多电平变换器的拓扑结构和控制策略

v_t(t)=b_nsinnωt（1）

b_n=[Vcosnα₁＋2Vcosnα₁＋……＋jVcosnα_j＋……＋mVcosnα_m]（2）

2.2 多电平特定消谐波法[4][5][6]

多电平的特定消谐波法也被称作开关点预制的PWM方法。这种方法是建立在多电平阶梯波调制方法的基础之上的。这种方法的原理就是在阶梯波上通过选择适当的“凹槽”有选择性地消除特定次谐波，从而达到输出波形质量提高和输出THD减小的目的。这种方法的消谐波和阶梯波的消谐波一样，唯一不同的就是输出电压波形的傅立叶分析后的系数b_n有所不同。现以五电平的特定消谐波的一个输出电压波形(如图5所示)来分析傅立叶分解后的系数b_n。从式（3)可以看出，b_n中的负号项反映了“凹槽”的信息。多电平特定消谐波法中，求解特定的开关点时候要解非线形的超越方程，因此计算很复杂。目前资料中实际有应用的一般都只局限在三电平结构中。这种方法的主要特点是开关频率低，效率高；谐波含量较少；电压利用率高，最多可以达到1.15；计算开关点的时候计算比较复杂。

图5 五电平特定消谐波输出相电压1/2周期的波形

b_n=[V(cosnα₁₁－cosnα₁₂＋……＋(－1)^j＋1cosnα_1j＋……＋cosnα_1k)＋

2V(cosnα₂₁－cosnα₂₂＋……＋(－1)^i＋1cosnα_2i＋……cosnα_2h]（3）

2.3 载波PWM技术

多电平逆变器载波技术，来源于两电平的SPWM技术，但是，由于多电平逆变器特殊的结构，使其载波技术又不同于两电平的载波技术。多电平逆变器中由于开关管多，因此，多电平逆变器的载波和调制波都不止一个，每一个载波和调制波有多个控制自由度，这些自由度至少有频率、幅值和偏移量等。这些自由度的不同组合，将会产生大量载波PWM技术。其中最具有代表性的主要有三种，即分谐波PWM、开关频率优化PWM、三角载波移相PWM。

2.3.1 分谐波PWM方法[7][8][9]

多电平分谐波PWM方法是两电平正弦波调制在多电平领域的一个扩展。载波是n个具有同相位、同频率f_c、相同的峰峰值A_c，且对称分布的三角波。参考信号是一个峰峰值为A_m、频率为f_m的正弦信号。在三角载波和正弦波相交的时刻，如果正弦波的值大于载波的值，则开通相应的开关器件，反之则关断该器件。对于多电平变换器，幅度调制比m_a和频率调制比m_f定义如下：

m_a=（4）

m_f=（5）

图6所示为五电平分谐波PWM方法的原理图。

图6 五电平分谐波PWM方法的原理图

2.3.2 开关频率优化PWM[10][11]

Steinke提出的开关频率优化的PWM方法是基于2.3.1的，这种方法载波和2.3.1完全相同，不同的是2.3.2的调制波中注入了零序分量。这种方法的优点就是可以优化器件的开关频率，提高电压的利用率，这种方法的调制比最多可以做到1.15，不过这种方法有一个限制就是只能够用于三相系统中。图7是该方法的原理图。

图7 五电平开关频率优化PWM原理图