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随着电力电子开关器件和高速微控制器的不断发展,电力电子技术在大功率场合的应用越来越广泛,人们对大功率变流装置拓扑结构与控制策略方面的研究也愈发深入。为解决开关器件的功率处理能力和开关频率之间的固有矛盾,CPS-PWM(Carrier Phase Shift PWM,载波相移脉冲宽度调制)作为一种新型多电平调制策略应运而生。传统的CPS-PWM技术虽然拥有着良好的谐波特性,但其存在直流电压利用率较低的缺点。针对这一问题,本文提出了载波相移THI-PWM(Third Harmonic Injection PWM,三次谐波注入脉冲宽度调制)与CPS-TPWM(Carrier Phase Shift Trapezoidal PWM,载波相移梯形波脉冲宽度调制)两种改进型调制策略。同时,为了提高多电平逆变器控制系统的实时性和精确度,本文在CPS-PWM调制策略的数字化实现方面进行了大量研究。主要研究内容包括以下几个方面:(1)在分析多电平逆变器常见拓扑结构与调制策略的基础上,对级联H桥型多电平逆变器与CPS-SPWM(Carrier Phase Shift Sinusoidal PWM,载波相移正弦波调制)策略的工作原理行了探究。从数学角度出发通过双重傅里叶变换推导了CPS-PWM调制策略通过抵消较低次开关谐波提高等效开关频率的实质,并在Matlab/Simulink中搭建了三相五电平逆变器模型,对其输出的多电平相、线电压波形及谐波特性方面进行仿真研究。(2)针对CPS-SPWM策略直流电压利用率较低的缺点提出了载波相移THI-PWM与CPS-TPWM两种改进型调制策略。引入波形系数与三角形系数的概念在谐波特性和直流电压利用率两方面对其进行详细的数学分析。通过在三相九电平逆变器模型上进行的一系列对比仿真验证了理论分析的正确性,得出了CPS-TPWM调制策略综合性能较优的结论。(3)以DSP(Digital Signal Processor,数字信号处理器)+FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)为控制核心设计了级联五电平逆变器数字控制系统,DSP采用不规则对称采样法完成采样计算及控制,FPGA负责多路PWM触发脉冲的产生。分别对DSP与FPGA进行了软件设计,着重构造了载波相移发生与PWM比较输出两大模块。在QuartusII中的仿真研究结果表明,数字控制系统中各模块及其子模块顺利实现了设计功能,系统良好的完成对CPS-PWM调制策略的数字化实现。