多电平逆变电路的三种控制方法

多电平逆变电路的三种控制方法

多电平变换器PWM控制方法可分为两大类：三角载波PWM技术和直接数字技术（空间电压矢量法SVPWM），它们都是2电平P WM在多电平中的扩展。

1. 三角载波PWM方法

①消谐波PWM（SHPWM）法

消谐波PWM法的原理是电路的每一相使用一个正弦调制波和几个三角波进行比较，在正弦波与三角波相交的时刻，如果正弦波的幅值大于某个三角波的值，则开通相应的开关器件，否则，则关断该器件。为了使M－1个三角载波所占的区域是连续的，它们在空间上是紧密相连且对称地分布在零参考量的正负两侧。消谐波PWM是2电平三角载波PWM在多电平中的扩展。

②开关频率最优PWM（SFOPWM）法

开关频率最优法是由2电平三角载波PWM扩展而来。它的载波要求与SHPWM法相同，不同的是它在正弦调制波中注入了零序分量。对于一个三相系统，这个零序分量是三相正弦波瞬态最大值和最小值的平均值，所以SFOPWM的调制波是三相正弦波减去零序分量后所得到的波形。这种方法通过在调制波中注入零序分量而使得电压调制比达到1.15。但是该方法只能用于三相系统。因为在单相系统

中注入的零序分量无法互相抵消，从而在输出波形中存在三次谐波，而在三相系统中就不会有这种问题。实际上，这种零序分量注入的方法在本质上与电压空间矢量法是一致的，它相当于零矢量在半开关周期始末两端均匀分布的空间电压矢量法。所以，SFOPWM法可以看成是2电平空间电压矢量法在多电平变换器控制中的推广。

③三角波移相PWM（PSPWM）法

三角载波移相PWM法是一种专门用于级联型多电平变换器的P WM方法。这种控制方法与SHPWM方法不同，每个模块的SPWM 信号都是由一个三角载波和一个正弦波比较产生，所有模块的正弦波都相同，但每个模块的三角载波与它相邻模块的三角载波之间有一个相移，这一个相移使得各模块所产生的SPWM脉冲在相位上错开，从而使得各模块最终叠加输出的SPWM波的等效开关率提高到原来的Keff倍，在不提高开关频率的条件下大大减小了输出谐波。

2. 空间电压矢量PWM方法

多电平PWM的空间电压矢量法与其它方法比较是较为优越和应用广泛的一种，其优越性表现在：在大范围的调制比内具有很好的性能，无其它控制方法所需存储的大量角度数据，并且母线利用率高。多电平空间矢量PWM是根据2电平空间矢量控制法推广得到的，可以认为多电平空间矢量控制思想与2电平是一致的。对某一个空间电压矢量，是用该区域相应的电压矢量适时切换合成所得。所不同的是

多电平的电压矢量更密集，模大小可选择的种类更多，合成时过渡更自然，合成的磁链更接近圆磁场，因而控制更精确，输出电压谐波更小。

3.控制方法适用的主电路结构

根据以上分析，可以得到以下结论：

1）在应用中，当变换器电平数超过5时，空间矢量PWM法将非常复杂，为了简化控制算法，三角载波PWM是较好的选择；

2）SHPWM法和SFOPWM法既可以用于箝位式电路又可以用于级联式电路，而PSPWM法和PS-SFOPWM法只适合用于级联式电路，SFOPWM法和PS-SFOPWM法由于在正弦调制波中注入了零序分量，因而只适合用于三相系统；

3）对于单相级联式多电平变换器，PSPWM法的控制效果最好；

4）对于三相级联型多电平变换器，PS-SFOPWM法由于提高了等效开关频率，较之SFOPWM法具有更好的控制效果。