探究仿真验证的分析方法

为了验证基于功率均衡的IPD-TPWM 策略效果，在Matlab 仿真环境中对IPD-TPWM 策略和基于功率均衡的IPD-TPWM 策略搭建了三相五电平仿真模型，进行仿真验证实验，模型的关键参数如表2-5 所示。

图2-35　功率均衡的IPD-TPWM 策略原理图

表2-5　仿真模型中的关键参数

图 2-36 和图 2-37 所示分别为三角化率δ 为 0.4 和调制比为 0.9 时，IPD-TPWM 策略下级联H 桥逆变器的输出特性以及线电压 uAB、相电压 uAN输出波形谐波分析。

图2-36 所示为在IPD-TPWM 策略下，各单元输出电压以及相电压、线电压的波形。又图可以得出：因为各级联单元开关管导通时间不一致，开关次数不相同，所以输出电压基波幅值不相同。

图2-36　功率不均衡时IPD-TPWM 策略下输出特性

图2-37 所示为线电压 uAB、相电压 uAN输出波形谐波分析。从图2-37 中可以看到，A 相输出波形THD 为32.54%，输出的电压基波幅值 uAN为214.4 V。线电压 uAB的THD 为23.72%。而传统IPD-PWM 策略的 uAN输出的电压基波幅值为180 V， uAN输出波形THD 为33.29%[73]。 IPD-TPWM 策略下 uAN的THD 较传统IPD-SPWM 策略下 uAN的THD 有所降低，相电压输出波形质量有所提高。

图2-37　功率不均衡时IPD-TPWM 的谐波分析

图2-38 和图2-39 所示分别为三角化率δ 为0.4 和调制比为0.9 时，基于功率均衡的IPD-TPWM 策略下，级联H 桥逆变器的输出特性以及线电压 uAB、相电压 uAN输出波形谐波分析。图2-38 所示为在功率均衡的IPD-TPWM 策略下，各单元输出电压以及相电压的波形。由图可以得出：各级联单元开关管导通时间一致，开关次数接近相同，所以输出电压幅值几乎相等。

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图2-38　功率均衡的IPD-TPWM 策略下输出特性

图2-39 为功率均衡的IPD-TPWM 线电压 uAB、相电压 uAN输出波形谐波分析。图中 uAN输出波形THD 为32.57%，输出的电压基波幅值 uAN为107.1 V。

图2-39　功率均衡时IPD-TPWM 的谐波分析

如图2-40 所示为3 种输出基波电压幅值的对比。传统的IPD-SPWM 输出基波电压幅值较低，仅为180 V，其直流侧电压利用率是3 种调制策略中最低的。IPD-TPWM 的输出基波幅值为214.4 V，较传统IPD-SPWM 策略提高了19.1%，突破了文献[79]所述的将三次谐波注入正弦调制波中理论上最高只能提升电压利用率15%的限制。同时，功率均衡的IPD-TPWM 策略保留了IPD-TPWM 策略下基波幅值较传统IPD-SPWM 策略基波幅值提高了19.1%的优点。

图2-40　3 种调制策略输出基波电压幅值波形的对比

当各级联单元交流侧输出电压基波分量幅值之比等于直流侧电源电压之比时，可确保各级联单元电池放电特性一致，实现级联单元间功率均衡控制。由图2-39 可知，H1 桥和H2 桥两个单元输出的电压基波幅值相同，符合输出电压基波幅值比为1∶1。因此，可以认为H1 桥和H2 桥在一个开关周期内已达到了功率均衡的效果。

图2-41 和图2-42 所示为m＝0.6 和m＝0.9 时三种功率均衡控制策略对比，从图中可以看出IPD-SPWM 策略和IPD-TPWM 策略均不能实现各级联H 桥的功率平衡，而基于功率均衡的IPD-TPWM 策略实现了各级联H 桥的功率平衡。

图2-41　m＝0.6 时三种功率均衡控制策略对比

图2-42　m＝0.9 时三种功率均衡控制策略对比