基于同伦算法的逆变电源特定消谐法的研究

0 引 言
随着逆变器的大量应用，逆变器产生的谐波会给电网、电器设备、通信网络等带来严重危害，这使得消谐逆变器的研究越来越重要。同时为满足高压大功率应用领域的需要，采用主电路为级联多电平逆变器，实现波形的多重移相叠加。特定谐波消除(SHEPWM)方法。能使逆变器开关频率降低，消除特定低次谐波，减少电流脉动，输出波质量高等优点，因此对SHE技术的研究具有明显的理论意义和广阔的工程开发前景。
由于消谐PWM逆变器的数学模型为非线性超越方程组，该方程中有三角函数，并且是超越方程，存在多组解。通常采用牛顿法求解该模型，但由于牛顿法的局部收敛性质，需要找到与准确值较为接近的初值，否则迭代不收敛，这比较困难，且不利于在线计算，而同伦算法求解该模型可有效地克服上述缺点

l 级联多电平逆变器结构与控制设计
1．1 级联多电平逆变器结构
图1显示主电路为级联多电平逆变器的单相拓扑结构，每个逆变器模块结构相同，通过一个单相全桥逆变器表示。级联多电平逆变器的结构允许每个模块的分离控制，模块的数量与要求的电压源的数量是相等的。电平数NL和模块数M的关系公式为：

模块数即单相H桥逆变器的个数，它们串联连接产生一个多电平的输出电压；总输出电压与每个模块的输出电压之和相等。即为：

式中：VMm为第m个模块的输出电压。
每个模块有它自己的直流电压(VDC)和4个开关装置，如第m个模块的开关装置是S1m，S2m，S3m和S4m，(表1中开为“1”，关为“0”)。如图2所示每个模块能产生一个三电平输出：+VDC，0，-VDC。通过这4个开关装置能有顺序地将直流电压到交流边。如表1所示输出电压与一个五电平模块结构多电平逆变器的功率装置的开关状态相对应。因为1个输出电压包括5个电平+2VDC，+VDC，0，-VDC，-2VDC，需要的模块数是2。

1．2 控制设计
表2所示是一个五电平的级联多电平逆变器控制设计。假设级联多电平逆变器的每个模块的直流电压VDC=20 V，如表2中的描述知级联多电平逆变器的操作大部分取决于模块1，只有当q>0.5时，模块2才参与运行。尽管在五电平级联多电平逆变器中需要8个功率装置，这8个装置并不全被利用，此种情况减少了功率装置的电压应力。对于如图2所示的单相逆变器，基波幅值q最大值为1.0，再大将导致一些迭代法(如牛顿迭代法)无法收敛。