叶满园 康力璇 潘涛

摘 要：混合级联H桥多电平逆变器拓扑结构在采用常用的混合调制策略进行控制时存在电流倒灌和能量反馈的问题，在部分调制比区间内甚至会出现高压单元输出功率回馈到低压单元的现象，当低压单元直流侧电压由不控整流桥提供时会使得直流母线电容电压上升。为解决该问题，文中提出一种基于改进载波层叠调制的控制方法，其中，高压H桥单元采用方波与三角载波相结合的方法，低压H桥单元采用改进PD调制的方法，对混合频率下所得脉冲进行了重新的逻辑运算与组合，该方法既能解决电流倒灌和能量回馈的问题，还能使两单元之间的输出功率分配也得到了改善。最后进行了仿真和实验结果验证。

关键词：混合级联H桥多电平逆变器;调制策略;电流倒灌;能量回馈;逻辑运算

DOI：10.15938/j.emc.2020.03.009

中图分类号：TM312文献标志码：A文章编号：1007-449X（2020）03-0071-08

Abstract：The hybrid cascaded Hbridge multilevel inverter topology has the problems of current backflow and energy feedback when it is controlled by a common hybrid modulation strategy. In some modulation ratios， the output power of the highvoltage unit may even be fed back to the lowvoltage unit. when the DC side voltage of the lowvoltage unit is provided by the uncontrolled rectifier bridge， the DC bus capacitor voltage will rise. In order to avoid this problem， a method of modified carrier phase disposition modulation strategy is proposed.Among them， the highvoltage Hbridge unit adopted a method of combining a square wave and a triangular carrier， and the lowvoltage Hbridge unit adopted an improved PD modulation method， which recalculated and combined the pulses obtained at the mixed frequency. This method can solve the problems of current backflow and energy feedback， and can also improve the output power distribution between the two units. Finally， simulation and experimental results were verified.

Keywords：hybrid cascaded Hbridge multilevel inverter;modulation strategy;current backflow;energy feedback;logic operation

0 引 言

随着电力电子与电力传动技术的快速发展，多电平逆变器得到了越来越多的应用，其中级联H桥（cascaded HBridge，CHB）多电平逆变器是最为广泛应用的拓扑之一[1-6]。与传统CHB拓扑相比，混合级联H桥多电平逆变器拓扑结构因为可以对不同等级电压级联单元进行协同控制，因此在相同条件下逆变器输出的电平数更多，控制策略也更为灵活性[7-9]。最早提出混合七电平逆变器拓扑结构的是印度学者Manjrekar[10]， 目前该拓扑已经在包括电动汽车[11]，光伏[12-13]以及有源电力滤波器[14]等领域进行了应用，并且都取得了较好的控制效果。

脉宽调制（pulse width modulation，PWM）技术对逆变器来说非常重要，目前多电平逆变器PWM策略主要有：低频调制的特定谐波消除脉宽调制[15]、高频调制的多载波PWM调制[16]和电压空间矢量调制[17]、以及混合调制（Hybrid PWM， HPWM） [18]三大类。针对混合CHB七电平逆变器拓扑，目前比较常用的调制方法是文献[19]提出的传统HPWM调制策略，它分别通过对高、低压单元进行低频和高频的协调控制以输出较高质量的电压波形，但是该方法存在电流倒灌问题，在部分调制度区间内甚至会出现能量回馈现象，如采用不控整流桥来提供直流电源将导致直流母线电容电压上升。为了解决能量倒灌问题，就需要采用全控桥电路来提供电源，但是这样会增加电路成本，降低系统的可靠性，并且因为各级联单元间输出功率分配有可能输出极不均衡的现象，电源利用率差别也较大。文献[20]通过分析电流倒灌产生的原因，进而提出一种适合混合CHB七电平逆变器的调制方法，该方法能够保证高、低压单元输出电压极性始终相同，从而避免电流倒灌现象。但是该方法需要搭建相应的驱动信号逻辑电路来对逆变器进行控制，降低了系统可靠性。

文中以两单元混合七电平逆变器为研究对象，首先分析了HPWM策略的調制原理及输出电压特性，然后，通过对同相载波层叠（phase disposition，PD）策略进行优化，提出一种改进的PD调制方法，该方法通过重构三角载波，并适当引入逻辑控制来得到混合CHB逆变器所需的触发脉冲，从而完全解决了电流倒灌问题，且而还能够改善了高压单元和低压单元的输出功率分配。

5 结 论

本文对混合H桥级联七电平逆变器的调制策略进行了研究，分析了传统HPWM存在的问题和产生的原因。针对该问题提出一种改进PD调制方法，该方法能够避免两单元输出电压极性相反的情况，有效的解决了传统HPWM策略中存在电流倒灌和功率回馈的问题。该方法实现简单、运算量小，同时能够保证逆变器的输出波形质量，对混合级联七电平的实际应用具有一定的意义。

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（编辑：贾志超）