章 辉

南京璞骏新能源技术有限公司，江苏 南京 210000

0 引言

自Nabael在1980年的IAS年会上提出多电平变换器的概念以后，其以独特的优点受到广泛的关注和研究。针对多电平拓扑结构，专家学者们提出了许多控制策略，比如阶梯波调制法、载波移相法、电压空间矢量法等。其中，阶梯波调制法具有实现简单、开关频率最低（等于基波频率）、开关损耗小等优点，而这些在大功率场合尤为重要。阶梯波调制中，触发角度的选取是影响电压输出谐波（THD或thd）的关键因素。文章对现有的几种阶梯波触发角度算法进行了分析比较，以期寻找一种最理想的触发角度，使输出电压的谐波含量或者低次谐波含量最少，推动阶梯波调制法在高频高压领域的使用。

1 THD最小法

THD最小法将问题转化到数学领域，对所要用到的概念先给出数学定义，再利用数学方法进行求解。阶梯波是阶梯波逆变器或此类逆变器输出的交流电压波形。

1.1 阶梯波的触发角度

Vout=SW(θ)定义为

式中：h为每个阶梯高。当N＝4，即为9电平时SW(θ)如图1所示。

图1 4个触发角的阶梯波

1.2 阶梯波的谐波能量

将N=1时的阶梯波写成三角级数形式：

角度/°

式中：h为单个阶梯的高。多角度阶梯波可以看成简单阶梯波叠加，因此对于一般阶梯波三角级数，有

波形谐波含量是衡量阶梯波质量好坏的一个重要指标。以谐波含量的值，即谐波所占能量与基波所占能量的比值为指标来考查阶梯波是否最优。

谐波含量的计算公式如下：

让阶梯波最优，就必须使THD尽量小，也就是要尽量大，即基波所占的能量比尽量大。……