級聯型逆變器相移PWM的相移量與輸出諧波關系分析

摘要：闡述了相移PWM技術在級聯型逆變器中的應用，并對相移PWM中各單體逆變器的相移與級聯型逆變器輸出頻譜之間的關系進行了分析。當相移量為Ts/m時，輸出諧波頻率為原有的m倍。仿真和實驗結果證實了分析的正確性。

關鍵詞：級聯型逆變器；多電平逆變器；相移

1 引言

多電平逆變器由于可降低器件的開關應力，優化輸出波形，提高轉換效率等優點，目前在中大功率場合得到越來越廣泛的應用。多電平逆變器目前主要包括二極管嵌位型、電容嵌位型、多單元級聯型等^[1]。級聯型逆變器將多個逆變單元串聯起來，易于擴展，主要缺點是每個單元需要隔離的直流電源。為減少隔離電源數量，單元電路結構可以不完全相同。這種由不同單元串聯而成的逆變器稱為混聯型逆變器。當電源電壓不同時，可以增加輸出電平種類^[2]。串聯單元本身還可以是一個多電平逆變器，如二極管嵌位型逆變器^[3]。圖1是一個由H逆變橋和五電平逆變器串聯組成的混聯型逆變器。級聯型又可分為帶隔離直流電源和帶隔離輸出變壓器2種。分別如圖2和圖3所示。

圖1 混聯型逆變器示例

圖2 帶隔離直流電源的多重結構

圖3 帶有輸出隔離變壓器的多重結構

多電平逆變器輸出正弦波的調制方法主要有2種，一種是基于基頻的調制方法，使逆變器輸出階梯波逼近正弦波，可分為空間矢量控制和諧波選擇消除，通過合適的選擇階梯波的時間和幅度，可有選擇地減少或消除特定的開關諧波；另一種是基于高頻的調制方法，通過高頻調制，使得諧波頻率更高，更易于濾除，可分為空間矢量調制和SPWM2種方式。

多電平逆變器中隨著級數的增加，空間矢量的個數呈幾何次數增加，而數量較多的矢量可獲得更好的控制效果。SPWM很易于從兩電平方式擴展到多電平方式。多電平SPWM主要有多載波SPWM、相移SPWM和注入3次諧波提高母線電壓利用率法。多載波SPWM將多個相鄰三角波與正

弦參考信號進行比較得到控制脈沖，適用于二極管嵌位和級聯型逆變器。相移SPWM技術適用于級聯型逆變器^[4][5][6]，通過將相位不同的載波信號與正弦參考信號比較得到觸發脈沖。圖4顯示了一個三重級聯型逆變器相移SPWM產生原理。相移SPWM可以提高輸出波形中含有的諧波頻率，從而使之更易于濾除。本文分析了各單體逆變器之間的相移與輸出頻譜之間的關系，并通過仿真和實驗驗證了分析結果。

圖4 三重級聯型逆變器相移SPWM產生原理圖