中點(diǎn)箝位型三電平變換器SFOPWM方法的研究

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二極管中點(diǎn)箝位型三電平變換器[1]如圖1所示。由于二極管的箝位，這種變換器中每個功率開關(guān)管承受的最大電壓為直流側(cè)電壓的一半，從而降低了開關(guān)過程的dv/dt，因此可以用低本錢的低壓器件實現(xiàn)中高容量的變換；另外，由于輸出電壓有三種電平，其諧波水平明顯低于二電平變換器，因此可以簡化輸出濾波器的設(shè)計和降低EMI問題；最終這種變換器在實現(xiàn)中高容量的變換時沒有工頻變壓器，節(jié)約了裝置的體積，提高了系統(tǒng)的效率。因此，這種結(jié)構(gòu)的變換器在高電壓大功率的變頻調(diào)速、有源電力濾波裝置、高壓直流〔HVDC〕輸電系統(tǒng)和電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)确矫嬗兄鴱V泛的應(yīng)用前景。

本文從掌握自由度的角度介紹了SFOPWM方法，這種方法由于在正弦調(diào)制波中注入零序三次重量，從而使電壓利用率提高到1.15；另外，合理選擇載波同調(diào)制波之間的相移可以削減開關(guān)次數(shù)。最終用MATLAB的SIMULINK工具仿真討論了SFOPWM的特性，試驗結(jié)果驗證了SFOPWM方法的特點(diǎn)。

圖1

2SFOPWM技術(shù)

三電平逆變器載波技術(shù)，來源于兩電平的SPWM技術(shù)，但是，由于三電平逆變器特別的結(jié)構(gòu)，三電平的載波技術(shù)又不同于兩電平的載波技術(shù)。三電平逆變器中的開關(guān)管多，因此三電平逆變器的載波和調(diào)制波都可能不止一個，而且每一個載波和調(diào)制波都有多個掌握自由度；這些載波和調(diào)制波的掌握自由度至少有頻率、幅值和調(diào)制波和載波之間的.偏移量等。這些自由度的不同組合，將會產(chǎn)生多種載波PWM技術(shù)。其中最具代表性的有3種:分諧波PWM、開關(guān)頻率優(yōu)化PWM、三角載波移相PWM。而中點(diǎn)箝位型中最常常用到的就是分諧波PWM、開關(guān)頻率優(yōu)化PWM。開關(guān)頻率最優(yōu)化PWM方法由于其電壓利用率高，開關(guān)頻率優(yōu)化等緣由而得到了實際的應(yīng)用。

三電平分諧波PWM方法是兩電平正弦波調(diào)制在多電平領(lǐng)域的一個擴(kuò)展。載波是n個具有同相位、同頻率fc、相同的峰峰值A(chǔ)c，且對稱分布的三角波，參考信號是一個峰峰值為Am，頻率為fm正弦信號。在三角載波和正弦波相交的時刻，假如正弦波的值大于載波的值，則開通相應(yīng)的開關(guān)器件，否則相反。開關(guān)頻率最優(yōu)化的方法是由Steinke[2]提出的。這種方法是在分諧波基礎(chǔ)之上增加了一個注入諧波的自由度而來的。它注入的是零序重量vzero和調(diào)制波的表達(dá)式如式〔1〕—式〔4〕所示：

式中：va=masin(2πfm＋Φ)；

ma為幅度調(diào)制比。

這種方法的原理如圖2所示。這種掌握方法的最大調(diào)制比可以到達(dá)1.15，由于每相的調(diào)制波都