改进型PWM调制多电平逆变器研究 贾贵玺1, 周 迪1, 张 方2 (1.天津大学电气与自动化工程学院, 天津 300072;
2.广东湛江师范学院, 湛江 524 000)
摘
要: 针对带独立直流源的级联型多电平逆变器各逆变单元间应力分配不均衡提出了一种新的调制 方法。通过控制各逆变单元开关的导通顺序和导通时间改善各逆变单元间应力分配不均衡， 使整个逆变器工作更稳定。对于N电平的级联型逆变器，提出了分组循环思想，解决传 统的循环控制策略过于复杂而难于实现的问题。相应的仿真及实验结果验证了所提出的控制 策略。
关键词: 级联型逆变器; SPWM; 应力不平衡; 循环阶梯波调制
Research for Multilevel Inverter with an Improved PWM M ethod JIA Guixi1, ZHOU Di1, ZHANG Fang2 (1.Department of Electrical and Automatic Engineering,Tianjin University,
Tianjin 300072, China;
2.Zhanjiang Normal School, Zhanjiang 524000, China)
Abstract: A novel modulation method for cascaded multicell inverter with separated dc sour ces is presented in this paper to balance the unequal power distribution among d ifferent invert cells.Controlling the sequence and working time of the switching status of every invert cell is an easy way to avoid unbalanced power distributi on among invert cells,so that the whole system can work more stably in general.F or Nlevel inverter,an controlling idea of grouping and cycling among every inverting cell is also developed.Simulation results are presented to verify the effectiveness of the proposed control strategy.
Key words: cascaded multicell inverter; SPWM; unequal power distribution; recycling step modulation
1引言
在电气应用领域，电网通常提供定频的交流电压，为了满足启动负荷和其他情况的需要，电 机的额定功率通常选用高于实际运行的功率。这样，定频状况下运行势必造成大量的能源浪 费，据测算在风扇及泵类的系统中功率损耗占到总损耗的40%。如果电机能按照变化的负载 的需要提供相应的能量，将大大降低能源的浪费。变频调速可以实现按负载需求来调整电机 转速，使电机按负载需求供给能量。在低压应用领域，功率半导体器件的发展能很好地满足 变频调速的要求，但在中高压领域，由于功率半导体器件的电压耐量及开关频率的限制，目 前单一的半导体器件难于实现对电网电压的调频。
为了实现中高压领域的变频调压，多电平变频器/逆变器的拓扑结构［3］自1975年被 首次提出，最先提出来的是带独立直流源的级联型的多电平逆变器，尔后二极管嵌位型多电 平逆变器和飞跨电容型多电平逆变器的拓扑结构相继被提出。这3种多电平逆变器的拓扑结 构如图1、2、3所示。
多电平逆变器本质上是用一系列的阶梯波来合成正弦波输出。用来合成正弦波的阶梯波 数目越多，合成的波形越逼近正弦，但将使整个系统复杂，造价昂贵，控制上也难于实现。 脉宽调制（PWM）方法在上述的3种拓扑结构中广泛采用，实现变频调压。
2PWM理论
采样控制理论中具有相同冲量的形状不同的任意窄脉冲对于惯性环节的作用效果是相同 的。这一结论是PWM理论的基础［2］。
根据该结论，电压型多电平逆变器的输出电压波形可以改变为一系列的方波脉冲来合成正弦 波。而控制功率半导体器件的开关可以很方便地输出一系列的方波脉冲，通过改变方波脉冲 的宽度和周期完成变频调压。通常三角波形用做载波来实现PWM，SPWM易于理解而被广 泛采用。 3 级联型逆变器的新型调制策略