对三单元对称 CHB 多电平逆变器进行了仿真验证

为了验证本章提出的优化调制策略的正确性，通过 Matlab 的 Simulink仿真软件对三单元对称 CHB 多电平逆变器进行了仿真验证。仿真参数为：直流侧输入电压均为50 V，载波频率为1 kHz，调制波频率为50 Hz，调制度M＝0.95，负载电阻R＝10 Ω，电感L＝4 mH。

图2-11 所示为各级联单元开关器件的触发脉冲信号。由图可见，各脉冲信号分布均匀。由平均开关频率的定义可计算出每3/4 个周期所有开关管的平均开关频率均为300 Hz，因此所有开关管的工作应力相同，说明该优化调制策略能够有效均衡所有开关管的开关损耗。

图 2-12 所示为优化调制策略下逆变器交流侧的输出电压和输出电流仿真波形。从图中可以看出，各单元输出电压包含多种不同的基本电压波形，每3 个周期为一个循环。uH1、uH2、uH3的基波幅值均为47.4 V，满足功率均衡的条件，逆变器的输出相电压vAN为七电平PWM 波形，输出电流io为质量较好的正弦波。

图2-13 所示为PS-PWM 调制和IPD 优化调制下逆变器的输出相电压和线电压的谐波分析图，PS-PWM 调制的等效开关频率为2 kHz。由图可见，两种调制策略的相电压主要谐波含量都集中在2 kHz 附近，其中PS-PWM 调制法的相电压基波幅值为 142.4 V，THD 为 20.99%，线电压基波幅值为246.7 V，THD 为17.24%，而IPD 优化调制策略的相电压基波幅值为142.2 V，THD 为20.44%，线电压基波幅值为246.3 V，THD 为16.01%，优化后的IPD调制策略输出相电压与PS-PWM 调制策略相比THD 略有上升，说明了该优化调制策略具有比PS-PWM 调制法更优的波形质量。

图2-11　IPD 优化调制策略下开关管的驱动信号

图2-12　逆变器输出电压和输出电流波形

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图2-13　输出电压谐波分析

表2-2 所示为调制度不同且两种不同调制策略等效开关频率相同时逆变器输出相电压的THD 值。从表中可以看出，在全调制度范围内，IPD 优化调制下THD 值都是最小的。

表2-2　不同调制度下的输出电压THD 比较

图2-14 所示为IPD 优化调制策略下各级联单元输出功率的分布情况，从上到下PH1、PH2、PH3分别为单元1、单元2、单元3 的输出功率。从图中可以看出，调制比M＝0.95 时，每3/4 周期逆变器各个单元的平均输出功率为PH1＝332.4 W、PH2＝332.2 W、PH3＝332.3 W，各级联单元的输出功率基本相同，说明了所提出的IPD 优化调制策略能够有效均衡各个单元的输出功率。

IPD 优化调制下输出功率情况如表2-3 所示。由表可见，各级联单元的输出功率基本相同，说明了所提出的IPD 优化调制策略能够在全调制比范围内实现各个单元的功率均衡。

图2-14　逆变器输出瞬时功率

表2-3　调制度不同时各单元输出功率分布