三相五电平电流型变流器和基于多载波的PWM研究

2 电流型5电平逆变器拓扑

图6所示为三相分相控制式五电平CSI。该拓扑由三个单相五电平CSI单元组成，三相逆变器的每一相对应一个单相CSI单元，三个CSI单元之间通过星型负载的中性线进行解耦，即每个逆变器单元之间的控制是相对独立的，三个单相CSI单元之间的控制信号依次相差120°。图6中，每个开关管由MOS管和一个快恢复二极管串联而成。La，Lb，Lc与Ca，Cb，Cc组成低通滤波器以滤出输出电流谐波。ZA，AB，AC表示三相交流负载。IA，IB，IC表示3个独立电流源。   


   
每个单相五电平CSI单元的工作原理参见文献，电感L1(起均流、分流作用)和开关S5～S8组成直流母线电流改变电路，开关S1"S4以及负载组成逆变电路。其对应的闭合开关状态和输出电流的对应关系见表l，其中Sn、Sn+1为互补开关对，n=1，3，5，7。   

3 PD、POD、APOD和载波频率变化调制PWM仿真分析

利用PD、POD、APOD和载波频率变化调制PWM对系统进行仿真。仿真参数如下：载波比mf为32，调制比ma为0．8；均流电感100mH，负载5Ω，滤波电感5mH，电容50μF，直流电流源10A。POD调制方式仿真得到波形图如图8所示。   


   


   
POD、APOD调制方式仿真结果和上述相似，由于篇幅所限，波形不再列出。利用PD、POD、APOD三种调制方式测出输出波形的谐波总畸变率如下。   


   



可以看出，三种多载波调制方式的输出波形THD相差不大，但是PD型PWM调制在载波谐波处，谐波幅值较大，而边带谐波幅值明显小于后两种。对于奇数电平变流器，POD型、APOD型PWM输出不含载波谐波。单就低次主导谐波的分布和含量而言，不论电平数为奇数或偶数，APOD型都是最好的。从渊制原理上，APOD型与载波CPS—SPWM技术的调制效果完全一致。在对低次谐波特性要求比较高的场合，比如单位功率岗数校正装置(Unity Power Factor Conetion)等，APOD型更为适用。

从输出的五电平电流波形可以看出，1／2电平数远少于/电平数。因为位于最上和最下的两个三角波和正弦波交点多，开关导通次数多于位于中间两个载波带的开关，为了平衡上下部和中间开关的频率，采用如图4所示载波频率改变的调制方式对系统进行仿真。中间两列三角波载波比为100，上下两列三角波载波比为32，其他仿真参数同上。图9所示为是未采用载波带频率变化调制的波形，图10所示是采用载波带频率变化调制的输出波形，可以看出，图lO中的1／2电平数明显多于图9，1／2电平和/电平数近似相等，这样保持了上下部和中间开关导通负荷的一致。   


   
4 结语

本文分析了一种三相五电平电流型变流器拓扑原理，介绍了一些适用于电流型变流器的调制方法。并用PD、POD、POD进行了仿真分析，给出了各自的谐波总畸变率THD，并比较了各自的特点，分析表明这三种调制方式对于输出相电流的影响不大。为了甲衡开关导通负荷，采用了载波带频率变化的PWM调制方式，平衡了上下部和中间开关的频率。