級聯式STATCOM調制策略分析與仿真

鞏曉

摘 要：對于多電平結構來說，PWM技術是其中非常關鍵的環節，它關系到級聯式STATCOM的輸出電壓質量及系統效率。本文通過對多種調制策略原理進行分析與對比，包括雙極性CPS-SPWM和單極性CPS-SPWM，將單極性CPS-SPWM技術作為級聯式STATCOM的調制技術。單極性CPS-SPWM調制技術使STATCOM能用比較低的開關頻率來獲得比較高的等效開關頻率，從而來降低輸出電流的諧波含量。

關鍵詞：級聯式STATCOM；雙極性CPS-SPWM；單極性CPS-SPWM；等效開關頻率

多電平逆變器的調制方法有很多種，從廣義來說有多載波PWM技術[1]和空間失量PWM技術[2]；空間矢量PWM調制法雖然在硬件上易實現，但是當輸出超過五電平時主要使用多載波PWM調制法，根據載波的分布，多載波PWM法又可分為基于載波相移PWM法[3]和基于載波層疊PWM法[4]。

本文工作：利用MATLAB軟件分析對比了單極性CPS-PWM法及雙極性CPS-PWM法的諧波成分及其頻譜。

一、雙極性 CPS-SPWM[5]

雙極性CPS-SPWM調制基本原理：由false個H橋單元組成的單相級聯電路中，各H橋單元共用正弦調制波，三角載波之間相位差為false。圖1是false為4時雙極性CPS-SPWM的調制波，（b）為各H橋單元的調制波，（c）為單相H橋級聯電路的輸出波形。圖2是其得到的5電平輸出脈沖。

二、單極倍頻 CPS-SPWM[6]

單極倍頻false調制方法原理：使各三角載波相位相差false，且每級false橋單元的左右橋臂使用相位相反的正弦調制波。將各個false橋單元的輸出進行疊加，就能得到其輸出電壓波形有false個電平。圖3是單極倍頻false調制法的調制波形，可輸出false電平。

一般情況下，每個載波與其相鄰載波的相位是三角載波周期的1/2N，那么第 i（1

則第i個H橋單元的輸出電壓為：

i個H橋單元輸出電壓之和即為級聯式STATCOM單相的輸出電壓，可表示為：

在CPS-SPWM調制方法下，級聯式多電平STATCOM 輸出的電壓波形是階梯形的，對由以上兩種方法所得到的波形進行傅里葉分析[8]知，雙極性CPS-SPWM調制法的等效開關頻率可以提高N倍，而單極倍頻CPS-SPWM的等效開關頻率能夠提高至2N倍。

三、結論

將單極倍頻調制法運用到級聯式STATCOM中有以下優點：并網時，輸出電壓只含交流分量而不含直流，系統較穩定；可以在不提高各模塊開關頻率的條件下得到更高的等效開關頻率，且輸出更多的電平數，從而改善了輸出電壓的諧波特性。能減少輸出諧波含量。因此單極倍頻調制法在大容量的級聯式多電平電路中，得到了非常廣泛的應用。

參考文獻：

[1]粟時平，劉桂英.靜止無功功率補償技術[M].中國電力出版社.

[2]崔影.基于級聯H橋的中壓SVG控制策略研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2012 .

[3]粟時平，劉桂英.靜止無功功率補償技術[M].北京：中國電力出版社，2006：56-58.