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三电平中点箝位型逆变器SPWM控制策略的研究 机电系 电气工程及其自动化专业2003级1班 史道年 指导教师：胡存刚 摘要 本文以中点钳位型三电平逆变器为模型，介绍了载波反向SPWM、载波同向SPWM和基于注入三次谐波SPWM三种控制策略。用MATLAB/Simulink仿真软件对三电平逆变器SPWM 进行了仿真研究；并构建了三电平NPC逆变器实验平台进行了实验研究。仿真和实验结果证实了SPWM方法的有效性。 关键词: 三电平逆变器、脉冲宽度调制、仿真 Abstract: This paper introduces SPWM technology applied to three-level Neutral-point-clamped inverter, presents emphatically the thought and model. Pulse width modulation methods are frequently used in adjusting the output voltage of the three-level Neutral-point-clamped inverter. Several PWM methods are introduced. Simulation and experiment results show that the SPWM method is satisfied and effective. Key words: Three-level Inverter, Pulse width modulation, Simulation 1绪论 三电平中点箝位（Neutral Point Clamped, NPC）逆变器如图1，自从A.Nabale1980年在IAS年会上提出以来[1]，由于解决了在中高压场合功率元件耐压低的问题，降低了开关过程中的，改善了变换器的输出波形等优点，已经成为当今电力电子和电力传动技术的研究热点。三电平变换器的PWM 控制方法，是三电平变换器研究中的关键技术，国内外专家学者已经提出了许多的PWM方法[2-4]，例如SPWM、准正弦波PWM、特定谐波消除PWM（SHEPWM）、谐波效应最小PWM和空间矢量PWM等。其中SPWM是最简单和成熟的方法，得到了国内外学者的广泛关注。 本文首先总结了目前三电平变换器中的拓扑结构，分析和比较了各种拓扑结构的特点。介绍了三电平变换器中的各种控制策略，比较了各种控制方法的特点仿真工具分别对以上三种控制方式下建立模型进行仿真,并比较仿真结果与实验结果。 2 三电平NPC逆变器SPWM方法 在中，根据三角载波之间相位关系的排列不同，可以有三种载波层叠PWM方式：同相层叠方式（Phase Disposition），即所有载波以相同的相位上下排列叠加；正负反相层叠式（Phase Opposition Disposition），这种方法是使零值以上的载波相位和零值以下的载波相位相反；交替反向层叠式（Alternative Phase Opposition Disposition），这种方式是指所有相邻载波的相位都相反。载波移相法(PS)和交替反相层叠的方式非常类似 图 (a)，（b），（c），（d）所示为四种调制方式的五电平载波PWM示意图。 (a)同相层叠方式(b) 正负反相层叠方式(c)交替反向层叠方式(d) 载波移相方式各种载波调制示意图这四种载波PWM方法在输出谐波方面有所不同。利用双边傅立叶分析，可以得出这四种载波方法的各次谐波的值，从而得出他们在谐波消除方面的优劣。（1）载波同相层叠方式（PD）的谐波性能最好，尤其是线电压谐波性能。交替反向层叠式（APOD）次之，正负反相层叠式（POD）效果最差。（2）APOD和PS有相同的谐波性能，前提是在一个基波周期内总的开关次数相同。（3）在PS方式下，通过不连续的控制波与移相载波的比较，可以得到类似PD方式的谐波性能。SPWM仿真 3.1仿真系统整体框图 如图4所示是三电平NPC逆变器的SPWM控制系统的总体仿真框图，其中Subsystem是由三角载波和三相正弦波比较得到的三相SPWM波发生器；Three－Level Bridge是有二极管箝位型逆变器的拓扑结构，开关器件是IGBT；DC Voltage Source 是直流电源；Series RLC Branch是直流侧箝位电容， Multimeter 是测量电压模块，Powergui是进行频谱分析模块，还有电机负载模型。 图3三电平NPC逆变器的SPWM控制系统的总体仿真框图 3.2 基于载波反向SPWM带电机负载的仿真模块 3.2.1 SPWM开关信号的发生模块 图4 载波反向的SPWM开关信号发生电路 图4是载