多電平逆變器載波PWM控制方法的仿真研究

3 開關(guān)頻率優(yōu)化PWM（Switch frequencyo ptimal—SFOPWM）

3.1 SFOPWM法的原理^[4]

開關(guān)頻率優(yōu)化PWM法^[2]是另一種三角載波PWM方法，這種方法與SHPWM法類似，它們的載波要求相同，但SFOPWM的正弦調(diào)制波中注入了零序分量，對(duì)于一個(gè)三相系統(tǒng)，這個(gè)零序分量是三相正弦波瞬態(tài)最大最小值的平均值。所以SFOPWM法的調(diào)制波是通常的三相正弦波減去零序分量后所得到的波形，零序分量和三相調(diào)制波的計(jì)算公式如下：

V_zero=(3)

V_a^＊=V_a－V_zero(4)

V_b^＊=V_b－V_zero(5)

V_c^＊=V_c－V_zero(6)

該方法只可用于三相系統(tǒng)，因?yàn)樽⑷氲牧阈蚍至吭趩蜗嘞到y(tǒng)系統(tǒng)中無法相互抵消，從而在輸出波形中存在三次諧波，而在三相系統(tǒng)中就不存在這種情況，這一點(diǎn)將在后面的仿真結(jié)果中清晰體現(xiàn)。

3.2 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。由圖可見，在這種PWM方法的輸出相電壓中，諧波能量主要分布在載波頻率處，同時(shí)，由于調(diào)制波中零序分量的注入，所以在輸出相電壓中存在明顯的三次諧波，這個(gè)諧波在三相系統(tǒng)的線電壓中將相互抵消，最終得到的輸出相電壓和線電壓的THD分別為36.26％，14.40％。可見該P(yáng)WM方法輸出線電壓的THD與PD型的SHPWM方法接近，而其最顯著的優(yōu)點(diǎn)在于，輸出電壓的電壓調(diào)制比可以達(dá)到1.15，所以這種方法最適合希望高電壓利用率的三相電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。

(a)載波和調(diào)制波波形

（b）相電壓波形

（c）相電壓頻譜

（d）線電壓波形

（e）線電壓頻譜

圖7 SFOPWM法的仿真結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

從上述對(duì)幾種典型的多電平載波PWM方法的原理和仿真結(jié)果的分析可以看出，它們各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，并且這些方法都源自于多電平逆變器PWM方法中，不同控制自由度的組合，由于多電平逆變器控制自由度的增加，其相應(yīng)的PWM方法的數(shù)量將十分巨大。具體而言，在載波方面，多電平逆變器的載波往往不只一個(gè)，它的形狀可以是通常的三角波，也可以是鋸齒波等其它波形，對(duì)于同一種波形，每個(gè)載波至少有頻率，幅值，相位，偏移量等多個(gè)自由度；而多電平的調(diào)制波，不僅可以是正弦波，也可以是梯形波，對(duì)同一種波形至少有頻率，幅值，疊加零序分量等多個(gè)自由度。以上這些控制自由度之間的組合，并進(jìn)一步地與各種多電平逆變器的基本拓?fù)湎嘟Y(jié)合，將產(chǎn)生數(shù)量龐大的多電平PWM控制方法。