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电动汽车驱动 PWM控制 ★ 5.0

基于移相SPWM的单源五电平电流源逆变器调制方法

Phase-Shifting SPWM-Based Modulation for Single-Source Five-Level Current Source Inverter

作者 Ling Xing · Qiang Wei · Yunwei Li · Yan-Fei Liu
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年3月
技术分类 电动汽车驱动
技术标签 PWM控制
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 单源五电平电流源逆变器 相移正弦脉宽调制 调制技术 谐波性能 实验验证
语言:

中文摘要

摘要:近期有人提出了一种具有固有电流平衡特性且开关数量较少的单电源五电平电流源逆变器(CSI)。实现五电平输出并在低开关频率下具备优异谐波性能的该逆变器调制方案仍是一项挑战,目前尚未得到探索。相移正弦脉冲宽度调制(SPWM)是一种成熟的技术,能在低开关频率下实现优异的谐波性能。尽管有这些优点,但由于单电源五电平 CSI 的独特单电源拓扑结构,相移 SPWM 技术无法应用于该逆变器。在本研究中,明确了将相移 SPWM 应用于单电源五电平 CSI 所面临的挑战,并为单电源五电平 CSI 开发了一种基于相移 SPWM 的新型调制技术,该技术保留了相移 SPWM 的所有优点。通过实验室规模的实验验证了其性能。

English Abstract

A single-source five-level current source inverter (CSI) with inherent current balancing and fewer switches was recently proposed. Its modulation scheme that achieves both five-level output and superior harmonic performance with low switching frequency remains a challenge and has not yet been explored. Phase-shifting sinusoidal pulsewidth modulation (SPWM) is a well-established technique that offers superior harmonic performance at low switching frequencies. Despite these advantages, its application to the single-source five-level CSI is not applicable due to its unique single-source topology. In this work, the challenge associated with applying phase-shifting SPWM to the single-source five-level CSI is identified, and a novel phase-shifting SPWM-based modulation technique retaining all the advantages of phase-shifting SPWM is developed for the single-source five-level CSI. Lab-scale experiments are conducted to verify the performance.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项单源五电平电流源逆变器(CSI)的相移SPWM调制技术具有重要的战略价值。该技术通过创新的调制方案实现了五电平输出,同时在低开关频率下保持优异的谐波性能,这直接契合我们在光伏逆变器和储能系统领域对高效率、低损耗的核心需求。

技术优势方面,单源拓扑结构减少了开关器件数量,配合固有的电流平衡特性,可显著降低系统成本和复杂度。低开关频率运行意味着更低的开关损耗和更高的系统效率,这对于我们的大功率集中式逆变器和储能变流器产品线尤为关键。相移SPWM技术带来的优异谐波性能,能够减少滤波器设计难度,提升电能质量,满足日益严格的并网标准。

从应用前景评估,该技术目前处于实验室验证阶段,技术成熟度尚需提升。对于阳光电源而言,潜在应用场景包括:中大功率光伏并网逆变器、工商业储能PCS、以及对谐波要求严格的微电网系统。特别是在储能双向变流领域,CSI拓扑的过流保护能力和鲁棒性优势值得深入研究。

技术挑战主要集中在:单源拓扑向多电平扩展的工程化实现、动态响应特性优化、以及与现有产品平台的兼容性。建议我们的研发团队关注该技术的工业化适配性,评估其在1500V高压系统中的应用潜力,并考虑将相关调制算法融入下一代数字控制平台,为产品差异化竞争储备技术优势。