作者：
石祥花 谢少军
南京航空航天大学自动化学院
本文原文刊登于《南京航空航天大学学报》。
在上篇文章中，我们和大家探讨了4种3L-NPC型拓扑（二极管NPC、有源式NPC、层叠式NPC及有源层叠式NPC）的调制策略。
本篇文章中，我们将继续就“NPC型三电平半桥逆变器实验结果和效率对比，以及结论”作进一步介绍。
NPC型三电平半桥逆变器实验结果及效率对比
本文研制了NPC型统一实验平台，其基本框架如图7所示，部分技术参数如表4所示。
图7 NPC型统一实验平台基本框架
图7中，输入端电容C1=C2=1800μF，输出端采用LCL滤波器，逆变侧电感Li为0.6mH，并网侧电感Lg为0.36mH。在统一实验平台上，分别对各NPC型拓扑在不同调制策略下进行实验研究及并网效率测试。
1. 4种SPWM调制策略验证
以3L-ANPC为例，在输入电压Vin=400V，调制比m=0.7，负载电阻R=17Ω条件下，分别在前文分析的4种SPWM调制下进行开环实验，其实验波形如图8所示，uo为逆变器输出电压，uinv为桥臂输出电压，Vs2和Vs3分别为开关管S2和S3的耐压。图9给出了这4种调制策略下稳定工作波形，uc1和uc2分别为电容C1和C2上电压。
图8 在不同调制策略下，3L-ANPC开环实验展开波形
图9 在不同调制策略下，3L-ANPC开环实验稳定工作波形
从图8中S2与S3的耐压波形，并结合图9中桥臂电压FFT分析可知，普通SPWM、PF-SPWM、DF-SPWM及PFDF-SPWM的确满足表1中所述特征。
2. NPC型三电平半桥逆变器并网实验
NPC型三电平半桥逆变器的并网控制框图如图10所示，主要包括四个方面控制，分别为直流侧基于电容压差前馈的电容电压均衡控制；基于电容电流反馈的有源阻尼控制，来有效抑制谐振；基于电网比例前馈控制，来抑制电网谐波对进网电流的影响；基于准谐振调节器的特定谐波消除控制，来有效抑制进网电流的低频谐波。
图10 NPC型三电平半桥逆变器并网控制框图
在上述并网控制策略下，分别对各NPC拓扑在不同调制策略下，进行非单位功率因数的并网实验，其实验波形如图11所示，vg为电网电压，ig为进网电流。这表明，文中分析的4种调制略均可使逆变器工作在非单位功率因数。
图11 各NPC拓扑在4种调制策略下，非单位功率因数并网实验波形
为了测试各NPC型拓扑在不同调制策略下的性能，在单位功率因数条件下进行并网实验，并进行效率测试。图12给出了各NPC型三电平半桥逆变器在相同调制策略下并网的欧洲效率比较图。从图中可以看出，在不同调制策略下，各NPC型并网的欧洲效率近似一致，均在96.2%左右。
图12 各NPC型三电平半桥逆变器并网的欧洲效率
结论
本文针对传统3L-NPC拓扑内外管损耗不均的缺点，在衍生的NPC型拓扑基础上，根据零电平续流路径的不同配置方式，总结出4种SPWM调制方式；根据这4种SPWM调制方式，对各NPC型拓扑进行损耗分布分析及并网效率测试对比，结果表明：
① 各NPC型拓扑在4种SPWM调制下，并网效率基本一致；
② 3L-NPC适用于小功率场合，结构及控制相对简单；
③ 3L-ANPC拓扑在小功率场合不具备明显优势，在大功率场合，散热设计困难；
④ 3L-SNPC拓扑内外管损耗较为均衡，适用于大功率场合；
⑤ 3L-ASNPC结构及调制复杂，使用价值不大。
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