[发明专利]一种基于载波层叠的倍频调制方法

说明书

本发明公开了一种适用于混合级联H桥七电平逆变器的基于载波层叠的倍频调制方法，属于多电平变流器PWM技术领域。该方法首先将基准正弦信号v_ref取绝对值得到调制信号v_m，调制信号分别与三角载波信号v_tra、v_trc以及载波信号v_trb1、v_trb2进行比较，得到四个逻辑脉冲信号A、C、B₁、B₂，同时基准正弦信号直接与零电压比较得极性脉冲信号D。然后将这四个逻辑脉冲信号和极性脉冲信号经过驱动逻辑运算电路来产生一种优化的PWM驱动信号。本发明方法可以解决传统混合调制策略固有的功率倒灌问题，同时可以提高高压单元的等效开关频率，在该单元开关频率较低时保证逆变器输出电压具有良好的谐波特性。

技术领域

本发明属于多电平变流器PWM技术领域，具体涉及一种适用于电压比为1∶2的混合级联H桥七电平逆变器的基于载波层叠的倍频调制方法。

背景技术

多电平变流器能够将耐压等级较低、开关频率较高的开关器件应用于中、高压场合而受到广泛关注，然而传统多电平拓扑存在的所需开关器件数量多、结构复杂、成本高等缺点，在很大程度上限制了多电平技术的发展与应用。混合多电平拓扑作为多电平技术的一个重要的发展方向，与传统多电平拓扑相比，在输出相同电平数的情况下，使用的开关器件和直流源个数更少，这可以大大简化系统结构，降低成本。混合级联H桥是由传统的等压级联H桥拓扑发展而来，首次由印度学者M.D.Manjrekar提出，其直流侧电压呈二进制规律变化。图1为两个H桥级联拓扑，直流侧电压比为1∶2，该拓扑最多可以输出七个不同的电平。

调制策略是多电平变流器研究领域的关键技术，它与逆变器的拓扑结构相辅相成，直接决定着逆变器输出波形质量的好坏和系统效能的高低。针对图1所示类型的混合拓扑，M.D.Manjrekar等人提出了一种混合调制策略。该策略中，电压等级较高的单元采用低频调制，减少了开关损耗，只有电压等级最低的单元采用高频PWM调制，如此输出连续变化的多电平PWM波形。然而，当这种调制策略用于图1所示拓扑中时，在部分调制区间内，高压单元输出电压基波分量超出了级联单元总输出电压基波分量，此时高压单元将多余的基波有功功率回馈到低压单元，造成功率倒灌现象。为了保证直流侧电压稳定，低压单元直流侧需采用可逆整流，这将大大增加逆变装置的体积和成本，制约了该拓扑的实用性。

单极性调制方法以载波层叠调制为基础，是一种适用于混合级联H桥七电平逆变器的调制技术，能够有效地避免混合调制策略中固有的功率倒灌现象，但其存在高压单元工作频率较高的问题。针对这一问题，可以采用混合频率调制方法，其原理如图2所示，载波v_tr2的频率f₂小于载波v_tr1和v_tr3的频率f₁。降低参与高压单元调制的载波频率，进而降低高压单元的开关频率和损耗，但是输出电压的谐波特性会受到影响。因此，如何在高压单元开关频率较低的情况下避免功率倒灌问题，同时保证系统良好的输出特性具有重要意义。

发明内容

发明目的

本发明的目的是提出一种适用于混合级联H桥七电平逆变器的基于载波层叠的倍频调制方法，一方面解决传统混合调制策略固有的功率倒灌问题，另一方面提高高压单元输出电压的等效频率，在该单元开关频率较低的情况下保证逆变器输出电压具有良好的谐波特性，从而提高该多电平逆变器的实用性。

技术方案

本发明的技术方案如下：