大功率三电平逆变器SPWM载波调制策略研究

毕洪大 ， 刘艳辉 ， 刘金晶 ， 许明夏

（1．中车大连电力牵引研发中心有限公司，辽宁大连116052；2．长春中车轨道车辆有限公司，吉林长春130113；3．动车组和机车牵引与控制国家重点实验室，辽宁大连116052）

随着轨道交通领域的迅速发展，对大功率逆变器的输出电能质量、系统可靠性和结构体积重量等要求也越来越高。相比于经典的两电平逆变器，三电平逆变器具有输出谐波低、控制系统简单、功率器件电压应力小、电磁兼容能力强和有利于逆变器的高频化等诸多优势，已在大功率工业场合得到广泛应用。

大功率三电平逆变器的关键技术之一就是关于其PWM调制控制策略的研究。目前，最为常用的调制方式为正弦载波SPWM和电压空间矢量SVPWM。与SPWM相比，SVPWM具有更高的直流电压利用率，输出波形的谐波抑制效果明显，但是由于常规的SVPWM调制策略数字化实现时计算量大，在对实时控制精度要求高的场合会产生计算误差，特别是推广到多电平时，控制算法的复杂性以立方速率上升。

本文通过大功率三电平逆变器电路的研究，对SPWM与SVPWM两种调制思想进行了分析比较，通过在三相正弦波调制波中注入零序分量的调制波的方法，将SPWM与SVPWM进行了等效，并给出了具体的等效实现方法，此方法可使调制控制软件和硬件的复杂性大大降低。此外，本文对SPWM调制波引入零序电压基础上也进行了改进，提出了一种新型载波交叠的PWM调制策略，即同时充分利用了调制波注入零序电压分量、载波幅值变化量和同相载波的垂直方向偏移量三个控制自由度。……