优化阶梯波宽度调制法

级联换流器中特定谐波消去法是幅度调制或者幅度与宽度结合的调制，如优化阶梯波宽度法^［19］、特定谐波消去法^{［20，21］}和虚拟脉宽调制法^［19］等。

优化阶梯波宽度调制法（Step Modulation PWM）是基于合成理论，将串联连接的多个变换单元输出的矩形波进行合成、叠加，成为接近于正弦波的阶梯波，根据要消去的谐波次数，通过优化选择各变换单元器件的导通和截止时刻（也就是各变换单元输出方波的宽度），从而达到消去特定谐波的目的。图2-39a为三级串联的多电平换流器的调制原理，V₁、V₂和V₃是三个基本变换单元输出的电压，最上面的波形为合成以后的阶梯波形，通过合理选择θ₁、θ₂和θ₃来优化阶梯波。该法的开关角必须满足0＜θ₁，＜θ₂，…，θ_k＜π／2，每组的自由度均为2，因此其调制消谐的范围通常较窄。该法的自由度可以根据低次谐波含量最少原则法，根据输出的阶梯波面积等于正弦波面积的方法确定^［22］。

图2-39b的阶梯波宽度调制法，每个单元的自由度不同，从而提高了优化阶梯波宽度法的调制范围。其基本思想是：由k个串联连接的变换单元对脉冲波合成输出，可将其调制范围分为k个区间，在不同的区间采用不同的波形叠加方式。每个基本变换单元在控制上增加更多的自由度，如对三级串联的换流器，三级分别增加自由度变量：α₁、α₂和α₃；β₁、β₂、β₃和β₄；γ₁、γ₂、γ₃、γ₄和γ₅，通过调整这12个参数以消除更多的谐波。显然，它以提高开关频率为代价，算法比优化阶梯波宽度复杂很多。

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图2-39 级联换流器的优化阶梯波宽度调制法

a）同自由度优化阶梯波宽度调制法 b）不同自由度优化阶梯波宽度调制法