級聯(lián)型逆變器相移PWM的相移量與輸出諧波關(guān)系分析

摘要：闡述了相移PWM技術(shù)在級聯(lián)型逆變器中的應(yīng)用，并對相移PWM中各單體逆變器的相移與級聯(lián)型逆變器輸出頻譜之間的關(guān)系進(jìn)行了分析。當(dāng)相移量為Ts/m時，輸出諧波頻率為原有的m倍。仿真和實驗結(jié)果證實了分析的正確性。

關(guān)鍵詞：級聯(lián)型逆變器；多電平逆變器；相移

1 引言

多電平逆變器由于可降低器件的開關(guān)應(yīng)力，優(yōu)化輸出波形，提高轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點，目前在中大功率場合得到越來越廣泛的應(yīng)用。多電平逆變器目前主要包括二極管嵌位型、電容嵌位型、多單元級聯(lián)型等^[1]。級聯(lián)型逆變器將多個逆變單元串聯(lián)起來，易于擴展，主要缺點是每個單元需要隔離的直流電源。為減少隔離電源數(shù)量，單元電路結(jié)構(gòu)可以不完全相同。這種由不同單元串聯(lián)而成的逆變器稱為混聯(lián)型逆變器。當(dāng)電源電壓不同時，可以增加輸出電平種類^[2]。串聯(lián)單元本身還可以是一個多電平逆變器，如二極管嵌位型逆變器^[3]。圖1是一個由H逆變橋和五電平逆變器串聯(lián)組成的混聯(lián)型逆變器。級聯(lián)型又可分為帶隔離直流電源和帶隔離輸出變壓器2種。分別如圖2和圖3所示。

圖1 混聯(lián)型逆變器示例

圖2 帶隔離直流電源的多重結(jié)構(gòu)

圖3 帶有輸出隔離變壓器的多重結(jié)構(gòu)

多電平逆變器輸出正弦波的調(diào)制方法主要有2種，一種是基于基頻的調(diào)制方法，使逆變器輸出階梯波逼近正弦波，可分為空間矢量控制和諧波選擇消除，通過合適的選擇階梯波的時間和幅度，可有選擇地減少或消除特定的開關(guān)諧波；另一種是基于高頻的調(diào)制方法，通過高頻調(diào)制，使得諧波頻率更高，更易于濾除，可分為空間矢量調(diào)制和SPWM2種方式。

多電平逆變器中隨著級數(shù)的增加，空間矢量的個數(shù)呈幾何次數(shù)增加，而數(shù)量較多的矢量可獲得更好的控制效果。SPWM很易于從兩電平方式擴展到多電平方式。多電平SPWM主要有多載波SPWM、相移SPWM和注入3次諧波提高母線電壓利用率法。多載波SPWM將多個相鄰三角波與正

弦參考信號進(jìn)行比較得到控制脈沖，適用于二極管嵌位和級聯(lián)型逆變器。相移SPWM技術(shù)適用于級聯(lián)型逆變器^[4][5][6]，通過將相位不同的載波信號與正弦參考信號比較得到觸發(fā)脈沖。圖4顯示了一個三重級聯(lián)型逆變器相移SPWM產(chǎn)生原理。相移SPWM可以提高輸出波形中含有的諧波頻率，從而使之更易于濾除。本文分析了各單體逆變器之間的相移與輸出頻譜之間的關(guān)系，并通過仿真和實驗驗證了分析結(jié)果。

圖4 三重級聯(lián)型逆變器相移SPWM產(chǎn)生原理圖