下面简单介绍一下载波层叠和移相的原理,并对其进行了仿真验证。
1.载波层叠
载波层叠PWM既适用于二极管/电容钳位型逆变器,也适用于具有独立直流源的级联型逆变器。当采用N 个幅值和频率相同的三角波在纵轴方向上下连续排列作为载波,与同一调制波进行交截比较后得到不同时刻的输出电平,随之确定各个开关管的开通关断状态,最后最多可以输出2N+1 个电平。根据三角载波在纵轴方向排列时相位的关系,三角载波层叠PWM 控制可以分为以下三种: ( 1 )同相层叠法( Phase Disposition,PD) ,即三角载波在纵轴方向上相位相同,如图1-1 ( a ) 所示;( 2 ) 交替反相层叠法( Alternative Phase Opposition Disposition,APOD) ,即相邻的三角载波在纵轴方向排列时相位相反,如图1-1 ( b) 所示; ( 3) 正负反相层叠法( Phase Opposition Disposition,POD) ,即横轴以上的三角载波同相位,横轴以下的三角载波同相位并与横轴以上的三角载波反相,如图1-1( c ) 所示。
2 载波移相
载波移相是用多个分别移相、幅值相同的三角载波与调制波比较,生成PWM波分别控制各组功率单元,然后再叠加,形成多电平PWM波形,称为载波移相法(PhaseShiftCarrierPWM),一般用在H桥串联型(级联型)结构、电容箱位型结构。
关于 CPS-PWM 在 MMC 变换器中的运用,主流的有两种实现方式,一种是最大输出电平为N+1电平的调制,另一种是最大输出电平为2N+1电平的调制。
载波移相脉宽调制技术(CPS-SPWM)有良好的谐波特性,利用较低的开关频率就能实现等效较高开关频率。MMC中应用CPS-SPWM即对MMC每个桥臂的N个子模块分别进行正弦脉宽调制。如图4-2所示为(方式1)CPS-SPWM调制过程。各子模块相应的三角载波依次移开1/N个三角载波周期(2π/N相角),然后与同一条正弦调制波进行比较,产生N组SPWM调制信号,对应驱动N个子模块单元,然后将子模块电压相叠加。同一相的上下桥臂对应子模块的载波互错π角度,同一相的上、下桥臂的调制波反相,等效输出相电压最大电平数为N+1。
图2 N=3,A相载波移相示意图(方式1)
如图3所示为(方式2)CPS-SPWM调制过程。与方式一相似,只是在上下桥臂对应子模块的载波互错角度有区别。方式2中,同一相的上下桥臂对应子模块的载波互错π/N角度,上、下桥臂的调制波反相。此方法不需要满足任意时刻每相同时投入的子模块数为N 这一约束条件。因此,可以采用如下移相方式获得等效输出相电压最大电平数为2N+1。
图3 N=4,A相载波移相示意图(方式2)
3 载波比与调制度
3.1载波比
是在调制中每周基波(三角波)与所含正弦调制波输出的脉冲总数之比,即两者频率之比ft / fr。
3.2 调制度
调制度关系反映载波的幅度、频率或相位受低频调制信号控制的程度。
调制度=调制波幅值/载波幅值。
4.仿真
仿真参数为N=4,载波比 fc/fr=4,调制比 M=0.85,采用方式1。图4表示A 相的载波移相调制过程。由图 6-1 可以看出,各子模块输出电压为两电平,上、下桥臂对应子模块互补开通。根据图 4不难发现这种移相方式的核心在于确保同一相的上、下桥臂对应子模块互补导通,这样就能够保证任意时刻任意一相均有 N 个子模块处于投入状态。
图4 仿真波形
5 遇到的问题
目前仿真只是开环仿真,在实现闭环仿真是出现了问题,可能是参数上的问题,有待解决。