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1、三电平H桥级联型逆变器仿真复现综合设计报告指导老师：*学生：*学号：1108*1.级联式逆变器介绍：包括2H桥级联和3H桥级联，把两个两电平半桥逆变器组成的逆 变桥作为功率单元进行级联，叫做2H桥级联；把两个三电平半桥逆 变器组成的逆变桥作为功率单元进行级联，叫做3H桥级联。2H桥级 联式虽具有控制方法简单、易扩展等优点，但需要的独立直流电源个 数多。而采用3H桥级联可以克服钳位二极管或钳位电容多、控制困 难和需要独立电源个数多的缺点，是一种很有前途的使用方法。这种 级联式3H桥多电平逆变器适用于中、高压大功率应用场合。2仿真软件的选择：由于此仿真主要是对一种控制方法进行验证的，众所周知，ma
2、t lab在控制方面具有优势，因此可以运用mat lab软件仿真。但是考 虑到此控制方法并不是特别复杂且比较简单，因此也可以用PSIM完 成。3仿真研究的问题：本仿真主要针对三电平H桥级联式逆变器的拓扑结构和控制方式 进行复现。级联个数的不同，对控制方法也有不同的要求，通逑SIM 软件仿真，验证论文中不同级联个数的不同控制方法的正确性和可行 性。4仿真结果方面：对三电平H桥功率单元验证控制策略是否正确，逆变输出的电压 波形和对谐波的分析是否和论文一致；对奇数个三电平H桥级联验证其三角波载波的初相是否为（N -1）*2/N，输出的逆变电压为U二4N +1、谐波频次主要分布在6Kout（k为自然数
3、）对偶数个三电平H级联方式验证其功率单元间三角波载波移相是 否为“ /N，输出谐波频次主要分布2K （k为自然数）。5采用PSIM软件对各个控制方法进行仿真复现5.1三电平H桥功率单元仿真复现图2 控制部分电路图.、j-.1tnro0zE寸 tnCO0tn0在控制电路中左桥臂的三角载波初相位为a ,右桥臂的三角载 波的初相位为a +180,即左、右桥臂的三相载波的初相位相差180。 同时，左桥臂采用正弦波+ u二U sinwt作为调制波，右桥臂则采用 s s s-u =-U sin wt作为调制波，亦即左、右桥臂的正弦调制波相位刚好s s s相反。其中Sa 1和Sa3互补，Sa2和Sa4互补。
4、在PSIM中运行主电路图，得到输出电压波形图2输出电压Uab5.1.1仿真中遇到的问题：在控制电路中的-us =Ussin匕丫信号有两种解决方案I 改变正弦波的初相为1800II 在正弦波信号后增加比例环节，设其增益为-1单层层叠的三角波载波没有正确给定正确的单层层叠三角波载波错误的三角波载波以上的两个问题已经在仿真的过程中给予解决，方法如下：正相的三角波载波DC Offset为0 V_peak_to_peak为1,初始相位为Oo； 第二个三角波载波DCOffset为0, V_peak_to_peak为T,初始相位为 18OO 。5.2偶数个三H桥级联 主电路 ypi图3 2个3H桥级联控制电
5、路两个3H桥级联时，功率单元之间的控制上稍有改变，让第二个3H 桥的三角波载波之后第一个900的控制方法，对于偶数个3H桥级联时, 功率单元间载波移相应该为 / N 。图4 偶数级联的控制电路图在PSIM中运行主电路图，得到输出电压波形Uou t为9电平,Umax=2000v,Umin=-2000v,每隔500v输出电压为一个台阶。图5输出电压Uout波形5.3奇数个3H桥级联:主电路图6 3个3H桥级联控制电路当三个3H桥串联组成单相逆变器N=3,则第二个3H桥的三角载波超前第一个120，第三个3H桥的三角载波超前第二个120，而调制波都使用+us、us。图7奇数级联的控制电路图在PSIM中
6、运行主电路图，得到输出电压波形Uout为13电平，输出 电压从30003000V,每500V 一个台阶，总共有4N+1=13个电平，每 隔500v输出电压为一个台阶。仿真得到的串联输出总电压如图8所示。5.3.1仿真中遇到的问题： 每个3H桥功率单元的正弦波调制波不用互相错开1200，即第二个功 率单元的调制波不用超前或滞后第一个1200，第三个功率单元的调制 波不用超前或滞后第二个1200。也就是说三个功率单元的正弦波调制 波是同幅值、同频率、同初相的。 关于正弦调制波的幅值：如果正弦调制波的幅值和偶数级联时一样 为0.8时，则输出波形Uout为11电平，Umax=2500v,Umin=-2
7、500v,每隔 500v输出电压为一个台阶。如下图9所示：当把正弦调制波的幅值改为1或0.9时，让其和三角波载波的幅值相同时，则输出电压Uou t为标准的13电平，且谐波含量比较小，如下图10所示：当把正弦调制波幅值改为 1.5或2时，其输出电压也为标准的 13电图9 正弦调制波幅值为0.8时输出电压图10 正弦调制波幅值为1时输出电压谐波正弦调制波幅值为1.5 时输出电压谐波图 11 正弦调制波幅值为 2 时输出电压谐波由图 9、图10、图 11 比较可以得出，正弦调制波幅值为0.8 时 输出电压是错误的，当正弦调制波幅值为1 时，输出电压谐波幅值为 3000v 且频次比较小；当正弦调制波幅
8、值为1.5时，输出电压谐波幅 值为 3500v 左右且谐波含量大；当正弦调制波幅值为2时，输出电压 谐波幅值为 3800 左右且谐波含量较幅值1.5 时又增大很多。综上所述正弦调制波幅值$0.9时，输出电压为标准的13电平, 但是随着幅值的增大输出电压的谐波含量也随之增加，所以本仿真中 正弦调制波幅值取 1 是比较合理的。6. 总结：此仿真一定还有很多不足的地方，控制电路比较繁琐，接线比 较复杂，其实正弦调制波和三角波载波完全可以用编程的方式加以实 现，那样看起来控制电路会比较简单。另外，三个功率单元组成的三相逆变电路没有做出来，因为其 控制电路一直没有设计到位，脉冲触发有错误。根据论文其输出电压 应该为9电平。通过对功率单元拓扑主电路、偶数个 3H 桥级联和奇数个 3H 桥 级联的仿真结果分析，验证了论文中给出其控制方法的正确性和可行 性。7、参考文献：1 张颖、李崇坚，三电平 H 桥级联型逆变器，电工技术学报2011.52 刘凤君.多电平逆变技术及其应用M.北京：机械工业出版 社 ,2007.3 王兆安、黄俊.电力电子技术M.北京：机械工业出版社,2007.201203.27
三电平H桥级联型逆变器仿真复现
