吴彦钊

摘 要：多电平逆变器是目前常用的电力电子装置，其中混合级联多电平逆变器因可以使输出电压电流的波形明显得以改善，减少应用成本等优点而成为目前的研究热点。将混合级联逆变器采用随机频率脉宽调制策略（RFPWM）可以使其输出电压电流波形的谐波大大降低，因而具有极大地工程实践价值。本文首先给出了混沌理论的定义，详细分析了RFPWM调制原理，然后提出一种基于混沌序列的RFPWM调制策略，最后在MATLAB中搭建七电平的逆变器仿真模型并应用文中提出的新型调制策略。仿真结果表明调制策略对于输出的谐波抑制是十分有效的。

关键词：混沌序列;级联逆变器;RFPWM

1 绪论

混合级联多电平逆变器是MMC的一种重要的拓扑结构，现广泛应用于大功率的电力电子与电力传动设备，[1]其具有如下的优点：1）相电压的冗余性好;2）逆变出波形谐波含量较低;3）结构模块化，易于拓展。目前，混合级联多电平逆变器在新能源供电系统中应用极为广泛。[2]

随着现代科技理论的迅猛发展，混沌理论因其广泛的涵盖性应运而生，甚至被称为相对论之后的又一重大的理论飞跃，具有巨大的研究潜力，吸引着国内外众多学者的目光。[3]

本文首先给出了混沌理论的定义和通用理论，建立了混沌混合序列，然后阐述了混合七电平逆变器的RFPWM调制策略，将基于混沌混合序列的RFPWM应用与多电平逆变器，并在MATLAB中搭建相应的仿真模型，通过分析仿真结果可以验证输出波形的谐波含量的降低。

2 混沌混合序列的建立

国内外的专家学者经过一段长期的对混沌理论的研究，目前形成了比较通用的是Li-Yorke定理和R.L.Devaney定义。尽管该定义描述尚不是非常全面，但可以较为完整的描述混沌现象的特性。

Li-Yorke定理：设 f（x） 在一定的区间之中具有连续的自映射，对于任意的正整数N*， f（x） 有N*个周期点。

混沌的定义：存在一个闭区间I上的连续映射 f（x） ，且满足：

（1） f 的周期点的周期无上界;

（2）闭区间I上存在不可数子集 s ，同时满足：

①对任意的 x，y∈S ，当 x≠y 时有：

lim n→SymboleB@

sup fn（x）-fn（y）>0 （1）

②对任意的 x，y∈S ，有：

lim n→SymboleB@

inf fn（x）-fn（y）=0 （2）

如果上述的两点要求均可达到，便可认为混沌现象的存在。

3 调制级联混合多电平逆变器的方法

我们将随机开关PWM的频率控制设为：

f（t）=f s+Δf=k 1u s+k 2u 2 （3）

其中， f s 为PWM开关频率， Δf 为PWM信号带宽; u s 决定 f s 的变化情况， u 2 决定 Δf 的变化情况。当 Δf 为零时， f（t） 为定频PWM;当 Δf 的变化符合周期规律时， f（t） 为按照周期规律变化的PWM;当 Δf 的变化符合混沌规律时，为按照混沌规律变化的PWM，调制的过程中，逆变器占空比被改变，从而实现PWM调制的随即进行。

根据式（3），我们可以进行混沌调制，取使 Δf 混沌变化时，实现 R i 在区间内变化，而变化的区间是混沌的。用随机性在混沌中的应用和均匀性在[-1，1]区间中的应用，我们可以选取到最优的随机信号，并参考混沌规律的起伏波动来控制RFPWM调制的载波。

4 仿真分析

4.1 电压波形

我们可以根据以上探讨的内容得出混合混沌RFPWM的电流和电压的相关波形仿真图，如图1所示，我们可以看出以混合混沌RFPWM为基础的级联混合七电平逆变器中的电压尖脉冲信号，几乎不失真;电流波形的形状也与正弦波基本吻合。

4.2 频谱分析

图2可以得到如下结论：采用新型的调制策略对逆变器输出的高次谐波的幅值有很强的削减抑制作用。从图2我们可以证明，在混合混沌序列的RFPWM影响下，电压谐波的尖脉冲也得到了明显的削弱。

5 结论

本文详细阐述了混沌序列的特点，也认真分析了RFPWM调制策略，基于七电平逆变器提出了一种新型调制策略，并将其应用于混合多電平逆变器之中，通过对搭建的仿真的输出的波形分析可知，将新型调制策略运用在级联逆变器之中可以使得开关器件的利用率得到大幅度提高;在混沌的特性规律变化下，RFPWM调制的运行将更加可靠。

参考文献：

[1]粟时平，刘桂英.静止无功功率补偿技术[M].北京：中国电力出版社，2016（3）.

[2]戴晓亮.无功补偿技术在配电网中的应用[J].电网技术，2015，23（6）：11-14.

[3]董云龙，吴杰.无功补偿技术综述[J].节能，2013，（9）：13-15，19-20.