Improving the harmonic composition of output voltage in multilevel inverters under an optimum mode of amplitude modulation

Abstract

EN: One of the most important parameters of multilevel inverters is the sinusoidal output voltage. There are many different modulation algorithms, which make it possible to obtain different indicators of the sinusoidal output voltage and different content of the higher harmonics. This paper reports a universal modulation algorithm, which makes it possible to obtain the shape of the output voltage of a multilevel inverter at any number of stages, optimized for the content of the higher harmonics, namely a minimum of the coefficient of harmonic distortions. The proposed algorithm enables obtaining the lowest possible THD for any level voltage. The advantage of the proposed algorithm compared to similar optimization algorithms is ensuring smaller harmonic distortions, as well as its relative simplicity. The reported algorithm is based on the amplitude modulation of the sine signal with a 25 % modulation relative to the highest discreteness. The analytical expressions have been given that make it possible to determine the time (angle) of enabling each level of the output voltage to form a minimum of the root mean square value of higher harmonics.

UA: Одним із найважливіших параметрів багаторівневих інверторів є синусоїдальність вихідної напруги. Існує досить багато різних алгоритмів модуляції, які дозволяють отримати різні показники синусоїдальності вихідної напруги та різний вміст вищих гармонік. Представлено універсальний алгоритм модуляції, який дозволяє отримати форму вихідної напруги багаторівневого інвертора з будь-якою кількістю ступенів, оптимізовану за вмістом вищих гармонік, а саме за мінімумом коефіцієнта гармонічних спотворень. Запропонований алгоритм дозволяє отримати мінімально можливий THD для будь-якої рівневої напруги. Перевагою запропонованого алгоритму у порівнянні з аналогічними алгоритмами оптимізації є забезпечення менших гармонічних спотворень та його відносна простота. Представлений алгоритм базується на амплітудній модуляції синусоїдального сигналу з 25 % перемодуляцією відносно найвищої дискретності. Представлено аналітичні вирази, що дозволяють визначити час (кут) вмикання кожного ступеня вихідної напруги для формування мінімуму середньоквадратичного значення вищих гармонік.