The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics (전력전자학회논문지)

The Korean Institute of Power Electronics (전력전자학회)
권호 표지

Output Voltage Harmonics Analysis of NPC Type Three-level Inverter

NPC형 3레벨 인버터의 출력전압 고조파 분석

  • Published : 2009.12.05
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

This paper describes the overmodulative SVPWM technique and harmonics analyses of three phase NPC type three-level inverter to the modulation index. Three phase NPC type three-level inverter adopted SVPWM to extend the linear region to 0.907, moreover, the following voltage compensation using Fourier series was adopted in the region of overmodulation to make it work to six-step level. PD type of multi carrier method is used with the double Fourier series for the analysis of output power harmonics characteristic. Simulation was performed by PSIM, and the harmonics characteristics of 3-level inverter in each region are analyzed. The side band harmonics of carrier frequency are dominant in the linear region, but these harmonic components are decreased as the inveter goes to overmodulation region, and the harmonics due to the fundamental frequency is increased gradually at the same time. The harmonic analyses are verified through the simulation and experimental results under the same condition.

본 논문은 3상 NPC형 3레벨 인버터의 과변조 SVPWM 기법과 변조비에 대한 출력전압의 고조파를 분석하였다. 3상 NPC형 3레벨 인버터는 SVPWM을 적용하여 선형영역을 0.907까지 확장하였고 과변조 영역에서는 푸리에 급수에 의한 추종전압의 보상기법을 적용하여 6 스텝영역까지 운전할 수 있도록 하였다. PWM 형태인 출력전압의 고조파 특성분석에는 PD방식의 멀티 캐리어 기법에 대하여 이중 푸리에 급수를 적용하여 해석하였다. 시뮬레이션은 PSIM을 사용하여 구현하였고 3레벨 인버터의 영역도의 각 영역에 대해서 고조파의 특성을 확인하였다. NPC형 3레벨 인버터의 고조파 분포는 선형영역에서는 캐리어 주파수의 측대 고조파가 분포되고, 과변조 영역으로 넘어가면서 기본파에 의한 고조파 성분이 점차 증가하고 캐리어 주파주의 사이드 밴드의 고조파 성분은 감소함을 확인하였다. 본 논문에서의 고조파 해석을 검증하기 위하여 동일한 조건에서 시뮬레이션과 실험을 수행하였다.

Keywords

References

  1. A. Nabae, I. Takahashi, and H. Akagi, 'A new neutral point clamped PWM inverter', IEEE Trans. Ind. Appl., IA-17,(5), pp. 518-523, 1981 https://doi.org/10.1109/TIA.1981.4503992
  2. J. Holtz, W. Lotzkat, and A. M. Khambadkone, 'On continuous control of PWM inverters in the overmodulation range including the six-step mode', IEEE Trans. Power Electron., Vol. 8, No. 4, pp. 546-553, 1993 https://doi.org/10.1109/63.261026
  3. Kyoung-Min Kwon, Jae-Moon Lee, Jin-Mok Lee, Jaeho Choi, 'SVPWM Overmodulation Schme of Three-Level Inverters for Vector Controlled Induction Motor Drives', Jounal of Power Electronics., Vol. 9, No. 3, pp. 481-490, 2009
  4. 이지명, 이동춘, '공간벡터 PWM에서 과변조시 출력전압의 선형화 및 고조파 분석', 전력전자학회 논문지, 제3권, 제2호, pp. 118-124, 1998
  5. D. Grahame Holmes and Thomas A. Lipo, 'Pulse width modulation for power converters', A John wiley & Sons, Inc., pp. 453-530, 2003
  6. Holmes, D.G. and McGrath, B.P, 'Opportunities for harmonic cancellation with carrier-based PWM for a two-level and multilevel cascaded inverters', IEEETrans. Ind. Appl., Vol. 37, Issue 2, pp. 574-582, 2001 https://doi.org/10.1109/28.913724
  7. McGrath, B.P. and Holmes, D.G, 'A comparison of multicarrier PWM strategies for cascaded and neutral point clamped multilevel inverters', in Conf. Rec. IEEE PESC-2000, pp .674-679, 2000
  8. D. G. Holmes, 'A general analytical method for determining the theoreticalcomponents of carrier based PWM strategies', in Conf. Rec. IEEE-IAS Annu. Meeting, pp. 1207-1214, 1998
  9. 김수홍, 김윤호, 방상석, 김광섭, 'NPC 멀티레벨 인버터의 고조파 분석 및 출력 필터 설계', 전력전자학회 논문지, 제11권, 제2호, pp. 135-141, 2006