一種改進型級聯H 橋型變流器的調制策略研究

　　5 實驗分析驗證

　　實驗中采用F28335 浮點型DSP 芯片作為控制器，開關器件選擇IGBT，開關頻率5 kHz。帶對稱三相阻感性負載，其中電感為1 mH，電阻為50 Ω。兩級直流母線電壓設置為100 V 和120 V。
　　圖3a 示出當直流電壓不平衡時，采用傳統CPS鄄SPWM 調制算法，不考慮直流電壓影響時變流器a 相輸出電壓諧波。可見最低次開關頻率的諧波出現在10 kHz 附近，且幅值與20 kHz 諧波相差不大；而由傳統CPS鄄SPWM 的理論分析和實驗結果可知，此時最低次開關頻率的諧波應出現在20 kHz 處，由此可見直流電壓的不平衡會導致變流器輸出特性變差，且諧波出現的位置等信息也與理論分析吻合。

圖3 實驗波形

　　圖3b 示出采用所提考慮直流側電壓不平衡時的調制算法后變流器a 相電壓波形。可見線電壓呈階梯型PWM 波，周期為0.02 s，與給定相同，臺階之間存在交疊的部分， 反映出各級直流電壓存在不平衡。圖3c 示出變流器輸出的三相電流波形，可見三相電流正弦度很高，相位互差120°，周期為0.02 s，這表明應用所提調制方法，變流器的運行特性良好。

　　圖3d 示出應用所提改進型調制算法后，a 相電壓的頻譜特性。對比圖3a 可見，該調制算法大幅削減了低次開關頻率倍數的諧波含量， 特別是10 kHz頻率處的諧波有明顯改善， 弱化了開關頻率與基波頻率的纏繞度，減輕了濾波器的設計難度。

　　6 結論

　　針對直流側電壓不平衡時五電平級聯H 橋型變流器的工作特性進行脈沖建模分析， 提出了每級H 橋單元左右臂脈沖凈面積的概念， 并由此建立了能夠反映整個變流器輸出特性的數學模型。由于該模型是關于脈沖凈面積的函數， 所以可用來制訂和優化級聯H 橋型變流器在特定工況下的調制方法。

　　通過對模型的分析， 給出了消除開關頻率奇次倍諧波的條件， 以及在直流側電壓不平衡時削減偶數次開關頻率諧波的調制方法。實驗表明，提出的模型分析方法正確、可行， 與實際情況吻合， 繼承了傳統CPS鄄SPWM 在直流側電壓相同時良好的諧波特性等指標， 同時實現了在直流側電壓不平衡時最大程度消除系統諧波，提高系統效率等優勢，并具有較高的可行性和可靠性。因此該方法應用前景良好，可廣泛應用于大容量新能源發電、電力牽引等場合。