一種改進(jìn)型級聯(lián)H 橋型變流器的調(diào)制策略研究

　　在對五電平級聯(lián)H 橋單元調(diào)制策略的調(diào)整過程中應(yīng)關(guān)注式（3）所示的第2 部分，各次諧波系數(shù)的典型特征是受多個變量影響， 且包含正余弦等三角函數(shù)，隨諧波次數(shù)的增加，諧波幅值顯著減小，因此應(yīng)著重關(guān)注低次諧波的系數(shù)。當(dāng)左右橋臂PNA 之和為2π 時，任意奇數(shù)次的諧波系數(shù)均為零。因此開關(guān)頻率的諧波主要集中在了開關(guān)頻率的偶數(shù)倍處。以2 次開關(guān)頻率的諧波為例， 此時第1 級和第2 級輸出波形中含有的2 次開關(guān)頻率的諧波分別為：

　　根據(jù)左右臂PNA 的概念，結(jié)合式（4），優(yōu)化目標(biāo)為使2 次開關(guān)頻率諧波的有效值最小，實際上是對兩級H 橋單元各自輸出的2 次開關(guān)頻率的諧波進(jìn)行匹配和互相抵消的過程。兩級H 橋單元合成的2 次開關(guān)頻率的諧波為：

　　由式（5）可得直流電壓和參考電壓幅值不同時的曲線組，如圖2 所示。圖2a 中，直流電壓從內(nèi)相位依次增大，當(dāng)直流電壓增大時，2 次開關(guān)頻率諧波系數(shù)在一個周期內(nèi)顯著變大， 且在整個周期內(nèi)正負(fù)幅值對稱。圖2b 中，參考電壓幅值由內(nèi)向外依次降低，即隨參考電壓的增加，2 次開關(guān)頻率諧波系數(shù)降低。

圖2 諧波系數(shù)曲線族

　　根據(jù)圖2， 通過調(diào)整各H 橋單元的參考電壓幅值， 從而實現(xiàn)兩組H 橋單元的2 次諧波曲線近似抵消，此時選取式（4）中φ1與φ2相差π/2，代入式（5）可知，實現(xiàn)2 次開關(guān)頻率諧波抵消即期望下式成立。

　　由圖2 可知，式（6）若在ω1t1=π/2 處成立，則兩級H 橋單元輸出的2 次諧波可實現(xiàn)最大程度的相互抵消，由此可得：

　　式（7）的計算中雖含有正弦和反正弦函數(shù)，但可通過查表法解決， 因此在實際應(yīng)用中所占運算量很小，耗費資源少。對于其他偶數(shù)次開關(guān)頻率的諧波特性的推導(dǎo)與2 次開關(guān)頻率諧波特性的推導(dǎo)過程類似。因此在五電平級聯(lián)H 橋單元中，采用所述的數(shù)學(xué)建模方法和模型表達(dá)式可清晰闡述整個變流器的輸出特性。直流電壓不平衡時，五電平級聯(lián)H 橋型變流器的諧波特性會發(fā)生惡化， 采用傳統(tǒng)的CPS鄄SPWM 等調(diào)制方法在諧波特性方面尚未做到最優(yōu)，應(yīng)用所提相關(guān)調(diào)制策略對傳統(tǒng)CPS鄄SPWM 調(diào)制算法進(jìn)行優(yōu)化， 可進(jìn)一步降低偶次倍開關(guān)頻率的諧波含量，整個變流器的諧波特性得到更好的改善。