一种改进型级联H 桥型变流器的调制策略研究

　　5 实验分析验证

　　实验中采用F28335 浮点型DSP 芯片作为控制器，开关器件选择IGBT，开关频率5 kHz。带对称三相阻感性负载，其中电感为1 mH，电阻为50 Ω。两级直流母线电压设置为100 V 和120 V。
　　图3a 示出当直流电压不平衡时，采用传统CPS鄄SPWM 调制算法，不考虑直流电压影响时变流器a 相输出电压谐波。可见最低次开关频率的谐波出现在10 kHz 附近，且幅值与20 kHz 谐波相差不大；而由传统CPS鄄SPWM 的理论分析和实验结果可知，此时最低次开关频率的谐波应出现在20 kHz 处，由此可见直流电压的不平衡会导致变流器输出特性变差，且谐波出现的位置等信息也与理论分析吻合。

图3 实验波形

　　图3b 示出采用所提考虑直流侧电压不平衡时的调制算法后变流器a 相电压波形。可见线电压呈阶梯型PWM 波，周期为0.02 s，与给定相同，台阶之间存在交叠的部分， 反映出各级直流电压存在不平衡。图3c 示出变流器输出的三相电流波形，可见三相电流正弦度很高，相位互差120°，周期为0.02 s，这表明应用所提调制方法，变流器的运行特性良好。

　　图3d 示出应用所提改进型调制算法后，a 相电压的频谱特性。对比图3a 可见，该调制算法大幅削减了低次开关频率倍数的谐波含量， 特别是10 kHz频率处的谐波有明显改善， 弱化了开关频率与基波频率的缠绕度，减轻了滤波器的设计难度。

　　6 结论

　　针对直流侧电压不平衡时五电平级联H 桥型变流器的工作特性进行脉冲建模分析， 提出了每级H 桥单元左右臂脉冲净面积的概念， 并由此建立了能够反映整个变流器输出特性的数学模型。由于该模型是关于脉冲净面积的函数， 所以可用来制订和优化级联H 桥型变流器在特定工况下的调制方法。

　　通过对模型的分析， 给出了消除开关频率奇次倍谐波的条件， 以及在直流侧电压不平衡时削减偶数次开关频率谐波的调制方法。实验表明，提出的模型分析方法正确、可行， 与实际情况吻合， 继承了传统CPS鄄SPWM 在直流侧电压相同时良好的谐波特性等指标， 同时实现了在直流侧电压不平衡时最大程度消除系统谐波，提高系统效率等优势，并具有较高的可行性和可靠性。因此该方法应用前景良好，可广泛应用于大容量新能源发电、电力牵引等场合。