載波層疊與載波移相的介紹與仿真

下面簡單介紹一下載波層疊和移相的原理，并對其進行了仿真驗證。

1.載波層疊

載波層疊PWM既適用于二極管/電容鉗位型逆變器，也適用于具有獨立直流源的級聯型逆變器。當采用N 個幅值和頻率相同的三角波在縱軸方向上下連續排列作為載波，與同一調制波進行交截比較后得到不同時刻的輸出電平，隨之確定各個開關管的開通關斷狀態，最后最多可以輸出2N+1 個電平。根據三角載波在縱軸方向排列時相位的關系，三角載波層疊PWM 控制可以分為以下三種: ( 1 )同相層疊法( Phase Disposition，PD) ，即三角載波在縱軸方向上相位相同，如圖1-1 ( a ) 所示；( 2 ) 交替反相層疊法( Alternative Phase Opposition Disposition，APOD) ，即相鄰的三角載波在縱軸方向排列時相位相反，如圖1-1 ( b) 所示; ( 3) 正負反相層疊法( Phase Opposition Disposition，POD) ，即橫軸以上的三角載波同相位，橫軸以下的三角載波同相位并與橫軸以上的三角載波反相，如圖1-1( c ) 所示。

2 載波移相

載波移相是用多個分別移相、幅值相同的三角載波與調制波比較,生成PWM波分別控制各組功率單元，然后再疊加,形成多電平PWM波形，稱為載波移相法(PhaseShiftCarrierPWM),一般用在H橋串聯型(級聯型)結構、電容箱位型結構。

關于 CPS-PWM 在 MMC 變換器中的運用，主流的有兩種實現方式，一種是最大輸出電平為N+1電平的調制，另一種是最大輸出電平為2N+1電平的調制。

載波移相脈寬調制技術(CPS-SPWM)有良好的諧波特性，利用較低的開關頻率就能實現等效較高開關頻率。MMC中應用CPS-SPWM即對MMC每個橋臂的N個子模塊分別進行正弦脈寬調制。如圖4-2所示為(方式1)CPS-SPWM調制過程。各子模塊相應的三角載波依次移開1/N個三角載波周期(2π/N相角)，然后與同一條正弦調制波進行比較，產生N組SPWM調制信號，對應驅動N個子模塊單元，然后將子模塊電壓相疊加。同一相的上下橋臂對應子模塊的載波互錯π角度，同一相的上、下橋臂的調制波反相，等效輸出相電壓最大電平數為N+1。

圖2 N=3，A相載波移相示意圖(方式1)

如圖3所示為(方式2)CPS-SPWM調制過程。與方式一相似，只是在上下橋臂對應子模塊的載波互錯角度有區別。方式2中，同一相的上下橋臂對應子模塊的載波互錯π/N角度，上、下橋臂的調制波反相。此方法不需要滿足任意時刻每相同時投入的子模塊數為N 這一約束條件。因此，可以采用如下移相方式獲得等效輸出相電壓最大電平數為2N+1。

圖3 N=4，A相載波移相示意圖(方式2)

3 載波比與調制度

3.1載波比

是在調制中每周基波（三角波）與所含正弦調制波輸出的脈沖總數之比，即兩者頻率之比ft / fr。

3.2 調制度

調制度關系反映載波的幅度、頻率或相位受低頻調制信號控制的程度。

調制度=調制波幅值/載波幅值。

4.仿真

仿真參數為N=4，載波比 fc/fr=4，調制比 M=0.85，采用方式1。圖4表示A 相的載波移相調制過程。由圖 6-1 可以看出，各子模塊輸出電壓為兩電平，上、下橋臂對應子模塊互補開通。根據圖 4不難發現這種移相方式的核心在于確保同一相的上、下橋臂對應子模塊互補導通，這樣就能夠保證任意時刻任意一相均有 N 個子模塊處于投入狀態。