三電平并網逆變器共模電壓抑制方法研究

摘要：針對高壓大功率三電平并網逆變器應用中產生的共模電壓，對其產生機理進行分析，比較常規正弦脈寬調制(SPWM)策略對逆變器共模電壓的抑制效果，通過優化開關序列的組合，提出一種新型SPWM策略。該策略有效地將三電平并網逆變器共模電壓抑制在一定范圍內，明顯優于常規SPWM策略，同時兼顧了輸出波形的質量。仿真和實驗結果證明了新型調制策略的可行性和對共模電壓抑制的有效性。
關鍵詞：并網逆變器；共模電壓；正弦脈寬調制

1 引言
在光伏技術產業化進程中，多電平電壓源逆變器性能不斷提高，但其存在的負面效應備受關注。其負面效應使系統可靠性下降、故障率增加，它所帶來的實際損失可能超過逆變系統自身的成本。因此，研究多電平逆變器共模電壓產生機理，對其加以消除或抑制具有重要意義。這里主要從控制策略優化的角度對共模電壓進行分析研究。結合二極管中點箝位(NPC)三電平逆變器拓撲結構，分析了共模電壓產生機理，通過優化調制策略抑制共模電壓。

2 三電平逆變器原理及共模電壓
要消除共模電壓，需改進逆變器拓撲結構并分析共模電壓產生機理，進而提出抑制或消除共模電壓的方法。基于IGBT的NPC三電平高壓大功率逆變器常用拓撲如圖1所示，主要包括直流側、三電平逆變器、L濾波器及電網，其中三電平逆變器由12個IGBT和12個反并聯二極管及6個箝位二極管組成。

簡要分析NPC三電平逆變器的工作原理，以a相為例，當開通VSa1，VSa2，關斷VSa3，VSa4時，在逆變器輸出端可以獲得一個正電平；當開通VSa2，VSa3，關斷VSa1，VSa4時，輸出電壓為零；當開通VSa3，VSa4，關斷VSa1，VSa2時，可在輸出端得到一個負電平。根據其原理，可定義Sx(x=a，b，c)為三電平逆變器三相輸出的開關函數，其具體定義為：