级联式STATCOM调制策略分析与仿真

摘 要：对于多电平结构来说，PWM技术是其中非常关键的环节，它关系到级联式STATCOM的输出电压质量及系统效率。本文通过对多种调制策略原理进行分析与对比，包括双极性CPS-SPWM和单极性CPS-SPWM，将单极性CPS-SPWM技术作为级联式STATCOM的调制技术。单极性CPS-SPWM调制技术使STATCOM能用比较低的开关频率来获得比较高的等效开关频率，从而来降低输出电流的谐波含量。

关键词：级联式STATCOM；双极性CPS-SPWM；单极性CPS-SPWM；等效开关频率

多电平逆变器的调制方法有很多种，从广义来说有多载波PWM技术[1]和空间失量PWM技术[2]；空间矢量PWM调制法虽然在硬件上易实现，但是当输出超过五电平时主要使用多载波PWM调制法，根据载波的分布，多载波PWM法又可分为基于载波相移PWM法[3]和基于载波层叠PWM法[4]。

本文工作：利用MATLAB软件分析对比了单极性CPS-PWM法及双极性CPS-PWM法的谐波成分及其频谱。

一、双极性 CPS-SPWM[5]

双极性CPS-SPWM调制基本原理：由false个H桥单元组成的单相级联电路中，各H桥单元共用正弦调制波，三角载波之间相位差为false。图1是false为4时双极性CPS-SPWM的调制波，（b）为各H桥单元的调制波，（c）为单相H桥级联电路的输出波形。图2是其得到的5电平输出脉冲。

二、单极倍频 CPS-SPWM[6]

单极倍频false调制方法原理：使各三角载波相位相差false，且每级false桥单元的左右桥臂使用相位相反的正弦调制波。将各个false桥单元的输出进行叠加，就能得到其输出电压波形有false个电平。图3是单极倍频false调制法的调制波形，可输出false电平。

一般情况下，每个载波与其相邻载波的相位是三角载波周期的1/2N，那么第 i（1

则第i个H桥单元的输出电压为：

i个H桥单元输出电压之和即为级联式STATCOM单相的输出电压，可表示为：

在CPS-SPWM调制方法下，级联式多电平STATCOM 输出的电压波形是阶梯形的，对由以上两种方法所得到的波形进行傅里叶分析[8]知，双极性CPS-SPWM调制法的等效开关频率可以提高N倍，而单极倍频CPS-SPWM的等效开关频率能够提高至2N倍。

三、结论

将单极倍频调制法运用到级联式STATCOM中有以下优点：并网时，输出电压只含交流分量而不含直流，系统较稳定；可以在不提高各模块开关频率的条件下得到更高的等效开关频率，且输出更多的电平数，从而改善了输出电压的谐波特性。能减少输出谐波含量。因此单极倍频调制法在大容量的级联式多电平电路中，得到了非常广泛的应用。

参考文献：

[1]粟时平，刘桂英.静止无功功率补偿技术[M].中国电力出版社.

[2]崔影.基于级联H桥的中压SVG控制策略研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012 .

[3]粟时平，刘桂英.静止无功功率补偿技术[M].北京：中国电力出版社，2006：56-58.