三电平NPC逆变器的DC侧电流纹波分析与损耗的计算,都是根据逆变器所采用的特定的调制方法来进行的。因此,对三电平NPC逆变器调制方法原理的分析及仿真,是进行DC侧电流纹波分析与损耗计算的前提。
自多电平逆变器诞生以来,其相应的PWM控制技术就一直是其研究的重点内容。传统两电平逆变器的PWM控制方法经过几十年的发展,已经较为成熟,而多电平逆变器因其拓扑结构较为复杂、元器件较多等特点的限制,在控制方法上也更为复杂。
多电平PWM控制方法的研究主要是围绕着两个核心问题展开的:
一是输出电压波形的控制,即逆变器输出电压脉冲与调制波等效;
二是逆变器自身运行状态的控制,包括中点电压平衡,输出电压、电流谐波的控制,功率开关器件的损耗分配控制等。设计合理的PWM控制方法,对于三电平NPC逆变器抑制中点电压不平衡问题尤为重要 。
较为常见的多电平PWM控制方法分为:基于载波的PWM控制方法和空间矢量PWM控制方法。
(1)正弦脉宽调制方法(SPWM)
多电平逆变器的基于载波PWM控制方法一般采用载波层叠的形式。多电平载波层叠PWM控制方法与传统两电平PWM控制方式类似。对于m电平逆变器来说,采用(m-1)层相同幅值和频率的三角形载波,分为上下两层,与调制波进行比较,产生开关序列,控制功率开关器件的导通和关断,从而输出想要得到的波形。
对于三电平NPC逆变器来说,可以采用两层载波。按照上下两层载波的相位关系,可以分为反相载波层叠法和同相载波层叠法。
(2)反相载波层叠法
反相载波层叠法中,上下两层载波相位相差180°,如图4所示。图4中,蓝色正弦波为正弦调制波,与上下两组载波进行比较;黑色脉冲序列为交流输出端(以A相为例)与DC侧中点之间的电压uaz 。
(3)同相载波层叠法
与反相载波层叠法相对应,同相载波层叠法的上下两组载波的相位完全相同,如图5所示。
(4)三次谐波注入脉宽调制方法
对于没有中线的三相对称负载的逆变器系统,在输出电压中注入三的倍数次谐波或直流分量时候,对负载电压波形不会产生影响。因此,可以对正弦调制波注入合适的零序分量,从而达到相应的目的。为了提高直流母线电压利用率,可以采用三次谐波注入PWM控制方法,如图6所示 。2100433B