多电平逆变器载波PWM控制方法的仿真研究

倍频率为中心的边带上，唯一的区别就是，POD型中的谐波能量主要集中在载波频率两侧边带中，而APOD型系统中谐波分布更加均匀，最终得到的相电压和线电压的THD分别为22.13％，22.56％。

显然，在APOD型系统中，由于相应谐波在三相系统中，不仅不能相互抵消，有的甚至相互叠加，导致线电压的THD反而大于相电压的THD。从上面的三种多电平消谐波PWM法的仿真结果，可以看出，对于输出相电压，三种方法的THD相差不大，但对于输出线电压，PD型系统的THD最小，具有明显的优势，实际应用中也最常被采用，从这个角度来说，在三相系统中PD型系统是最优的。另外，从仿真结果可以发现，在三种形式SHPWM方法的输出相电压和线电压中，从PD型到POD型再到APOD型，带宽内的谐波含量依次增加，即APOD型的传输带宽内残存谐波数量最多，给输出滤波带来了困难，这一现象在频率调制比越高，及电平数越大的情况下将越明显。

3 开关频率优化PWM（Switch frequencyo ptimal—SFOPWM）

3.1 SFOPWM法的原理^[4]

开关频率优化PWM法^[2]是另一种三角载波PWM方法，这种方法与SHPWM法类似，它们的载波要求相同，但SFOPWM的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最小值的平均值。所以SFOPWM法的调制波是通常的三相正弦波减去零序分量后所得到的波形，零序分量和三相调制波的计算公式如下：

V_zero=(3)

V_a^＊=V_a－V_zero(4)

V_b^＊=V_b－V_zero(5)

V_c^＊=V_c－V_zero(6)

该方法只可用于三相系统，因为注入的零序分量在单相系统系统中无法相互抵消，从而在输出波形中存在三次谐波，而在三相系统中就不存在这种情况，这一点将在后面的仿真结果中清晰体现。

3.2 SFOPWM法的仿真结果和分析

对上述给出的开关频率最优PWM法（SFOPWM），按照消谐波PWM法PD型系统安排载波波形，其它仿真参数完全相同，所得仿真波形如图7所示。由图可见，在这种PWM方法的输出相电压中，谐波能量主要分布在载波频率处，同时，由于调制波中零序分量的注入，所以在输出相电压中存在明显的三次谐波，这个谐波在三相系统的线电压中将相互抵消，最终得到的输出相电压和线电压的THD分别为36.26％，14.40％。可见该PWM方法输出线电压的THD与PD型的SHPWM方法接近，而其最显著的优点在于，输出电压的电压调制比可以达到1.15，所以这种方法最适合希望高电压利用率的三相电机调速系统。

(a)载波和调制波波形

（b）相电压波形

（c）相电压频谱

（d）线电压波形

（e）线电压频谱

图7 SFOPWM法的仿真结果

4 结语

从上述对几种典型的多电平载波PWM方法的原理和仿真结果的分析可以看出，它们各有自己的优缺点，并且这些方法都源自于多电平逆变器PWM方法中，不同控制自由度的组合，由于多电平逆变器控制自由度的增加，其相应的PWM方法的数量将十分巨大。具体而言，在载波方面，多电平逆变器的载波往往不只一个，它的形状可以是通常的三角波，也可以是锯齿波等其它波形，对于同一种波形，每个载波至少有频率，幅值，相位，偏移量等多个自由度；而多电平的调制波，不仅可以是正弦波，也可以是梯形波，对同一种波形至少有频率，幅值，叠加零序分量等多个自由度。以上这些控制自由度之间的组合，并进一步地与各种多电平逆变器的基本拓扑相结合，将产生数量庞大的多电平PWM控制方法。