逆变器选择性谐波消除PWM】通过正弦脉宽调制SPWM逆变器以相反相位产生的同阶主谐波消除了低阶谐波（3rd、5th、7th和9th），并且通过使用该方案，降低了总谐波失真（THD）附Simulink仿

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🔥 内容介绍

PWM逆变器在现代电力电子系统中扮演着至关重要的角色，其核心功能在于将直流电转换为交流电，广泛应用于电机驱动、可再生能源并网以及不间断电源等领域。然而，逆变器输出的交流电往往伴随着不期望的谐波分量，这些谐波不仅会导致电能质量下降，还会对电网和连接设备造成不良影响，例如增加损耗、产生噪声、引发谐振以及降低系统效率。因此，如何有效地抑制逆变器输出谐波，提高输出电能质量，一直是电力电子领域的研究热点。

在众多谐波抑制技术中，选择性谐波消除脉宽调制（Selective Harmonic Elimination PWM, SHEPWM）以其独特的优势而备受关注。传统SHEPWM技术通过在PWM波形中引入特定的开关角度，可以精确地消除预设的低阶次谐波。其基本原理是利用傅里叶级数分析，通过求解一组非线性方程，使得特定次谐波的幅值为零。这种方法在消除特定谐波方面效果显著，但在消除更多谐波时，非线性方程组的求解难度会急剧增加，且对开关角的精度要求较高。

本文所探讨的“通过正弦脉宽调制SPWM逆变器以相反相位产生的同阶主谐波消除了低阶谐波（3rd、5th、7th和9th）”是一种创新的选择性谐波消除PWM方案。该方案的核心思想在于巧妙地利用SPWM逆变器在特定条件下产生的主谐波分量。传统SPWM技术通过比较正弦调制波与三角载波来生成PWM脉冲，其主要目的是为了在输出中尽可能地逼近正弦波形。然而，SPPWM在生成主频率交流分量的同时，也会不可避免地产生一系列谐波。

本方案的关键在于，设计两个SPWM逆变器，使其产生相同频率和幅度的基波，但其中一个逆变器产生的特定低阶次谐波（如3次、5次、7次和9次谐波）与另一个逆变器产生的同阶次谐波具有相反的相位。当这两个逆变器的输出在特定点进行叠加时，由于这些低阶次谐波幅值相等且相位相反，它们将相互抵消，从而实现对这些低阶谐波的有效消除。

具体而言，这种方法可能涉及以下几个关键技术点：

1. 双SPWM逆变器结构

   ：系统由两个独立的SPWM逆变器组成，每个逆变器独立工作，产生各自的PWM波形。

2. 相位控制策略

   ：通过精确控制两个SPWM逆变器的调制波相位，使得它们产生的目标谐波分量之间存在180度的相位差。这可以通过调整调制波的初始相位角来实现。

3. 同阶主谐波的利用

   ：不同于传统的直接消除谐波，该方案是利用SPWM逆变器自身产生的“主谐波”（在特定调制策略下，这些谐波可能在某些频率上具有较大的幅值，但通过巧妙的相位控制，可以将其用作抵消目标谐波的“工具”）。例如，在某些调制方式下，SPWM可能会产生较强的3次谐波，如果另一个逆变器也能产生相同幅值但相位相反的3次谐波，则可以通过叠加实现消除。

4. 低阶谐波的特定消除

   ：此方案明确指出可以消除3次、5次、7次和9次谐波。这些是交流电源中常见的低次谐波，对电能质量的影响较大。通过针对性地消除这些谐波，可以显著改善输出波形。

这种通过反相叠加同阶主谐波来消除低阶谐波的方案，相比于传统的SHEPWM技术，可能具有以下优势：

• 简化控制

  ：无需复杂地求解非线性方程，仅需精确控制两个逆变器的调制相位，可能更容易实现。

• 灵活性

  ：通过调整相位控制策略，可能可以灵活地选择需要消除的谐波次数。

• 降低THD

  ：通过有效地消除3次、5次、7次和9次等主要低阶谐波，能够显著降低总谐波失真（Total Harmonic Distortion, THD），从而提高输出电能质量。THD是衡量电能质量的重要指标，较低的THD意味着更接近理想的正弦波形，对电网和负载都更加友好。

然而，该方案也可能面临一些挑战和需要进一步研究的问题：

• 两个逆变器的匹配问题

  ：要实现理想的谐波抵消，两个逆变器在参数、性能和控制精度上需要高度匹配，否则可能导致抵消不完全。

• 系统复杂性

  ：引入两个逆变器可能会增加系统的硬件复杂性和成本。

• 效率问题

  ：双逆变器系统可能会带来额外的损耗，需要评估其整体效率。

• 动态响应

  ：在负载变化或系统扰动时，如何确保谐波的实时抵消效果，是需要考虑的关键问题。

• 更高次谐波的影响

  ：虽然低阶谐波被消除，但更高次谐波的存在仍然会对电能质量产生影响，可能需要结合其他滤波技术来进一步改善。

总而言之，通过正弦脉宽调制SPWM逆变器以相反相位产生的同阶主谐波来消除低阶谐波（3次、5次、7次和9次）的方案，为逆变器谐波抑制提供了一种新颖而有效的思路。该方法巧妙地利用了SPWM逆变器自身的特性，通过精确的相位控制实现谐波抵消，从而显著降低了总谐波失真。这对于提升逆变器输出电能质量、保障电网安全稳定运行以及延长设备使用寿命具有重要意义。随着电力电子技术的不断发展，相信这种创新的谐波抑制方案将在未来的逆变器应用中发挥越来越重要的作用。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 胡赛纯,李加升,邱飚.基于Matlab的SPWM电压型逆变器的谐波分析[J].沈阳师范大学学报：自然科学版, 2011, 29(3):4.DOI:10.3969/j.issn.1673-5862.2011.03.015.

[2] 康伟,张丽霞,康忠健.电流型双向PWM整流器SPWM与SVPWM控制输出特性比较[J].电工技术学报, 2011, 26(11):39-44.

[3] 赵清林,王超,邬伟扬,等.有源钳位双向电压型高频链逆变电源的控制策略[J].电工技术学报, 2006, 21(11):5.DOI:10.3321/j.issn:1000-6753.2006.11.017.

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