基于同倫算法的逆變電源特定消諧法的研究

0 引 言
隨著(zhù)逆變器的大量應用，逆變器產(chǎn)生的諧波會(huì )給電網(wǎng)、電器設備、通信網(wǎng)絡(luò )等帶來(lái)嚴重危害，這使得消諧逆變器的研究越來(lái)越重要。同時(shí)為滿(mǎn)足高壓大功率應用領(lǐng)域的需要，采用主電路為級聯(lián)多電平逆變器，實(shí)現波形的多重移相疊加。特定諧波消除(SHEPWM)方法。能使逆變器開(kāi)關(guān)頻率降低，消除特定低次諧波，減少電流脈動(dòng)，輸出波質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，因此對SHE技術(shù)的研究具有明顯的理論意義和廣闊的工程開(kāi)發(fā)前景。
由于消諧PWM逆變器的數學(xué)模型為非線(xiàn)性超越方程組，該方程中有三角函數，并且是超越方程，存在多組解。通常采用牛頓法求解該模型，但由于牛頓法的局部收斂性質(zhì)，需要找到與準確值較為接近的初值，否則迭代不收斂，這比較困難，且不利于在線(xiàn)計算，而同倫算法求解該模型可有效地克服上述缺點(diǎn)

l 級聯(lián)多電平逆變器結構與控制設計
1．1 級聯(lián)多電平逆變器結構
圖1顯示主電路為級聯(lián)多電平逆變器的單相拓撲結構，每個(gè)逆變器模塊結構相同，通過(guò)一個(gè)單相全橋逆變器表示。級聯(lián)多電平逆變器的結構允許每個(gè)模塊的分離控制，模塊的數量與要求的電壓源的數量是相等的。電平數NL和模塊數M的關(guān)系公式為：

模塊數即單相H橋逆變器的個(gè)數，它們串聯(lián)連接產(chǎn)生一個(gè)多電平的輸出電壓；總輸出電壓與每個(gè)模塊的輸出電壓之和相等。即為：

式中：VMm為第m個(gè)模塊的輸出電壓。
每個(gè)模塊有它自己的直流電壓(VDC)和4個(gè)開(kāi)關(guān)裝置，如第m個(gè)模塊的開(kāi)關(guān)裝置是S1m，S2m，S3m和S4m，(表1中開(kāi)為“1”，關(guān)為“0”)。如圖2所示每個(gè)模塊能產(chǎn)生一個(gè)三電平輸出：+VDC，0，-VDC。通過(guò)這4個(gè)開(kāi)關(guān)裝置能有順序地將直流電壓到交流邊。如表1所示輸出電壓與一個(gè)五電平模塊結構多電平逆變器的功率裝置的開(kāi)關(guān)狀態(tài)相對應。因為1個(gè)輸出電壓包括5個(gè)電平+2VDC，+VDC，0，-VDC，-2VDC，需要的模塊數是2。

1．2 控制設計
表2所示是一個(gè)五電平的級聯(lián)多電平逆變器控制設計。假設級聯(lián)多電平逆變器的每個(gè)模塊的直流電壓VDC=20 V，如表2中的描述知級聯(lián)多電平逆變器的操作大部分取決于模塊1，只有當q>0.5時(shí)，模塊2才參與運行。盡管在五電平級聯(lián)多電平逆變器中需要8個(gè)功率裝置，這8個(gè)裝置并不全被利用，此種情況減少了功率裝置的電壓應力。對于如圖2所示的單相逆變器，基波幅值q最大值為1.0，再大將導致一些迭代法(如牛頓迭代法)無(wú)法收斂。