对称CHB逆变器TPWM调制技术探究

CHB 多电平逆变器在采用IPD-PWM 策略进行调制时，为了避免超调现象，正弦波调制信号的幅值不能大于三角波幅值，这就大大限制了逆变器输出电压基波的幅值，从而导致电压利用率较低，在理想状态下直流电压利用率最多只能达到 0.866，这一缺点在高压大功率场合中的影响尤为明显[72]。另外对于传统IPD-SPWM 策略，由于各级联单元开关管导通时间不同，输出电压基波幅值和各级联单元输出功率也都不相等，从而造成了功率分配不均衡的问题[73]。

针对上述存在的问题，文献[74]提出了一种规则对称采样调制策略，将多个梯形波调制信号与一个三角载波信号进行采样，该策略虽然可以提高输出电压幅值，但其实验控制过程较为复杂，并且各级联单元功率均衡问题均未解决。文献[75]提出了一种由级联NPC 逆变器供电的MV 大功率IM 驱动器的功率均衡控制技术，该控制技术对调制波进行重构，利用单个载波代替多个载波，有效地减少了三角载波的数量；同时还进行脉冲解码，为级联NPC逆变器提供了有效的脉冲控制方法，优化了该控制技术的性能，最后通过脉冲旋转来进一步平衡电容器电压和各模块功率。该控制技术能够实现各个模块电容器的电压平衡和级联NPC 逆变器单元间功率平衡，但级联NPC 逆变器在控制的过程中，需要复杂可编程逻辑器件（CPLD）进行逻辑关系转换，增加了DSP 编程控制过程中的复杂程度。文献[76]提出了对载波进行一个调制波周期移动的功率均衡控制方法。该策略以一个调制波周期为基本单位，在垂直方向区域内，每经过一个调制波周期对载波严格移动一次。该策略利用了级联单元输出电压冗余特性，通过对各级联单元对应载波的循环移动，实现了输出电压脉冲的循环移动，改变了级联输出电压特性。但该策略会随着级联H 桥单元数的增多，导致实现功率均衡所需要的时间变长，并且该策略无法提高直流侧电压利用率。文献[77]基于IPD-SPWM 策略提出了上下载波相邻间隔互换的功率均衡控制策略，在垂直方向将两单元载波进行交替更换。该策略改变了每个单元输出电压的特性，使两个单元在一个输出周期内实现了功率均衡控制，但是额外增加了逆变器的开关损耗，同时也没有解决直流电压利用率低的问题。(www.xing528.com)

本章以三相五电平逆变器为例，针对常规的IPD-SPWM 策略直流电压利用率低和各级联H 桥单元输出功率不均衡的问题，提出了一种基于功率均衡的同相层叠梯形波脉宽调制（IPD-TPWM）策略方法，并进行了仿真和实验的验证。