一種改進(jìn)型級聯(lián)H 橋型變流器的調(diào)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(guān)器件選擇IGBT，開關(guān)頻率5 kHz。帶對稱三相阻感性負(fù)載，其中電感為1 mH，電阻為50 Ω。兩級直流母線電壓設(shè)置為100 V 和120 V。
　　圖3a 示出當(dāng)直流電壓不平衡時，采用傳統(tǒng)CPS鄄SPWM 調(diào)制算法，不考慮直流電壓影響時變流器a 相輸出電壓諧波?？梢娮畹痛伍_關(guān)頻率的諧波出現(xiàn)在10 kHz 附近，且幅值與20 kHz 諧波相差不大；而由傳統(tǒng)CPS鄄SPWM 的理論分析和實驗結(jié)果可知，此時最低次開關(guān)頻率的諧波應(yīng)出現(xiàn)在20 kHz 處，由此可見直流電壓的不平衡會導(dǎo)致變流器輸出特性變差，且諧波出現(xiàn)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(cè)電壓不平衡時的調(diào)制算法后變流器a 相電壓波形?？梢娋€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(yīng)用所提調(diào)制方法，變流器的運行特性良好。

　　圖3d 示出應(yīng)用所提改進(jìn)型調(diào)制算法后，a 相電壓的頻譜特性。對比圖3a 可見，該調(diào)制算法大幅削減了低次開關(guān)頻率倍數(shù)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(guān)頻率與基波頻率的纏繞度，減輕了濾波器的設(shè)計難度。

　　6 結(jié)論

　　針對直流側(cè)電壓不平衡時五電平級聯(lián)H 橋型變流器的工作特性進(jìn)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(shù)學(xué)模型。由于該模型是關(guān)于脈沖凈面積的函數(shù)， 所以可用來制訂和優(yōu)化級聯(lián)H 橋型變流器在特定工況下的調(diào)制方法。

　　通過對模型的分析， 給出了消除開關(guān)頻率奇次倍諧波的條件， 以及在直流側(cè)電壓不平衡時削減偶數(shù)次開關(guān)頻率諧波的調(diào)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(tǒng)CPS鄄SPWM 在直流側(cè)電壓相同時良好的諧波特性等指標(biāo)， 同時實現(xiàn)了在直流側(cè)電壓不平衡時最大程度消除系統(tǒng)諧波，提高系統(tǒng)效率等優(yōu)勢，并具有較高的可行性和可靠性。因此該方法應(yīng)用前景良好，可廣泛應(yīng)用于大容量新能源發(fā)電、電力牽引等場合。