模拟使用相位分布PWM（PDPWM）技术的五电平（NPC）研究附Simulink仿真

原创于 2025-06-25 10:31:09 发布 · 813 阅读

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🔥 内容介绍

随着电力电子技术的迅猛发展，高压大功率电力变换器的需求持续增长。多电平逆变器作为能够输出高电压、低谐波的有效方案，受到广泛关注。相较于传统的两电平和三电平逆变器，多电平逆变器输出电压等级更多，可降低输出电压谐波含量、减少开关损耗，提升电能质量。五电平中点钳位（NPC）逆变器是重要的多电平拓扑之一，具有结构简单、易于控制、电压利用率高等优势。然而，其中点电压平衡问题一直是研究的难点，受开关器件非理想特性和负载不对称性影响，易出现中点电压漂移，影响逆变器性能甚至损坏设备。

脉宽调制（PWM）技术是多电平逆变器控制的核心，合理的调制策略能有效控制开关器件通断，实现期望的输出电压和电流波形，改善逆变器各项性能指标。相位分布 PWM（PDPWM）技术作为经典的 PWM 调制策略，具备实现简单、易于同步、开关频率高等优点。本文聚焦于 PDPWM 技术在五电平 NPC 逆变器中的应用，通过仿真分析其输出电压谐波特性和中点电压平衡问题，并与其他调制策略对比，为五电平 NPC 逆变器控制策略优化提供参考。

二、五电平 NPC 逆变器拓扑结构与工作原理

三、PDPWM 调制技术原理

四、仿真分析

五、与其他调制策略比较

5.1 与空间矢量脉宽调制（SVPWM）比较

SVPWM 技术通过对电压空间矢量的合成与控制，实现逆变器输出电压的调节。与 PDPWM 相比，SVPWM 在电压利用率方面略高，但算法复杂度高，需要进行复杂的矢量空间划分和扇区判断，计算量大，在五电平及更高电平逆变器中实现难度较大。而 PDPWM 实现简单，易于同步，开关频率高，在五电平 NPC 逆变器中具有更好的工程应用价值。

5.2 与选择性谐波消除脉宽调制（SHEPWM）比较

SHEPWM 技术基于选择性谐波消除，可精确消除指定谐波成分，降低输出电压谐波含量。然而，SHEPWM 需要预先计算特定的开关角度，对控制器性能要求高，且灵活性较差，难以适应负载和工况变化。PDPWM 则能够根据实时调制信号生成开关信号，对负载变化适应性强，虽然在谐波消除精确性上稍逊于 SHEPWM，但综合性能更优。

六、结论

本文对 PDPWM 技术在五电平 NPC 逆变器中的应用进行了深入研究。通过介绍五电平 NPC 逆变器拓扑结构和工作原理，详细阐述 PDPWM 调制技术原理及在五电平 NPC 逆变器中的实现方法，并通过仿真分析其输出电压谐波特性和中点电压平衡问题，与其他调制策略比较，得出以下结论：PDPWM 技术能够有效控制五电平 NPC 逆变器开关器件通断，实现接近正弦波的输出电压和电流波形，具有实现简单、易于同步、开关频率高等优点；但在实际应用中，需采用额外控制策略解决中点电压平衡问题，如冗余状态控制、直流电压调整或载波偏移法等。总体而言，PDPWM 技术在五电平 NPC 逆变器中具有良好的应用前景，为五电平 NPC 逆变器控制策略优化提供了有效参考。未来可进一步研究 PDPWM 技术在不同工况下的优化应用，以及与其他先进控制技术的结合，提升五电平 NPC 逆变器性能。