基于PD+PS组合调制的多电平SVPWM优化策略

对于2单元串联5电平三相变换器，其结构示意图如图4-8所示，在图中通过所划分的虚线，可以直观地看出其结构是由两个三电平三相单H桥系统串联组成。而对于图4-8所示的拓扑结构，可采用图4-6所示的PD+PS组合调制策略。在三相系统中，为了进一步阐明移相的概念，图4-9给出了5电平的PD+PS调制策略示意图。

图4-82 单元串联的5电平三相变换器结构示意图

如图4-9中所示的PD+PS调制策略，是基于载波垂直分布与载波水平移相相结合的调制方法。采用载波群1中的两个主载波（图中用虚线表示）对参考波进行调制，这两个主载波具有相同的幅值与相位，以0参考轴为中心对称分布，实际上是基于载波垂直分布的三电平变换器调制策略。如果结合载波水平移相技术，引入更多的三角载波，分别与两个主载波幅值与频率均相同，且要进行相应的移相，其实质上就是几个基波相同，相位进行移相的三电平阶梯波叠加，能提高变换器的电平数量。在图4-9中，A、B、C相的单元1与单元2载波之间移相为T_s=T_c/2。

图4-95 电平PD+PS调制策略示意图

PD+PS调制策略的A、B、C相单元1与单元2的调制波完全一样，均为标准的三相正弦波，唯一的区别是采样时刻不同（原因是载波发生移相）。结合空间矢量理论，可认为三相系统中单元1与单元2的参考电压矢量（三相标准正弦波经过Park变换）完全相同，均为

式中，U_m、f分别为相电压幅值和频率，其空间矢量图一致，只是对参考电压矢量的采样时刻不同，将式（4-25）进行离散化处理后可得(www.xing528.com)

式中，k为第k个采样周期。对式（4-26）的图形解释如图4-10所示。

图4-10 基于PD+PS组合调制策略所产生的移相SVPWM空间矢量图

将图4-9与图4-10联系起来，可对移相SVPWM调制策略作进一步解释，即在图4-9中，第一个T_s对A、B、C三相单元1的三相正弦调制波进行采样，这对应于图4-10中参考电压矢量旋转2πfT_s；在第2个T_s，根据移相原理，对A、B、C三相单元2的三相正弦调制波进行采样，这对应于图4-10中参考电压矢量旋转2πfT_s，依次类推。因此，基于PD+PS组合调制策略，可以很自然地产生一种基于水平移相技术的SVPWM，载波之间的移相对应于参考电压矢量采样时间的交替。这种SVPWM在计算量上与传统的三电平SVPWM没有区别，但由于采用移相技术，其输出相电压为5电平，谐波消除效果与采用PD+PS调制策略一致，但更易于数字化的实现。与传统的5电平SVPWM相比较，由于提高了等效载波频率，其谐波抑制效果明显要好。

综上所述，根据所提出的PD+PS组合调制策略，很自然地产生了一种基于水平移相技术的SVPWM（PS-SVPWM），这种方法可以进一步推广：对于K单元H桥串联的N=2K+1电平变换器，可以分解为K个三电平变换器，采用PD+PS调制策略时，单元之间的载波相差2π/K，反映在空间电压矢量图上，体现为对参考电压矢量的采样时刻依次相差T_c/K。

本书介绍的基于水平移相技术的SVPWM（PS-SVPWM），是PD+PS在空间矢量图上的自然反映，采用相同的空间电压矢量，单元之间的输出基波相位一致。如果考虑电压利用率，与采用注入三次谐波正弦波的PD+PS完全等效，但本书介绍的方法更具灵活性，例如：其三电平SVPWM可以采用不连续调制，以降低开关频率，减少开关损耗。这里介绍的SVPWM控制策略，也可很方便地扩展到本章所介绍的基于水平移相技术的其他组合调制策略，同时，也为多电平SVPWM的简化分析提供了一个行之有效的方法。