全调制度下的三个单元输出电压验证与功率均衡MHF-PWM调制策略仿真波形分析

为验证所提出功率均衡MHF-PWM 调制策略的正确性，在MATLAB 的Simulink 中分别搭建 MHF-PWM 调制策略及其功率均衡调制方法的仿真模型，仿真模型中相关参数如表5-3 所示。

表5-3　仿真模型参数

图 5-18 所示为全调制度下三个单元的输出电压基波幅值与调制度之间的关系。可以看出只有在调制度ma＝0.556 时才有uH1(1)∶uH2(1)∶uH3(1)＝2∶1∶1，实现了三个单元间输出功率均衡，在其他调制度下三个单元输出电压基波幅值均不能满足此关系。由此可知，MHF-PWM 调制策略并不能在全调制度下实现输出功率均衡。

图5-18　MHF-PWM 输出电压基波幅值与调制度的关系

图 5-19 所示为采用功率均衡MHF-PWM 调制策略后各单元的输出电压基波幅值曲线。可以看到三个单元输出基波幅值与调制度之间呈线性关系，且在任意调制度下功率均衡 MHF-PWM 调制策略均可以使三个单元的输出有uH1(1)∶uH2(1)∶uH3(1)＝2∶1∶1，这表明此功率均衡调制策略实现了三单元间的输出功率均衡。

图5-19　功率均衡MHF-PWM 输出基波幅值与调制度的关系

图5-20 所示为MHF-PWM 调制策略在ma＝0.3、0.6、0.9 三个调制度下各单元输出电压及输出相电压的波形。可以看到，在低调制度下高压单元不参与电压输出，在各调制度下两个低压单元输出电压波形相同，三个单元输出电压叠加可以得到对称的输出相电压。

图5-20　MHF-PWM 调制策略输出电压波形

图5-21 所示为功率均衡MHF-PWM 调制策略在ma＝0.3、0.6、0.9 三个调制度下各单元输出电压及输出相电压的波形。可以看到，在各调制度下三个单元均有电压输出，并且两个低压单元输出电压波形也一致。比较图5-20与图5-21，虽然两种调制策略各对应单元输出电压波形不同，但是在调制度相同时均可以输出相同电平数的PWM 波。

图5-21　功率均衡MHF-PWM 调制策略输出电压波形

图5-22 所示为MHF-PWM 调制策略在ma＝0.3、0.6、0.9 三个调制度下各输出单元的输出功率波形。由图可见，在该调制策略下低压单元H2 与H3在全调制度内均有功率输出且基本一致，高压单元只在高调制度下才有功率输出。在这三个调制度下三个级联单元输出功率均不能满足 PH1∶PH2∶PH3＝2∶1∶1 的关系，三个单元之间不能实现输出功率均衡。(www.xing528.com)

图5-22　MHF-PWM 调制策略各单元输出功率

图5-23 所示为功率均衡MHF-PWM 调制策略在ma＝0.3、0.6、0.9 三个调制度下各输出单元的输出功率波形。由图可见，在各调制度下高压单元H1始终有功率输出，低压单元H2 与H3 输出功率基本一致，并且单元H1 输出功率近似为两个低压单元输出功率的2 倍，该功率均衡调制策略可以使三个单元输出功率近似满足PH1∶PH2∶PH3＝2∶1∶1 的关系，实现了各输出单元之间的输出功率均衡控制。

图5-23　功率均衡MHF-PWM 调制策略各单元输出功率

图5-24 和图5-25 所示分别为两种调制策略在ma＝0.3、0.6、0.9 三个调制度下输出相电压uAN的频谱分布图。在ma＝0.3、0.6 时，两种调制策略输出相电压的频谱分布情况及THD 基本一致；在ma＝0.9 时，可以看到功率均衡MHF-PWM 调制策略输出相电压uAN的频谱图中除了有一些低次谐波外，其余谐波分布情况与 MHF-PWM 调制策略基本相同，而且功率均衡MHF-PWM 调制策略输出相电压THD 相比MHF-PWM 调制也略有降低。

图5-24　MHF-PWM 调制策略输出相电压uAN频谱

图5-25　功率均衡MHF-PWM 调制策略输出相电压uAN频谱

图5-26 所示为两种调制策略在调制度为0.1～1 时输出相电压THD 与调制度 ma之间的关系曲线。可以看到，在调制度为 0.1～0.6 时，功率均衡MHF-PWM 调制策略的THD 与MHF-PWM 调制策略相同；在调制度为0.6～1时，功率均衡MHF-PWM 调制策略输出相电压的THD 略优于MHF-PWM 调制策略。这表明功率均衡MHF-PWM 调制策略不会使输出电能质量下降。

图5-26　两种调制策略输出相电压THD 与调制度之间的关系

综上所述，功率均衡MHF-PWM 调制策略可以在不影响输出电能质量的情况下实现三个单元之间的输出功率均衡。