多电平等比电压源变换器仿真拓扑结构

在等比电压源多电平组合这类拓扑结构的仿真中，定义高压单元为主变换器，低压单元为从变换器。较高电压的GTO变换单元以输出电压的基波频率为开关频率，而较低电压的IGBT变换单元则在较高的频率下进行脉冲宽度调制，以此改善输出波形。下面分别对基于DCMC串联的组合拓扑结构（如图4-4b所示）和基于H与DCMC串联（如图4-4c所示）进行仿真研究。

图4-13　DCMC（GTO）+DCMC（IGBT）从变换器调制策略仿真波形

1.基于DCMC串联的组合拓扑结构的仿真

这里基于DCMC串联组合拓扑结构的仿真研究是以图4-4b所示的结构为研究对象。现定义电压比为1∶2（输出13电平）。在该组合拓扑结构的仿真中，调制策略：主变换器为5电平DCMC拓扑，调制波需要两个直流电源电动势，即以±E/2，±3E/2（E=100V）直流电源电动势作为主变换器的调制波，同3E的正弦波比较控制主变换器开关器件的导通和关断。同样地以主变换器参考波与输出的差值作为从变换器的参考波，以3.15kHz的三角波作为从变换器的载波，对从变换器作PWM调制。图4-13所示为在该种调制策略下从变换器调制策略的仿真波形，其中U₁，U₂为参考波及主变换器的输出电压波形，U₃为U₁、U₂的差值，也就是从变换器的参考波，U₄为从变换器的调制波形，U₅为从变换器的输出电压波形（以下各从变换器调制策略仿真波形均如此排列）。图4-14所示为变换器输出电压仿真波形及输出电压波形的频谱分析。

图4-14　DCMC（GTO）+DCMC（IGBT）组合拓扑结构仿真波形及频谱分析(www.xing528.com)

2.基于H与DCMC串联的拓扑结构的仿真

这里基于H与DCMC串联组合拓扑结构的仿真研究是以图4-4c所示的结构为研究对象。当选取主从变换器直流电源电动势比为6∶1时，需要以（6E+E）的正弦波作为主变换器的参考波，±3E/2，±9E/2的直流电源电动势作为主变换器的调制波，从变换器的调制及仿真参数同上所述，可测得如图4-15所示的输出电压仿真波形及频谱分析。对不同电压比的相同拓扑结构的变换器，从变换器的调制策略仿真波形除参考波幅值不同外其余基本相同，这里就不一一列出。

由图4-13、图4-14及图4-15所示的输出电压仿真波形可见，各种组合拓扑结构输出电平数符合表4-1所列的数据。由它们对应的频谱分析中可见，随着电平台阶数的增加，输出电压谐波成分相应地减少。在所采用的调制策略中，主变换器采用基波调制（FPWM），在输出电压基波周期内，开关器件通断一次，有效地降低了开关损耗，提高了整个装置的输出功率；从变换器采用多载波调制（MCPWM），由所得到的频谱分析中可见，主变换器所产生的低次谐波被从变换器的相应部分所

图4-15　H（IGBT）+DCMC（GTO）组合拓扑结构仿真波形与频谱分析

抵消，仅剩下载波频率倍数的边带谐波，明显改善了输出电压波形的频谱特性。