阶梯波调制级联逆变器触发角的一种简便算法
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一
１个等 幅差 台 阶。但 当 ｕ 与 ／ 。 相等且 不成 Ｚ 不 ＋
＞ 时合成 的输 出电压 阶梯波 形 ， 它
倍 数 时 ， 合 成 的梯 形 波 电压 级 差 就 不 相 等 。 图 ２ 其
是 Ｎ＝２ ，
基 金 项 目 ：粤 港 关 键 领 域 重 点 突 破 项 目 （ Ｃ ７ Ｆ ９８ ； 东 省 政 府 财 政 专 项 资金 资 助项 目 Ｔ Ｏ Ｂ ０ —） 广
式最 多 。本 文 以 ２ 桥 级 联 拓 扑结 构 为研 究 对 象 ， Ｈ
图 １是 ２ 桥 级 联 型 多 电平 逆 变 器 拓 扑 结 构 。 Ｈ
消 除法 ¨’ ， 载 波调 制 法 ¨ 低 次 谐 波 含量 最少 ” 多 ， 法 Ⅲ 等 等 。这 些方 法 中存 在 两 大 问 题 ： １ 有 的算 （） 法 比较 复杂 ， 只能 离 线 计 算 ， 制 不 太方 便 ， 控 比如特 定 谐 波消 除法 ； ２ 所有 算法 只适 用等 电压 差模 式 。 （）
Ｈ桥 级联 式逆 变器 具有 多 电平 逆变 器 的诸多 优
由于 光伏 电池 的 Ｖ Ｉ 性 的 差 异 ， 放 的 位 置 角 度 －特 摆 的差 异及经 过 按 Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ算 法 后 的 Ｄ ／ Ｃ输 出 等都 ＣＤ 会 造成 逆变 器 的 电压 级差 的不 同。 根 据上 述情 况 ， 文 提 出 一种 不 同 电压 级 差 的 本
第 ２ ９卷 第 １期
２１ ０ ０年 １月
电 工 电 能 新 技 术
Ａｄ ａ ｃ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｅ ｔｉ ａ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ Ｅｎｅ ｇ ｖ ｎ ｅ ｃ ｎ ｌｇ ｆＥｌ ｃｒｃ ｌＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ｒｙ
Ｖｏ ． ９，Ｎｏ １ １２ ．
关键 词 ：级联 逆 变器 ；阶梯 波调 制 ；触发 角计 算 ；不 同电压 级 差 ；多电平逆 变 器
中 图 分 类 号 ： Ｍ ２ Ｔ ９１ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： ０ ３３ ７ （０ ０ Ｏ 一０ ５０ １０ — ６ ２ １ ） ｌ ３ －６ ０ ０
１ 引 言
Ｊｎ ０ ０ ａ ．２ １
阶梯 波 调 制 级 联 逆 变 器 触 发 角 的 一种 简 便 算 法
陈元 娣 ，刘 涤 尘 ，宋 庆 国 ，朱 忠尼
（ ．武 汉大 学电 气工程 学 院 ，湖北 武 汉 ４ ０ ７ ； 空 军 雷达 学 院信 息对抗 系，湖 北 武 汉 ４ ０ １ ） １ ３０２２ ３ ０ ９ 摘 要 ：级联 多 电平逆 变器 除有效 降低 开 关器 件 电压 应 力 外 ， 它还 可 以通过 波形 叠加 改善 输 出波形
当 “ｃ ｄ １＝Ｈｃ ｄ ２＝… ＝“ｃ ｄ时 ， 可 以合 成 ｄ Ｎ＝ 。 它
２ Ｎ一１ 等 电压级 差 的阶梯 波输 出 ； ｕ ≠ “ ≠ 个 当
…
≠“ 时， 它可 以合成 更多 台阶 的阶梯 波 ， 当
对 于第 一个 问题 ， 有很 多简 化 的算 法 可 以逐 步 得 到改善 ， 但它 总是 离不 开解 三角 函数超 越方 程 ， 很 难实 现在线 算法 。第 二个 问题 是 目前文 献很 少涉 及 的 内容 ， 电压 级 差 不等 的现 象 在很 多场 合 都 存 但
梯 波调制 时 ， 开关 器 件 工 作 在 基 波 状态 ， 损耗 小 、 效 率 高是大 功率级 联式 逆 变器优 先考 虑 的一种 控制 方
法 。 关 于 阶 梯 波 叠 加 角 度 的 控 制 典 型 算 法 有 ： 波 谐
２ 电压级 差不等 的级联 型全桥 多 电平逆变器
级联 串联 多 电平逆 变器 有 ：Ｈ桥 串联 、 Ｈ桥 串 ２ ３ 联 和 ２ ３ 混 联 等 多 种 形 式 。其 中 ２ 桥 串联 方 Ｈ、 Ｈ Ｈ
ＷＭ 法 、 波 消 除法 等 。但 是 ， 少 开 wenku.baidu.com 次 数 、 高 谐 减 提
逆 变器效 率 、 消除或 降低 中频 主 导 谐 波成 分 仍 然 是
控 制方法 的研 究重点 内容 ， 比如太 阳能 光伏 并 网 逆 变器 ， 高转 换 效 率 是 其 中 的关 键 技 术 之一 。阶 提
器触发 角的计 算方 法 。该方 法特 别 适 用 于 太 阳能 电池级 联 逆 变 器、 料 电池 级联 逆 变 器 的应 用 。 燃
此 方法遵循 等 面积 法原 则 ， 通过 一 定 的约束条 件 ， 实现在 线 计算 ， 于工程 实现 ， 利 最后 通过 仿真 验证
了该 方 法 的 正 确 性 。
点 ，在 电机驱动 、 功率 有 源 电力 滤 波 等 场 合 得 到 大
广 泛应 用 法 被提 出 ， 串联 级 联 式 逆 变 器 有 很 多 种 控 制 方 ； 多 载波 正 弦 脉 宽 调 制 法 、 移 Ｓ — 如 相 Ｐ
级 联逆 变器 的控 制简 便算 法 。该算 法是 利用半 个调 制 波周 期 面积相 等 的原则 ， 过一定 的 约束原 则 ， 通 实 现 单个 逆变 器 的相 角 的在 线 计 算 ， 免 了求解 三角 避 函数方 程 ， 法 简单 ， 算 易于 实现 。
在， 比如 ： 多块 太 阳能 光 伏 电池组 成 级 联 式 逆 变 器 。
收 稿 日期 ：２ ０ —６ ０ ０ ９０ —２
与 ＋（ ＝ １ …Ⅳ）成 倍 数 关 系时 ， 合成 的梯形 。 ， 其
波 电压 级差 相等 。如 Ｕｃ ｕ 。＝２时 ， 以合 成 ２ ｄ／ 一 ｉ 可
的质 量 。阶梯 波调 制还 可 以减 少开关 次数 、 高转换 效 率 、 提 降低 Ｅ Ｉ 是级 联 逆 变器 常 用的 一种 工 Ｍ， 作模 式 。但 目前 国 内外 文献介 绍 的阶梯 波调 制 的级联 逆 变器 的触 发 角 的计 算 方 法存 在计 算复 杂 ，
而且 只适 用等 电压 差 的问题 ， 对 这种 情 况 ， 文提 出 了一 种不 同电压级 差 的阶梯 波调制 级联 逆 变 针 本
１个等 幅差 台 阶。但 当 ｕ 与 ／ 。 相等且 不成 Ｚ 不 ＋
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倍 数 时 ， 合 成 的梯 形 波 电压 级 差 就 不 相 等 。 图 ２ 其
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基 金 项 目 ：粤 港 关 键 领 域 重 点 突 破 项 目 （ Ｃ ７ Ｆ ９８ ； 东 省 政 府 财 政 专 项 资金 资 助项 目 Ｔ Ｏ Ｂ ０ —） 广
式最 多 。本 文 以 ２ 桥 级 联 拓 扑结 构 为研 究 对 象 ， Ｈ
图 １是 ２ 桥 级 联 型 多 电平 逆 变 器 拓 扑 结 构 。 Ｈ
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Ｈ桥 级联 式逆 变器 具有 多 电平 逆变 器 的诸多 优
由于 光伏 电池 的 Ｖ Ｉ 性 的 差 异 ， 放 的 位 置 角 度 －特 摆 的差 异及经 过 按 Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ算 法 后 的 Ｄ ／ Ｃ输 出 等都 ＣＤ 会 造成 逆变 器 的 电压 级差 的不 同。 根 据上 述情 况 ， 文 提 出 一种 不 同 电压 级 差 的 本
第 ２ ９卷 第 １期
２１ ０ ０年 １月
电 工 电 能 新 技 术
Ａｄ ａ ｃ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｅ ｔｉ ａ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ Ｅｎｅ ｇ ｖ ｎ ｅ ｃ ｎ ｌｇ ｆＥｌ ｃｒｃ ｌＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ｒｙ
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关键 词 ：级联 逆 变器 ；阶梯 波调 制 ；触发 角计 算 ；不 同电压 级 差 ；多电平逆 变 器
中 图 分 类 号 ： Ｍ ２ Ｔ ９１ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： ０ ３３ ７ （０ ０ Ｏ 一０ ５０ １０ — ６ ２ １ ） ｌ ３ －６ ０ ０
１ 引 言
Ｊｎ ０ ０ ａ ．２ １
阶梯 波 调 制 级 联 逆 变 器 触 发 角 的 一种 简 便 算 法
陈元 娣 ，刘 涤 尘 ，宋 庆 国 ，朱 忠尼
（ ．武 汉大 学电 气工程 学 院 ，湖北 武 汉 ４ ０ ７ ； 空 军 雷达 学 院信 息对抗 系，湖 北 武 汉 ４ ０ １ ） １ ３０２２ ３ ０ ９ 摘 要 ：级联 多 电平逆 变器 除有效 降低 开 关器 件 电压 应 力 外 ， 它还 可 以通过 波形 叠加 改善 输 出波形
当 “ｃ ｄ １＝Ｈｃ ｄ ２＝… ＝“ｃ ｄ时 ， 可 以合 成 ｄ Ｎ＝ 。 它
２ Ｎ一１ 等 电压级 差 的阶梯 波输 出 ； ｕ ≠ “ ≠ 个 当
…
≠“ 时， 它可 以合成 更多 台阶 的阶梯 波 ， 当
对 于第 一个 问题 ， 有很 多简 化 的算 法 可 以逐 步 得 到改善 ， 但它 总是 离不 开解 三角 函数超 越方 程 ， 很 难实 现在线 算法 。第 二个 问题 是 目前文 献很 少涉 及 的 内容 ， 电压 级 差 不等 的现 象 在很 多场 合 都 存 但
梯 波调制 时 ， 开关 器 件 工 作 在 基 波 状态 ， 损耗 小 、 效 率 高是大 功率级 联式 逆 变器优 先考 虑 的一种 控制 方
法 。 关 于 阶 梯 波 叠 加 角 度 的 控 制 典 型 算 法 有 ： 波 谐
２ 电压级 差不等 的级联 型全桥 多 电平逆变器
级联 串联 多 电平逆 变器 有 ：Ｈ桥 串联 、 Ｈ桥 串 ２ ３ 联 和 ２ ３ 混 联 等 多 种 形 式 。其 中 ２ 桥 串联 方 Ｈ、 Ｈ Ｈ
ＷＭ 法 、 波 消 除法 等 。但 是 ， 少 开 wenku.baidu.com 次 数 、 高 谐 减 提
逆 变器效 率 、 消除或 降低 中频 主 导 谐 波成 分 仍 然 是
控 制方法 的研 究重点 内容 ， 比如太 阳能 光伏 并 网 逆 变器 ， 高转 换 效 率 是 其 中 的关 键 技 术 之一 。阶 提
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了该 方 法 的 正 确 性 。
点 ，在 电机驱动 、 功率 有 源 电力 滤 波 等 场 合 得 到 大
广 泛应 用 法 被提 出 ， 串联 级 联 式 逆 变 器 有 很 多 种 控 制 方 ； 多 载波 正 弦 脉 宽 调 制 法 、 移 Ｓ — 如 相 Ｐ
级 联逆 变器 的控 制简 便算 法 。该算 法是 利用半 个调 制 波周 期 面积相 等 的原则 ， 过一定 的 约束原 则 ， 通 实 现 单个 逆变 器 的相 角 的在 线 计 算 ， 免 了求解 三角 避 函数方 程 ， 法 简单 ， 算 易于 实现 。
在， 比如 ： 多块 太 阳能 光 伏 电池组 成 级 联 式 逆 变 器 。
收 稿 日期 ：２ ０ —６ ０ ０ ９０ —２
与 ＋（ ＝ １ …Ⅳ）成 倍 数 关 系时 ， 合成 的梯形 。 ， 其
波 电压 级差 相等 。如 Ｕｃ ｕ 。＝２时 ， 以合 成 ２ ｄ／ 一 ｉ 可
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而且 只适 用等 电压 差 的问题 ， 对 这种 情 况 ， 文提 出 了一 种不 同电压级 差 的阶梯 波调制 级联 逆 变 针 本