三电平并网逆变器共模电压抑制方法研究

摘要：针对高压大功率三电平并网逆变器应用中产生的共模电压，对其产生机理进行分析，比较常规正弦脉宽调制(SPWM)策略对逆变器共模电压的抑制效果，通过优化开关序列的组合，提出一种新型SPWM策略。该策略有效地将三电平并网逆变器共模电压抑制在一定范围内，明显优于常规SPWM策略，同时兼顾了输出波形的质量。仿真和实验结果证明了新型调制策略的可行性和对共模电压抑制的有效性。
关键词：并网逆变器；共模电压；正弦脉宽调制

1 引言
在光伏技术产业化进程中，多电平电压源逆变器性能不断提高，但其存在的负面效应备受关注。其负面效应使系统可靠性下降、故障率增加，它所带来的实际损失可能超过逆变系统自身的成本。因此，研究多电平逆变器共模电压产生机理，对其加以消除或抑制具有重要意义。这里主要从控制策略优化的角度对共模电压进行分析研究。结合二极管中点箝位(NPC)三电平逆变器拓扑结构，分析了共模电压产生机理，通过优化调制策略抑制共模电压。

2 三电平逆变器原理及共模电压
要消除共模电压，需改进逆变器拓扑结构并分析共模电压产生机理，进而提出抑制或消除共模电压的方法。基于IGBT的NPC三电平高压大功率逆变器常用拓扑如图1所示，主要包括直流侧、三电平逆变器、L滤波器及电网，其中三电平逆变器由12个IGBT和12个反并联二极管及6个箝位二极管组成。

简要分析NPC三电平逆变器的工作原理，以a相为例，当开通VSa1，VSa2，关断VSa3，VSa4时，在逆变器输出端可以获得一个正电平；当开通VSa2，VSa3，关断VSa1，VSa4时，输出电压为零；当开通VSa3，VSa4，关断VSa1，VSa2时，可在输出端得到一个负电平。根据其原理，可定义Sx(x=a，b，c)为三电平逆变器三相输出的开关函数，其具体定义为：