级联型多电平逆变器的谐波分析及仿真研究.pdf

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第34卷第l4期继电器Vo1．34No．14582006年7月16日RELAYJu1．16，2006级联型多电平逆变器的谐波分析及仿真研究余威，江友华，张小群，龚幼民(上海大学自动化系，上海200072)摘要：利用数学推导分析了载波移相SPWM技术，对多单元级联型多电平逆变器进行了谐波分析，得到单相』＼，单元级联型多电平逆变器输出电压的傅里叶表达式，同时对各单元间载波移相角相差Ⅳ的控制方法进行了详细的数学分析，最后通过对单相三单元和四单元级联逆变器的仿真研究，得出结论并验证其正确性。关键词：多电平；载波相移；谐波；脉宽

2、调制‘中图分类号：TM714文献标识码：A文章编号：1003-4897(2006)14-0058-O4如图2建立直角坐标系，采用三角载波与调制0引言波进行比较，当调制波大于三角波时输出／2，反近年来，多电平变换器在高压和高功率场合的之亦然。开关管s、s，分别于s：、S互补。S，的调运用越来越广泛。但是在逆变电路中，输出侧产生制波为Mcos∞lt，的高次谐波会给电动机带来发热加剧、噪声等一系^▲1列问题，另外，谐波还对电子设备产生严重干扰，影+6响周边设备的正常运行。在众多拓扑结构中，H桥}一Sl]级联型多电平拓扑结构由于其多级易于实现和扩一0u展，尤为受到大家的关注

3、。因此，通过准确地数学推l_十导，分析级联型多电平逆变器的输出谐波，对多电平一S。二}逆变器的设计具有重要的意义。_L。}1级联型多电平变换器拓扑结构及载波移图2单相逆变电路及其SPWM控制相PWM技术Fig．2SinglephaseinversioncircuitanditsSPWMcontrol级联型多电平逆变器的主要问题是寻求有效的PWM调制策略，以降低输出电压的总谐波含量。图f一1一(∞t—)，一,rr<~tot

4、，单元级联可产生2N+1个电平，输出电压式中：∞。、∞分别为调制波和三角载波的角频率，M为Ⅳ个单元输出电压之和。由此通过增加一个为调制系数，即调制波和三角载波的幅值之比。。周期中的电平数，使输出电压波形更接近于正弦。为三角载波相对于Y轴的移相角。采用自然采样／法，则交点为f=一亏+Mc0。s的=++Mc。s()]／调制波为一Mc。s∞载波同s-相同。对进行傅里叶展开，可以得到图1单相级联型多电平拓扑结构Fig．1Topologystructureofsinglephase=号n。+cnc。s砌t+b．sin砌multi．cel1．．cascademulti．1eve

5、l(1)维普资讯http://www.cqvip.com余威，等级联型多电平逆变器的谐波分析及仿真研究59迓仃分o{f00=)(1)当n=1,3，5，⋯时，由于c。s()=o，则口n[sin(nz)-sin(n)](n=1，2，⋯)式(6)为=一c。s(n02)一c。s(nO)](n=1，2，⋯)2Mc。s(∞f)(7)(2)此时谐波含量为0。f口0sl2。s(∞l‘)(2)当n=2，4，6，⋯时，令k=21—1，l=1，42，3，⋯，则anSl=cos(nn[+丁Mn'fcos(∞t)】(n=1‘)=2。s()+()c。s()·=4sin()sin[+竽cos()

6、】(n=1'2，⋯)(3)【。2=l(一1)丁k-I(·)c。s(‘·[COS(nO)COS(no)t)]+同理可得的傅里叶形式为()c0s()·r。oS3一2。s(∞l)，l1r4'fMans3=c。s(加)sinn—丁n'fc。s(∞f)】(n=1，2，⋯)一【。2=1(一1)丁k-I(·)。s(·=4sin()sin【一cos()】(n=1'2，⋯)[sin(nO)sin(砌t)]=2Mcos(∞lt)+(4)()．c0s()(-1)由于U=Usl—Us3，则()[。(忍0)。(砌±)f]+=2。s(∞t)+()c。s()·()c0s(n,f)(_1)()si

7、n【c。s()】[cos(n)c。s(砌t)]+[sin(nO)sin(no)±∞1)t]取载波比为k，则上式为()cos(?)sin【(圳=2s()+()c0s()·[sin(nO~)sin(noJ~t)](5)根据贝塞尔公式(一1)丁k-I()[。(n)．in(。)：2(一1)／-I一()。(2z—1)4将式(5)展开，可以得到，这里J为n次贝塞尔cos(cn±)]+(--)‘n1r函数。。()(一1)丁k-I()．=)+耋()c0s([sin(nO)sin(ken±k)∞t](8)2f=l(-1)¨(学二)c0s(2t-1)(训·可见，输出电压U不再含有2