多电平逆变电路的三种控制方法

多电平逆变器的控制策略及应用研究多电平逆变器是一种用于将直流电能转换为交流电能的重要电力电子设备。

其控制策略直接影响了逆变器的性能和应用效果。

本文将从多电平逆变器的控制策略以及相关应用方面展开研究，以期对该领域的研究和应用产生一定的推动作用。

多电平逆变器的控制策略主要包括PWM（脉宽调制）控制和MPWM（多电平脉宽调制）控制两种。

PWM控制通过控制逆变器中IGBT开关管的导通时间实现输出电压的宽度调制，从而获得所需的输出波形。

然而，由于PWM控制仅能获得两个离散化电平的输出波形，无法满足高功率和高精度的应用需求。

而MPWM控制则通过调整多个电平的导通时间，可获得多个离散化电平的输出波形，提高了输出波形的质量和精度。

近年来，随着电力电子技术的发展，MPWM控制成为了多电平逆变器中常用的控制策略。

多电平逆变器的应用非常广泛，涉及到电力系统稳定控制、交流传动控制、电力质量控制以及新能源发电等领域。

在电力系统稳定控制方面，多电平逆变器可用于提供无电池储能系统，以实现电力系统的频率和电压平衡调节，从而改善电网的稳定性。

在交流传动控制方面，多电平逆变器可用于驱动大功率交流电机，提高传动效率和稳定性。

在电力质量控制方面，多电平逆变器可用于消除电力系统中的谐波和干扰，提高电力质量。

在新能源发电方面，多电平逆变器可应用于风力发电和光伏发电等领域，提高发电效率和能源利用率。

此外，多电平逆变器还具有多级结构、能量分流和故障容错等特点，这些特点也为其在电力电子设备领域的应用提供了更多选择和优化空间。

例如，多电平逆变器可以通过增加级数来提高输出波形的质量，从而适应更复杂和敏感的应用环境。

同时，多电平逆变器还可以通过能量分流来减小单个器件的功率损耗，提高整个系统的能量利用效率。

此外，在故障容错方面，多电平逆变器能够通过调整导通时间和增加备份开关管等措施来实现故障切换，提高系统的可靠性和容错能力。

综上所述，多电平逆变器的控制策略和应用研究是当前电力电子领域的一个重要研究方向。

逆变电源广泛运用于各类：电力、通讯、工业设备、卫星通信设备、军用车载、医疗救护车、警车、船舶、太阳能及风能发电领域。

在电路中将直流电转换为交流电的过程称之为逆变，这种转换通常通过逆变电源来实现。

这就涉及到在逆变过程中的控制算法问题。

只有掌握了逆变电源的控制算法，才能真正意义上的掌握逆变电源的原理和运行方式，从而方便设计。

在本篇文章当中，将对逆变电源的控制算法进行总结，帮助大家进一步掌握逆变电源的相关知识。

逆变电源的算法主要有以下几种。

数字PID控制PID控制是一种具有几十年应用经验的控制算法，控制算法简单，参数易于整定，设计过程中不过分依赖系统参数，鲁棒性好，可靠性高，是目前应用最广泛、最成熟的一种控制技术。

它在模拟控制正弦波逆变电源系统中已经得到了广泛的应用。

将其数字化以后，它克服了模拟PID控制器的许多不足和缺点，可以方便调整PID参数，具有很大的灵活性和适应性。

与其它控制方法相比，数字PID具有以下优点：PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息，控制过程快速、准确、平稳，具有良好的控制效果。

PID控制在设计过程中不过分依赖系统参数，系统参数的变化对控制效果影响很小，控制的适应性好，具有较强的鲁棒性。

PID算法简单明了，便于单片机或DSP实现。

采用数字PID控制算法的局限性有两个方面。

一方面是系统的采样量化误差降低了算法的控制精度；另一方面，采样和计算延时使得被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统，造成PID控制器稳定域减少，增加了设计难度。

状态反馈控制状态反馈控制可以任意配置闭环控制系统的极点，实现了逆变电源控制系统极点的优化配置，有利于改善系统输出的动态品质，具有良好的瞬态响应和较低的谐波畸变率。

但在建立逆变器的状态模型时将负载的动态特性考虑在内，因此状态反馈控制只能针对空载和已知的负载进行建模。

由于状态反馈控制对系统模型参数的依赖性很强，使得系统的参数在发生变化时易导致稳态误差的出现和以及动态特性的改变。

多电平逆变器拓扑结构及其控制策略的比较多电平逆变器主要有三种拓扑结构：二极管箝位型、飞跨电容型和级联型。

二极管箝位型电路需要保证直流侧电容均压，控制困难，实际应用中还是三电平电路为主，一般不超过五电平。

飞跨电容型，亦称电容箝位型，同样存在电容电压平衡控制及冗余开关状态优化的问题，实际应用较少。

级联型多电平逆变器，又称链式逆变器，以普通的单相全桥（H桥）逆变器为基本单元，将若干个功率单元直接串联，串联数越多，输出电平数也越多。

它的优点是不存在电容平衡问题，电PWM控弦波，5电平以一、NPC型多电平逆变器优点：1）可根据不同的需要选择不同的功率器件，提高功率器件的利用率；2）电平数越大，输出电压的谐波含量就越少，输出电压波形与正弦波就越接近；3）可直接实现大功率和高电压，功率变换装置的成本降低。

缺点：1）每相桥臂开关器件的工作频率不同，造成了各开关器件的负荷不一致；2）对于m电平电路来说，每个桥臂需要（m-1）（m-2）个箝位二极管，即随着电平数的增加，所需箝位二极管数目将快速增加，成本增加；3）电平数越大，利用冗余开关状态来平衡分压电容的电压平衡的控制算法就越复杂。

二极管箝位型三电平逆变器1.拓扑结构三电平逆变器共有33=27的空间电压矢量，3个零矢量，独立的空间电压矢量有19（=1+1*6+2*6）个，60°区域小三角形个数为1+3=4。

2.控制策略1实际上，2运算34①坐标变换采用的60°坐标系为g-h坐标系，取g轴与α轴重合，逆时针旋转60°为h轴，设参考矢量，坐标系α-β到g-h坐标系的坐标变换公式为：则坐标系a-b-c到g-h坐标系的坐标变换公式为：归一化处理后（矢量坐标整数化），将三电平逆变器的基本矢量变换至g-h坐标系，得到的变换到60°坐标系下三电平逆变器的空间矢量图如图所示：②矢量分区方法扇区的确定方法：空间矢量图可分成6个扇区（A-F），设参考电压矢量在60°坐标系中的坐标为。

目录第一章绪论 (1)1.1多电平逆变器的背景 (1)1.2多电平逆变器的研究现状 (2)1.3多电平逆变器的应用 (3)第二章多电平逆变器的种类介绍 (6)2.1二极管箝位式多电平逆变器及其优缺点 (6)2.2电容箝位式多电平逆变器及其优缺点 (6)2.3H桥级联式多电平逆变器及其优缺点 (7)第三章多电平变换器PWM调制策略 (8)3.1多电平变换器PWM调制策略的分类 (8)3.2多电平SPWM调制策略 (9)3.2.1 SPWM调制策略 (9)3.2.2 载波垂直分布多电平调制策略 (9)3.2.3 载波水平移相多电平调制策略 (10)3.2.4多载波SPWM调制策略谐波分析 (10)3.3多电平SVPWM调制策略 (46)3.3.1 SVPWM调制策略 (46)第四章多电平逆变器中的电压平衡技术 (48)第五章三电平中点箝位型逆变器SPWM控制策略与仿真 (53)5.1三电平NPC逆变器SPWM方法 (53)5.2基于MATLAB的三电平NPC逆变器SPWM仿真 (54)5.2.1仿真系统整体框图 (54)5.2.2 基于载波反向SPWM带电机负载的仿真模块 (55)5.3基于载波同向SPWM带电机负载的仿真模块 (57)5.3.1 SPWM开关信号的发生模块 (57)5.3.2仿真结果与分析 (57)5.4基于注入三次谐波的SPWM带电机负载的仿真模块 (58)5.4.1 SFOPWM开关信号的发生模块 (58)5.4.2仿真结果与分析 (58)5.5三电平NPC逆变器SPWM的实验结果 (59)5.6小结 (59)第六章总结展望 (60)第一章绪论1.1 多电平逆变器的背景电力电子技术自二十世纪50年代诞生以来,经过近半个世纪的飞速发展,至今已被广泛应用于需要电能变换的各个领域。

在低压小功率的用电领域,电力电子技术的各个方面己渐趋成熟,将来研究的目标是高功率密度、高效率、高性能;而在高压大功率的工业和输配电领域,各个方面的技术正成为当今电力电子技术的研究重点。

逆变电源并联技术的策略
以下是一些常见的逆变电源并联技术策略：
1. 下垂控制法：下垂控制法是一种基于输出功率的控制方法，它通过调整逆变电源的输出电压和频率，使其根据负载需求自动分配输出功率。

这种方法简单易行，但在负载变化较大时容易出现不稳定的情况。

2. 主从控制法：主从控制法是一种基于主从关系的控制方法，其中一个逆变电源作为主电源，其他逆变电源作为从电源。

主电源负责控制系统的输出电压和频率，从电源则根据主电源的指令进行调整。

这种方法可以提高系统的稳定性，但需要一个可靠的主电源。

3. 平均电流控制法：平均电流控制法是一种基于电流的控制方法，它通过控制每个逆变电源的输出电流，使其平均分配到各个负载上。

这种方法可以提高系统的效率，但需要对每个逆变电源进行独立的控制。

4. 分布式控制法：分布式控制法是一种基于分布式控制理论的控制方法，它将系统的控制任务分配到各个逆变电源上，通过相互协作来实现系统的稳定运行。

这种方法可以提高系统的可靠性和灵活性，但需要较高的控制算法和通信协议。

总之，逆变电源并联技术的策略需要根据具体的应用场景和需求来选择，以确保系统的稳定性、可靠性和效率。

多电平逆变器拓扑结构及其控制策略的比较多电平逆变器主要有三种拓扑结构：二极管箝位型、飞跨电容型和级联型。

二极管箝位型电路需要保证直流侧电容均压，控制困难，实际应用中还是三电平电路为主，一般不超过五电平。

飞跨电容型，亦称电容箝位型，同样存在电容电压平衡控制及冗余开关状态优化的问题，实际应用较少。

级联型多电平逆变器，又称链式逆变器，以普通的单相全桥（H桥）逆变器为基本单元，将若干个功率单元直接串联，串联数越多，输出电平数也越多。

它的优点是不存在电容平衡问题，电路可靠性提高，易于模块化，适合7电平、9电平及以上的多电平应用，是目前应用最广的多电平电路。

缺点是需要多路独立的直流电源且不易实现四象限运行。

多电平逆变器的PWM控制策略可分为：在上述的多电平逆变器的PWM控制法中，空间电压矢量控制法适用于三-五电平的逆变器，五电平以上的多电平逆变器空间电压矢量数目较多，控制算法复杂，不适合用该方法。

对于五电平以上的多电平逆变器，适合采用载波调制PWM控制法。

载波层叠PWM控制法和开关频率优化PWM控制法，既可用于二极管箝位型和飞跨电容型逆变器，也可以应用于具有独立直流电源的级联型逆变器。

载波移相PWM控制法和开关频率优化PWM控制法，则适合于级联型多电平逆变器。

开关频率优化PWM控制法由于正弦调制波中加入了三次谐波，因而只适用于三相多电平逆变器。

对于三相具有独立直流电源的级联型多电平逆变器，载波移相和开关频率优化结合的PWM控制法，可提高等效开关频率，控制效果更好。

多电平三相逆变器中，空间矢量密集，可供选择的矢量模大小种类很多，电压合成更加接近正弦波，所以多电平的空间电压矢量法控制进度高，输出电压的谐波含量小。

但在电平数在5电平以上的多电平逆变器中，此时空间电压矢量PWM法控制算法非常复杂。

一、NPC型多电平逆变器优点：1）可根据不同的需要选择不同的功率器件，提高功率器件的利用率；2）电平数越大，输出电压的谐波含量就越少，输出电压波形与正弦波就越接近；3）可直接实现大功率和高电压，功率变换装置的成本降低。

逆变电路的应用原理及控制方法什么是逆变电路？逆变电路是一种将直流电转换为交流电的电路。

它能够将直流电源的电能转换为交流电源，并且在电力系统中具有重要的应用。

逆变电路的应用领域逆变电路在很多领域都有广泛的应用，例如太阳能发电系统、电力电子装置、UPS电源等。

下面将对逆变电路的应用原理及控制方法进行详细介绍。

应用原理逆变电路的原理是通过控制开关器件的导通和关断，改变电路中元件的连接方式，从而使得直流电源输出交流电。

通常情况下，逆变电路采用开关器件和电容等器件来实现。

逆变电路的控制方法逆变电路的控制方法可以分为以下几种：1.脉宽调制（PWM）脉宽调制是逆变电路控制中常用的方法。

它通过改变开关器件的导通时间比例来控制输出电压的大小。

具体而言，当直流电压较高时，导通时间较长，输出交流电压相对高；当直流电压较低时，导通时间较短，输出交流电压相对低。

2.调制指数控制（AM）调制指数控制是逆变电路的另一种常用方法。

通过改变调制指数来控制输出电压。

具体而言，当调制指数较高时，输出电压较高，当调制指数较低时，输出电压较低。

调制指数控制常用于正弦波逆变电路。

3.多电平控制（MMC）多电平控制是一种较新的逆变电路控制方法。

它通过改变输出电压的多个电平来实现对输出电压的控制。

具体而言，将逆变电路的输出电压分成多个等级，根据需要选取合适的电平输出，从而控制输出功率。

逆变电路的优势与挑战逆变电路具有以下优势：•高效能：逆变电路能够将直流电转换为交流电，提供更多的选择和灵活性。

•环保：逆变电路可以减少对传统燃煤发电的依赖，从而减轻环境污染。

•节能：逆变电路能够根据需求调整输出电压，从而实现节能效果。

然而，逆变电路也面临一些挑战：•电压波动：逆变电路在转换过程中可能会产生电压波动，给电力系统带来负面影响。

•电磁干扰：逆变电路输出的交流电可能会产生电磁干扰，对其他设备产生干扰。

总结逆变电路作为一种将直流电转换为交流电的关键电路，在电力系统和其他领域具有重要的应用。

anpc三电平逆变电路控制方法ANPC三电平逆变电路是一种用于交流电转换为直流电的电路结构，它可以实现高效能的能量转换和电力调节。

本文将介绍ANPC三电平逆变电路的控制方法。

ANPC三电平逆变电路由多个功率电子器件和控制电路组成，其中最核心的部分是逆变桥臂。

逆变桥臂由一对IGBT（绝缘栅双极型晶体管）和反并联的二极管组成。

逆变桥臂的控制决定了逆变电路输出的电压波形和频率。

ANPC三电平逆变电路的控制方法可以分为两个方面：PWM（脉宽调制）控制和SPWM（正弦波脉宽调制）控制。

在PWM控制中，控制器通过改变逆变桥臂的开关状态来控制输出电压的大小和波形。

具体而言，PWM控制方法通过调整逆变桥臂的开关频率和占空比来实现对输出电压的控制。

当需要输出高电压时，逆变桥臂的开关频率降低，占空比增大；当需要输出低电压时，逆变桥臂的开关频率增加，占空比减小。

这样可以通过不同的开关状态来产生不同的电压水平，从而实现三电平输出。

在SPWM控制中，控制器通过生成一系列的正弦波形脉冲信号来控制逆变桥臂的开关。

这些脉冲信号的频率和幅值可以根据需要进行调整，从而实现对输出电压的控制。

SPWM控制方法具有精确控制电压波形和频率的优势，可以使输出电压更加接近正弦波形，减少谐波分量。

除了PWM和SPWM控制方法外，还可以采用其他控制策略来实现ANPC三电平逆变电路的控制，如多电平脉宽调制（MPWM）和直接功率控制（DPC）。

这些控制方法可以根据具体的应用需求进行选择，以实现更高效、更精确的电力转换和调节。

总结起来，ANPC三电平逆变电路的控制方法包括PWM控制和SPWM控制。

通过调整逆变桥臂的开关状态和脉冲信号的频率和幅值，可以实现对输出电压的精确控制。

这些控制方法可以根据具体应用需求选择，以提高电力转换效率和质量。

多电平逆变器的主电路结构及其工作原理1. 引言多电平逆变器是一种广泛应用于电力电子领域的电路结构，它可以将直流电能转换为多个不同电平的交流电能，使得电能的输出更加稳定和高效。

本文将介绍多电平逆变器的主电路结构以及其工作原理。

2. 主电路结构多电平逆变器的主电路结构主要包括直流电源、开关器件、电容和电感等元件组成。

2.1 直流电源直流电源是多电平逆变器的输入端，通常是通过整流器将交流电能转换为直流电能。

直流电源的电压和容量决定了多电平逆变器的输出能力。

2.2 开关器件开关器件是控制多电平逆变器工作的关键组成部分。

常用的开关器件包括MOSFET、IGBT和GTO等。

通过控制开关器件的导通和关断过程，可以实现直流电能到交流电能的转换。

2.3 电容和电感电容和电感是用来滤波和储能的元件。

电容可以平滑输出电压和电流，减小输出的波动性；而电感则可以储存电能，并提供稳定的电流输出。

3. 工作原理多电平逆变器的工作原理是通过调整开关器件的导通和关断时间，控制输出电压的波形和电平数量。

具体工作原理如下：1. 初始化阶段：启动逆变器时，在给定的电压和电流条件下，控制开关器件的初始状态。

2. 正常工作阶段：在逆变器正常工作时，开关器件按照预设的控制规律进行导通和关断。

通过合理的开关频率和占空比控制，可以实现多电平输出，从而提高输出的波形质量和效率。

3. 故障恢复阶段：当逆变器遇到故障或异常情况时，及时进行故障检测和处理，保证逆变器的安全稳定运行。

4. 应用领域多电平逆变器广泛应用于电网无功补偿、电力传输、工业控制和新能源领域等。

它的高效稳定的输出特性，使得它成为了现代电力电子系统中不可缺少的关键技术。

5. 结论多电平逆变器的主电路结构和工作原理已在本文中进行了简单介绍。

深入了解和研究多电平逆变器的电路结构和工作原理，对于提高电能转换的效率和质量具有重要意义。

以上是关于多电平逆变器的主电路结构及其工作原理的文档，希望对您有所帮助。

多电平逆变电路主要有哪几种形式？各有什么特点？多电平逆变电路是一种通过在输出电压上产生多个离散电平的逆变器结构。

常见的多电平逆变电路形式包括以下几种：
1.多电平PWM逆变电路：利用多种开关模式和多级逆变电
路，通过PWM调制技术在输出电压上实现多个离散的电
平。

其中较为常见的是三电平和五电平的PWM逆变电路。

o三电平PWM逆变电路：具有三个输出电平（正、零和负），可以实现更低的谐波和更接近正弦波形的输
出。

o五电平PWM逆变电路：具有五个输出电平，进一步降低了输出谐波含量和提高了输出波形质量。

2.多电平逆变电路：通过多级串联逆变器实现多个输出电平，
每个级别可以控制并输出不同的电压水平。

这种电路可根
据需要灵活地增加级数，以增加输出电压水平的数量。

以上多电平逆变电路的特点包括：
•低谐波含量：通过产生更多的离散电平，能够有效降低逆变器输出的谐波含量，接近于正弦波形输出。

•更高的输出质量：多电平逆变电路可以提供更平滑、更接近正弦波的输出电压，减小谐波畸变和噪声。

•更低的电磁干扰：由于输出波形更接近正弦波形，多电平逆变电路产生的电磁干扰较少。

多电平逆变电路通常适用于对输出波形质量要求较高的应用，
如电力电子领域、可再生能源逆变器、电机驱动等。

然而，多电平逆变电路的设计和控制较为复杂，电路结构和开关模式的选择需要根据具体应用需求和性能要求进行仔细的分析和优化。

一. 逆变电源的几种控制算法逆变电源广泛运用于各类：电力、通讯、工业设备、卫星通信设备、军用车载、医疗救护车、警车、船舶、太阳能及风能发电领域。

在电路中将直流电转换为交流电的过程称之为逆变，这种转换通常通过逆变电源来实现。

这就涉及到在逆变过程中的控制算法问题。

只有掌握了逆变电源的控制算法，才能真正意义上的掌握逆变电源的原理和运行方式，从而方便设计。

在本篇文章当中，将对逆变电源的控制算法进行总结，帮助大家进一步掌握逆变电源的相关知识。

1.1.逆变电源的算法主要有以下几种。

1.1.1.数字PID控制PID控制是一种具有几十年应用经验的控制算法，控制算法简单，参数易于整定，设计过程中不过分依赖系统参数，鲁棒性好，可靠性高，是目前应用最广泛、最成熟的一种控制技术。

它在模拟控制正弦波逆变电源系统中已经得到了广泛的应用。

将其数字化以后，它克服了模拟PID控制器的许多不足和缺点，可以方便调整PID参数，具有很大的灵活性和适应性。

与其它控制方法相比，数字PID具有以下优点：PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息，控制过程快速、准确、平稳，具有良好的控制效果。

PID控制在设计过程中不过分依赖系统参数，系统参数的变化对控制效果影响很小，控制的适应性好，具有较强的鲁棒性。

PID算法简单明了，便于单片机或DSP实现。

采用数字PID控制算法的局限性有两个方面。

一方面是系统的采样量化误差降低了算法的控制精度；另一方面，采样和计算延时使得被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统，造成PID控制器稳定域减少，增加了设计难度。

1.1.2.状态反馈控制状态反馈控制可以任意配置闭环控制系统的极点，实现了逆变电源控制系统极点的优化配置，有利于改善系统输出的动态品质，具有良好的瞬态响应和较低的谐波畸变率。

但在建立逆变器的状态模型时将负载的动态特性考虑在内，因此状态反馈控制只能针对空载和已知的负载进行建模。

由于状态反馈控制对系统模型参数的依赖性很强，使得系统的参数在发生变化时易导致稳态误差的出现和以及动态特性的改变。

多电平逆变器的控制策略及应用研究1.PWM调制策略：脉宽调制（PWM）是一种常用的多电平逆变器控制策略。

它通过调整开关管的导通时间和断开时间，来实现输出电压的控制。

PWM调制策略将直流电压分成若干个不同大小的电平，通过这些电平的组合可以实现多种不同的输出电压波形。

常用的PWM调制技术有正弦脉宽调制（SPWM）和三角脉宽调制（TPWM）。

2.多电平逆变策略：多电平逆变策略通过增加开关管的个数，将直流电压分成多个不同大小的电平，以实现更高质量的输出电压波形。

多电平逆变策略可以减小电压谐波和纹波电流，提高逆变器输出电压的质量。

常用的多电平逆变策略有三电平逆变策略和五电平逆变策略。

3.谐波消除策略：谐波消除策略主要用于减小逆变器输出电压的谐波含量。

通过控制开关管的导通和断开时间，在电流波形的关键位置添加额外的电平，可以减小逆变器输出电压的谐波含量。

常用的谐波消除策略有多重谐波消除策略和空间矢量调制策略。

1.可再生能源领域：多电平逆变器广泛应用于太阳能发电和风力发电等可再生能源系统中。

通过控制多电平逆变器的输出电压和频率，可以实现可再生能源的接入电网，提高系统的电能利用效率。

2.高压直流输电领域：多电平逆变器可以用于将高压直流电能转换为交流电能，以降低输电线路的损耗和提高输电效率。

通过控制多电平逆变器的输出电压和频率，可以实现多级逆变器的串联，提高系统的输出电压。

总之，多电平逆变器的控制策略和应用研究对于推动可再生能源的发展和提高输电效率具有重要意义。

随着技术的进一步发展和研究的深入，多电平逆变器将更加广泛地应用于电力系统中。

逆变器控制方法逆变器控制方法是指对逆变器进行有效控制以实现所需的功率转换功能。

逆变器通常由开关管、滤波电感和电容等元件组成，主要用于将直流电转换为交流电。

目前常见的逆变器控制方法有PWM调制控制和谐波控制两种。

1. PWM调制控制方法：PWM调制是一种通过改变开关器件的工作周期和占空比来控制逆变器输出电压形状的方法。

PWM调制主要包括两种方式：单极性和双极性。

单极性PWM控制方法采用单个电压极性来控制逆变器输出。

具体实现方式是通过比较器比较参考信号和三角波信号，产生一个以参考信号为准的PWM信号。

然后将这个PWM信号作为控制信号提供给逆变器的开关管，从而控制开关管的导通与关闭。

这种方法简单易行，但在控制输出电压的谐波含量和质量方面存在一些问题。

双极性PWM控制方法是一种改进的PWM控制方法，它在单极性PWM的基础上引入了双极性载波信号。

双极性PWM方法具有更好的谐波抑制能力和较低的总谐波失真。

具体来说，通过比较参考信号和带有双极性载波信号的三角波信号，产生两个PWM信号，分别作为开关管的控制信号。

这种方法可以减少逆变器输出电压的谐波含量，提高电压质量。

2. 谐波控制方法：谐波控制方法主要通过加入谐波电流进行逆变器的控制，以实现对输出电压的控制和优化。

该方法是通过控制逆变器输出的电流波形，使得输出电压谐波含量达到一定目标值。

谐波控制方法主要有三种类型：电流控制型、电压控制型和混合控制型。

电流控制型谐波控制方法是通过控制逆变器的输出电流波形来实现对输出电压的控制。

实现方式有多种，比如加入谐波电流的方法，调整通路导致的不对称谐波的方法等。

电压控制型谐波控制方法则是通过控制逆变器的输出电压波形来实现对输出电压的控制。

实现方式主要有无源滤波器和主动滤波器两种。

无源滤波器主要是通过选择合适的电抗器和电容器的组合来实现对谐波信号的滤波和补偿。

主动滤波器则是通过添加逆变器和滤波器之间的控制回路来实现对谐波电压的补偿。

多电平逆变技术在电力电子系统中的应用优化随着电力电子技术的不断发展，多电平逆变技术逐渐成为电力电子系统中的重要组成部分。

多电平逆变技术通过增加逆变器中的电平数目，可以提高系统的功率质量，降低谐波污染，并改善系统的效率。

本文将就多电平逆变技术在电力电子系统中的应用优化进行探讨。

一、多电平逆变技术的基本原理多电平逆变技术是通过在逆变器中增加多个电平来实现的。

传统的三电平逆变器只能产生三种电平，即负电平、零电平和正电平，而多电平逆变器则可以产生更多种电平，例如五电平、七电平甚至更多。

这种增加电平的方式可以有效降低输出波形中的谐波成分，提高整个电力电子系统的功率质量。

二、多电平逆变技术的应用领域多电平逆变技术在多个领域中均有广泛的应用。

其中最常见的应用是交流调速，例如电机驱动系统中的可变频率调速。

传统的三电平逆变器在调速过程中容易产生较多的谐波，使得电机发热增加、效率降低。

而多电平逆变技术可以有效减小谐波成分，降低电机的损耗，提高效率。

此外，多电平逆变技术还可以应用于太阳能发电系统、风力发电系统以及电力传输与配电系统中。

在太阳能发电系统中，多电平逆变器可以提高逆变效率，将太阳能转化为更为稳定的电能。

在风力发电系统中，多电平逆变器可以减小逆变器输出电流中的谐波，提高整个系统的稳定性。

在电力传输与配电系统中，多电平逆变器可以降低系统对电网的污染，提高传输效率。

三、多电平逆变技术的优化方法在实际应用中，为了进一步提高多电平逆变技术的性能，可以采取一系列优化方法。

首先，可以对逆变器的拓扑进行优化设计。

目前常见的多电平逆变器包括多电平线性逆变器和多电平混合逆变器。

线性逆变器在结构上相对简单，但会产生较多的谐波；混合逆变器可以更好地平衡拓扑结构和性能要求，同时降低谐波。

其次，可以优化逆变器的控制策略。

传统的多电平逆变器控制方法主要有脉宽调制和电平间插补。

脉宽调制方法可以通过调整脉冲宽度实现多电平逆变，但易产生谐波。

多电平逆变电路的三种控制方法多电平变换器PWM控制方法可分为两大类：三角载波PWM技术和直接数字技术（空间电压矢量法SVPWM），它们都是2电平P WM在多电平中的扩展。

1. 三角载波PWM方法①消谐波PWM（SHPWM）法消谐波PWM法的原理是电路的每一相使用一个正弦调制波和几个三角波进行比较，在正弦波与三角波相交的时刻，如果正弦波的幅值大于某个三角波的值，则开通相应的开关器件，否则，则关断该器件。

为了使M－1个三角载波所占的区域是连续的，它们在空间上是紧密相连且对称地分布在零参考量的正负两侧。

消谐波PWM是2电平三角载波PWM在多电平中的扩展。

②开关频率最优PWM（SFOPWM）法开关频率最优法是由2电平三角载波PWM扩展而来。

它的载波要求与SHPWM法相同，不同的是它在正弦调制波中注入了零序分量。

对于一个三相系统，这个零序分量是三相正弦波瞬态最大值和最小值的平均值，所以SFOPWM的调制波是三相正弦波减去零序分量后所得到的波形。

这种方法通过在调制波中注入零序分量而使得电压调制比达到1.15。

但是该方法只能用于三相系统。

因为在单相系统中注入的零序分量无法互相抵消，从而在输出波形中存在三次谐波，而在三相系统中就不会有这种问题。

实际上，这种零序分量注入的方法在本质上与电压空间矢量法是一致的，它相当于零矢量在半开关周期始末两端均匀分布的空间电压矢量法。

所以，SFOPWM法可以看成是2电平空间电压矢量法在多电平变换器控制中的推广。

③三角波移相PWM（PSPWM）法三角载波移相PWM法是一种专门用于级联型多电平变换器的P WM方法。

这种控制方法与SHPWM方法不同，每个模块的SPWM 信号都是由一个三角载波和一个正弦波比较产生，所有模块的正弦波都相同，但每个模块的三角载波与它相邻模块的三角载波之间有一个相移，这一个相移使得各模块所产生的SPWM脉冲在相位上错开，从而使得各模块最终叠加输出的SPWM波的等效开关率提高到原来的Keff倍，在不提高开关频率的条件下大大减小了输出谐波。

多电平逆变器主要控制策略综述（本站提供应用行业：阅读次数：1082）【字体：大中小】1引言多电平逆变器具有谐波小、共模电压小、电压变化率小、电磁干扰小、开关频率低、系统效率高、适合中高压大容量变频器应用等特点，近十年得到广泛的研究[1]。

研究主要集中在拓扑结构、控制策略两方面。

图1是多电平逆变器的主要研究内容。

图1 多电平逆变器主要研究内容由于多电平逆变器拓扑结构的多样性，且涉及到直流电压的均衡、开关频率的合理分配、冗余状态的利用等特殊要求，使得对多电平逆变器的控制具有一定的挑战性。

2 载波调制方法（Carrier-based Modulation）载波调制是最常用的多电平控制方法之一，其特点是通过载波和调制波（或参考波）间的比较而获得器件的开关状态。

载波调制按其采样方法可分为：自然采样和规则采样，自然采样一般用于模拟电路实现，规则采样用于数字实现。

规则采样又分对称和不对称采样。

在载波调制中，对于m电平逆变器，常定义幅度调制比ma和mf分别为:频率调制比其中Ac为载波峰峰值，fc为载波频率，Am为调制波峰值，fm为调制波频率。

多电平载波调制由于载波个数的增加，而变得较复杂，但也给控制提供了更多的自由度。

2.1 子谐波脉宽调制 SHPWM(SubHarmonic PWM)由Carrara[2]提出的SHPWM 的基本原理是：对m 电平逆变器，将 m-1个具有相同频率fc 和峰峰值Ac 的三角 载波集连续分布。

频率为fm 、幅值为Am 的正弦调制波置于载波集的中间。

将调制波与各载波信号进行比较，得到逆变器的开关状态。

在载波间的相位关系方面， Carrara 考虑了三种典型配置方案：(1) PD —所有载波具有相同相位； (2) POD —正、负载波间相位相反； (3) APOD —相邻载波间相位相反。

图2是SHPWM 采用PD 配置的波形图。

SHPWM 的最大线性幅度调制比 ma 为1。

对SHPWM 的研究有如下 一些重要结论[3]:对于三相系统，频率比 mf 应为取3的倍数； 单相逆变器，APOD 配置电压谐波最小； 三相逆变器，PD 配置线电压谐波最小。

目录目录 (1)引言 (2)1 各种主要控制策略的原理 (2)1.1多电平正弦高频PWM控制 (2)1.2空间矢量高频PWM调制 (4)1.3选择性谐波消除法 (4)1.4低开关频率空间矢量控制基于空间矢量理论 (6)1.5直接转矩控制 (7)2 多电平逆变器中的电压平衡技术 (8)3 结语 (12)引言多电平逆变器由于其在中、高压电力传动和电力系统中广阔的应用前景，近年来得到人们广泛的关注。

但是，随着电平数的增加，控制的复杂性也随之增加，并且会带来电压不平衡等问题，它对多电平逆变器的电压输出波形质量、有源和无源器件的应力、系统损耗、效率等都有直接的影响，所以对多电平逆变器的调制和控制策略的研究与对多电平逆变器拓扑研究一样，近年来发展很快。

本文将着重对多电平逆变器的调制和控制策略进行系统的分析。

多电平逆变器的调制和控制策略可以根据开关频率分为两大类：高开关频率PWM 调制方式和基波开关频率方式（图1 ）。

高频P W M 开关工作的各种方式具有的公共特点是：在多电平逆变器输出电压基波的一个周期内，功率半导体器件要换流很多次。

由于多电平逆变器允许使用多个高频载波和调制波，而每一个载波和调制波又可能有多个控制自由度，例如，载波有频率、相位、幅值等多个控制自由度；调制波有频率，幅值，零序分量和形状等多个控制自由度，这些控制自由度的不同组合，将可能产生许多不同的PWM 控制方法。

在当前工业应用中，非常普遍应用的是经典的正弦脉宽调制（SPWM）方式，并应用移相技术来减少负载电压中的谐波。

另外一种方法是已成功地用于三电平逆变器的空间矢量调制（S V M ）策略。

低频开关的各种工作方式中，在多电平逆变器输出电压的一个周期内，功率半导体器件通常只换流一次或两次，从而产生一个组合的阶梯形波形。

这种控制类型的代表是采用多电平选择性谐波消除和空间矢量控制。

1 各种主要控制策略的原理1.1 多电平正弦高频PWM 控制以经典的高频三角载波S P W M 技术为基础，在多电平逆变器中发展了几种多载波控制技术。

多电平变换器的概念自从A.Nabael在1980年的IAS年会上提出以后，以其独特的优点受到广泛的关注和研究。

首先，对于n电平的变换器，每个功率器件承受的电压仅为母线电压的1/（n－1），这就使得能够用低压器件来实现高压大功率输出，且无需动态均压电路；多电平变换器的输出电压波形由于电平数目多，使波形畸变(THD)大大缩小，改善了装置的EMI特性；还使功率管关断时的dv/dt应力减少，这在高压大电机驱动中，有效地防止了电机转子绕组绝缘击穿；最后，多电平变换器输出无需变压器，从而大大减小了系统的体积和损耗。

因此，多电平变换器在高电压大功率的变频调速、有源电力滤波装置、高压直流（HVDC）输电系统和电力系统无功补偿等方面有着广泛的应用前景。

1 多电平变换器的拓扑结构国内外学者对多电平变换器作了很多的研究，提出了不少拓扑结构。

从目前的资料上看，多电平变换器的拓扑结构主要有4种：1）二极管中点箝位型（见图1）；2）飞跨电容型(见图2)；3）具有独立直流电源级联型（见图3）；4）混合的级联型多电平变换器。

图1 二极管箝位型三电平变换器图2 飞跨电容型三电平变换器图3 级联型五电平变换器其中混合级联型是3）的改进模型，它和3）的结构基本上相同，唯一不同的就是3）的直流电源电压均相等，而4）则不等。

从图1至图3不难看出这几种拓扑的结构的优缺点。

二极管箝位型多电平变换器的优点是便于双向功率流控制，功率因数控制方便。

缺点是电容均压较为复杂和困难。

在国内外这种拓扑结构的产品已经进入了实用化。

飞跨电容型多电平变换器，由于采用了电容取代箝位二极管，因此，它可以省掉大量的箝位二极管，但是引入了不少电容，对高压系统而言，电容体积大、成本高、封装难。

另外这种拓扑结构，输出相同质量波形的时候，开关频率增高，开关损耗增大，效率随之降低。

目前，这种拓扑结构还没有达到实用化的地步。

级联型多电平变换器的优点主要是同数量电平的时候，使用二极管数目少于拓扑结构1）；由于采用的是独立的直流电源，不会有电压不平衡的问题。