu)勢(shì)， 實(shí)際應(yīng)用中也最常被采用，從這個(gè)角度來說，在三相系統(tǒng)中 PD型系統(tǒng)是最優(yōu)的。 SFOPWM 法的仿真結(jié)果和分析 對(duì)上述給出的開關(guān)頻率最優(yōu) PWM法（ SFOPWM），按照消諧波 PWM法 PD型系統(tǒng)安排載波波形，其它仿真參數(shù)完全相同，所得仿真波形如圖 7所示。當(dāng)前工業(yè)應(yīng)用的普遍做法，是在每個(gè)單元采用傳統(tǒng)的載波正弦脈寬調(diào)制方式，并用 3 次諧波注入技術(shù)來提高輸出電壓，用移相技術(shù)提高等效開關(guān)頻率，特別適合應(yīng)用高壓大功率器件的場(chǎng)合。對(duì)電壓不平衡問題的分析表明，二極管箝位多電平逆變器使用于不存在電壓平衡問題的無功和諧波補(bǔ)償中，而電容箝位多電平變流器用于逆變器時(shí)，電壓平衡問題就變得十分復(fù)雜。通過利用變量同步響應(yīng)外部變化可以很好的防止
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