基于同倫算法的逆變電源特定消諧法的研究

0 引 言
隨著逆變器的大量應(yīng)用，逆變器產(chǎn)生的諧波會(huì)給電網(wǎng)、電器設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)等帶來嚴(yán)重危害，這使得消諧逆變器的研究越來越重要。同時(shí)為滿足高壓大功率應(yīng)用領(lǐng)域的需要，采用主電路為級(jí)聯(lián)多電平逆變器，實(shí)現(xiàn)波形的多重移相疊加。特定諧波消除(SHEPWM)方法。能使逆變器開關(guān)頻率降低，消除特定低次諧波，減少電流脈動(dòng)，輸出波質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，因此對(duì)SHE技術(shù)的研究具有明顯的理論意義和廣闊的工程開發(fā)前景。
由于消諧PWM逆變器的數(shù)學(xué)模型為非線性超越方程組，該方程中有三角函數(shù)，并且是超越方程，存在多組解。通常采用牛頓法求解該模型，但由于牛頓法的局部收斂性質(zhì)，需要找到與準(zhǔn)確值較為接近的初值，否則迭代不收斂，這比較困難，且不利于在線計(jì)算，而同倫算法求解該模型可有效地克服上述缺點(diǎn)

l 級(jí)聯(lián)多電平逆變器結(jié)構(gòu)與控制設(shè)計(jì)
1．1 級(jí)聯(lián)多電平逆變器結(jié)構(gòu)
圖1顯示主電路為級(jí)聯(lián)多電平逆變器的單相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)逆變器模塊結(jié)構(gòu)相同，通過一個(gè)單相全橋逆變器表示。級(jí)聯(lián)多電平逆變器的結(jié)構(gòu)允許每個(gè)模塊的分離控制，模塊的數(shù)量與要求的電壓源的數(shù)量是相等的。電平數(shù)NL和模塊數(shù)M的關(guān)系公式為：

模塊數(shù)即單相H橋逆變器的個(gè)數(shù)，它們串聯(lián)連接產(chǎn)生一個(gè)多電平的輸出電壓；總輸出電壓與每個(gè)模塊的輸出電壓之和相等。即為：

式中：VMm為第m個(gè)模塊的輸出電壓。
每個(gè)模塊有它自己的直流電壓(VDC)和4個(gè)開關(guān)裝置，如第m個(gè)模塊的開關(guān)裝置是S1m，S2m，S3m和S4m，(表1中開為“1”，關(guān)為“0”)。如圖2所示每個(gè)模塊能產(chǎn)生一個(gè)三電平輸出：+VDC，0，-VDC。通過這4個(gè)開關(guān)裝置能有順序地將直流電壓到交流邊。如表1所示輸出電壓與一個(gè)五電平模塊結(jié)構(gòu)多電平逆變器的功率裝置的開關(guān)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。因?yàn)?個(gè)輸出電壓包括5個(gè)電平+2VDC，+VDC，0，-VDC，-2VDC，需要的模塊數(shù)是2。

1．2 控制設(shè)計(jì)
表2所示是一個(gè)五電平的級(jí)聯(lián)多電平逆變器控制設(shè)計(jì)。假設(shè)級(jí)聯(lián)多電平逆變器的每個(gè)模塊的直流電壓VDC=20 V，如表2中的描述知級(jí)聯(lián)多電平逆變器的操作大部分取決于模塊1，只有當(dāng)q>0.5時(shí)，模塊2才參與運(yùn)行。盡管在五電平級(jí)聯(lián)多電平逆變器中需要8個(gè)功率裝置，這8個(gè)裝置并不全被利用，此種情況減少了功率裝置的電壓應(yīng)力。對(duì)于如圖2所示的單相逆變器，基波幅值q最大值為1.0，再大將導(dǎo)致一些迭代法(如牛頓迭代法)無法收斂。