近年来，电机的空间矢量理论被引入到逆变器及其控制中，形成和发展了空间矢量 PWM(SVPWM)控制思想。其原理就是利用逆变器各桥臂开关控制信号的不同组合，使逆变器输出电压空间矢量的运行轨迹尽可能接近圆形。空间矢量脉宽调制技术，不仅使电机脉动降低，电流波形畸变减小，且与常规正弦脉宽调制(SP-WM)技术相比，直流电压利用率有很大提高，并更易于数字化实现。 1 电压空间矢量调制(SVPWM)算法 SVPWM是以磁链跟踪控制为目标，使逆变器瞬时输出三相脉冲电压合成的空间电压矢量与期望输出三相正弦波电压合成的空间电压矢量相等。对于三相电压型逆变器而言，它有8种工作状态，用矢量表示这8种空间状态，如图1所示。 介绍SVPWM工作原理的相关文献很多，这里不再细述，以下给出算法步骤： (1)判断参考电压矢量Vref所在扇区 引入三个中间变量A，B，C：
则扇区号：S=A+2B+4C。 (2)计算扇区的有效电压空间矢量和零矢量的作用时间Tx，Ty和T0 引入三个中间变量X，Y和Z： 对于不同的扇区，Tx，Ty按表1取值。 饱和判断：Tyout。
计算零电压矢量作用时间：T0=TPWM-Tx-Ty。 (3)开关切换时间分配 先定义空间矢量切换点分别为： 则根据空间矢量所处的扇区不同，晶体管的切换时间Tcm1，Tcm2，Tcm3分别如表2所示。
Simulink仿真环境下可以方便地利用模块和软件编程扩展进行仿真。根据上述实现方法，构造了如图2所示的Simulink仿真模型。
在模型中使用Repeating Sequence模块作为双向定时计数器，与SVPWM调制波进行比较，其输出作为滞环比较器的输入。Matlab语言编写的S函数则作为比较值的计算与分配单元。 2 仿真与分析 仿真对象：SVPWM与永磁同步电机。通过Matlab仿真得到的波形如图3所示。
文章编号:1005—7277(2005)01—0011—03 V ol.27,N o.12005,27(1):11～13 电气传动自动化 E L ECTRIC D RIVE AUTOMATI O N 2005年第27卷第1期第11页 空间矢量脉宽调制仿真及其谐波分析 康现伟,于克训,刘志华 (华中科技大学电气与电子工程学院,湖北武汉430074) 摘要:在深入分析空间矢量脉宽调制机理的基础上,通过SIMU LINK 给出了其仿真波形,重点对SVPWM 的仿真结果进行了谐波分析,得到了SVPWM 谐波分布的主要特点及影响其谐波分布的几个主要因素,为更有效消除SVPWM 谐波污染提供了理论基础和指导。关键词:空间矢量脉宽调制;谐波;仿真中图分类号:T M921.52 文献标识码:A Simulation and harmonic anal y sis of SVPWM K ANG Xian-wei ,Y U K e-xun ,LIU Zhi-hua (Huazhon g Univ er sit y o f Science and T echnolo gy ,Wuhan 430074,China ) Abstract :Based on the anal y sis of the characteristics of s p ace vector p ulse w idth m odulation (SVPWM ),a series of sim 2ulation w aveforms are illustrated b y the use of S imulink.T he foundational features of the harm onic distributions of SVPWM and the dom inant factors affectin g the distributions are obtained throu g h the anal y sis on the harm onics of the w aveforms ,which p rov ides us theoretical foundation to elim inate the harm onic p ollution.K e y w ords :SVPWM;harm onic ;simulation 1引言 空间矢量脉宽调制(SVPWM )具有线性调制范围宽,直流电压利用率高,易于微处理器实现等优点,它目前被广泛应用于变频器、UPS 、无功补偿器、有源滤波器、储能系统电力变换器等领域。当控制精度要求较高时,必须考虑其谐波问题。 本文首先阐述了空间矢量调制(SVPWM )的基本原理,然后给出了仿真波形,针对空间矢量调制中出现的谐波问题,文章进行了较为详细的分析和论述,得到了影响SVPWM 谐波分布的几个主要因素,从而为其在实际应用中消除谐波污染提供了可靠的理论依据。 2电压空间矢量脉宽调制(SVPWM )原理 对于理想三相正弦系统,电压空间矢量的定义为: V =2/3(V a +V b e j 2π/3+V c e j 4π/3) (1) 对于三相电压源型逆变桥的6个开关,如图1 所示。假设“1”代表上桥臂导通,“0”代表下桥臂导 通,则一共有8种开关模式,分别为V 0(000),V 1(100),V 2(110),V 3(010),V 4(011),V 5(001),V 6(101), V 7(111)。由变换式(1)可得,这8种开关模式在复 平面上分别产生8种电压矢量,其中V 1～V 66个开关模式产生输出电压,而V 0、V 72个开关模式不产生输出电压,称为零矢量。这8个电压矢量将复平 面分为6个区域,如图2所示,按照平行四边形法则,利用这8个空间矢量可以合成在六变形区域内的任何输出电压矢量 。
风电变流器简介 快速浮点运算能力的“双DSP的全数字化控制器”；在发电机的转子压定向矢量控制策略；系统具有输入输出功率因数可调、自动软并网变流器采用三相电压型交-直-交双向变流器技术，核心控制采用具有防尘、防盐雾等运行要求。 变流器可根据海拔进行特殊设计，可以按客户定制实现低温、高温、和最大功率点跟踪控制功能。功率模块采用高开关频率的IGBT功率QHVERT-DFIG型风电变流器基本原理 器件，保证良好的输出波形。这种整流逆变装置具有结构简单、谐波制，是目前双馈异步风力发电机组的一个代表方向。 变流器工作原理框图如下所示： 统，实现了基于风机最大功率点跟踪的发电机有功和无功的解耦控能质量。这种电压型交-直-交变流器的双馈异步发电机励磁控制系含量少等优点，可以明显地改善双馈异步发电机的运行状态和输出电变流器提供实时监控功能，用户可以实时监控风机变流器运行状态。侧变流器实现定子磁场定向矢量控制策略，电网侧变流器实现电网电本文将针对市场上主流的双馈型风电变流器进行简介。 型风电变流器系统功能 变流器通过对双馈异步风力发电机的转子进行励磁，使得双馈发电机关，目前已实现规模化的生产。 06年成功研制第一台风电变流器以来，不断寻求技术革新严把质量风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，我国变流器配电系统提供雷击、过流、过压、过温等保护功能。 的定子侧输出电压的幅值、频率和相位与电网相同，并且可根据需要风能资源丰富，近几年来国家政策也大力扶持风电产业。我公司自求扩展），用户可通过这些接口方便的实现变流器与系统控制器及风进行有功和无功的独立解耦控制。 机和电网造成的不利影响。 变流器提供多种通信接口，如Profibus, CANopen等（可根据用户要场远程监控系统的集成控制。 变流器控制双馈异步风力发电机实现软并网，减小并网冲击电流对电转子侧逆变器、直流母线单元、电网侧整流器。 原理图如下： 控制器、监控界面等部件。 变流器主回路系统包含如下几个基本单元： QHVERT-DFIG型风电变流器系统构成 变流器由主电路系统、配电系统以及控制系统构成。包括定子并网开关、整流模块、逆变模块、输入/输出滤波器、有源Crowbar电路、功率柜主要由功率模块、有源Crowbar等构成。 功率柜：主要负责转子滑差能量的传递。 并网柜：主要用于变流器与发电机系统和电网连接控制、一些控制信控制柜主要由主控箱、PLC、滤波器、电源模块等组成。 并网柜主要由断路器、接触器、信号采集元件、UPS、加热器、信号变流器控制结构框图如下： 接口部分等构成。 号的采集以及二次回路的配置。 上述各功能分配到控制柜、功率柜、并网柜中： 约了机舱空间，柜中还可提供现场调试的220V电源。 成有并网控制系统，用户无须再配置并网柜，提高了系统集成度，节制指令,控制变流器的运行状态 控制系统由高速数字信号处理器（DSP）、人机操作界面和可编程逻配电系统由并网接触器、主断路器、继电器、变压器等组成，自身集辑控制器（PLC）共同构成。整个控制系统配备不间断电源（UPS），控制柜：控制柜主要对采集回的各种模拟数字信号进行分析,发出控便于电压跌落时系统具有不间断运行能力。 成功满发，截止目前运行状态稳定。 附：北京清能华福风电技术有限公司简介 目前在赤峰、大安等风场正陆续进行变流器吊装施工。 限公司自主研发的1.5MW风电变流器在国电联合动力技术有限公司北京清能华福风电技术有限公司成立于2006年7月，由“国内高压变求。 2009年12月28日经过2天的现场调试，北京清能华福风电技术有及其现场调试所相关技术人员的支持下，已于哲里根图风场全部并网公司坐落于中关村科技园，依托清华大学电力系统国家重点实验室的厚的资金、科研、市场、服务实力，为国家大力鼓励、扶持的风力发电事业，提供其拥有自主知识产权的核心装备——兆瓦级风力发电机变流器及其电控系统。一流技术以及利德华福专业化、规模化、现代化的生产厂房，凭借雄以达到满功率发电和连续运行的要求，系统品质达到了风场应用的要资控股，是专门从事开发、制造风电变流器与控制系统产品的高新技术企业。 频器领域最具影响力的企业”——北京利德华福电气技术有限公司投3月至今，在河北建设投资公司和东方汽轮机有限公司的支QHVERT-DFIG型风电变流器具有以下一些特点： 优异的控制性能 完备的保护功能 少发电机损耗，提高运行效率，提升风能利用率。 风速范围内的变速恒频发电，改善风机效率和传输链的工作状况，减 型风电变流器技术特征 型风电变流器可以优化风力发电系统的运行，实现宽良好的电网适应能力 具备高可靠性，适应高低温、高海拔等恶劣地区运行 变流器在河北海兴风电场成功并网发电，通过240小时验收，目前已无故障连续运行8000多小时。成功经历了夏季高温、冬季降雪后的持下，北京清能华福风电技术有限公司自主研发生产的1.5MW风电QHVERT-DFIG型风电变流器最新动态 模块化设计，组合式结构，安装维护便捷 2丰富的备品备件；专业、快速的技术服务 低温、海边盐雾等运行环境的考验，事实证明了：清能华福变流器可
采用空间矢量脉宽调制（SVPWM ）的开环 VVVF 调速系统的综合实训 一、实验目的 1、理解电压空间矢量脉宽调制（SVPWM ）控制的基本原理。 2、熟悉MCKV 电机控制系统的CPU 模块、IPM 模块和机组各部分硬件模块，并确认工作正常。 3、了解SVPWM 变频器运行参数和特性。 二、实验内容： 1、熟悉CCS 编程环境，并在CCS 下编译、下载、运行DSP 软件工程。 2、观察并记录定子磁链周期和频率，并分析他们之间的关系。 3、观测并记录启动时电机定子电流和电机速度波形)(t f i v =与)(t f n =； 三、实验预习要求 1、阅读并掌握三相交流异步电机VVVF 调速系统工作原理。 2、了解电压空间矢量脉宽调制（SVPWM ）控制的基本原理。 3、阅读本次实验指导书和实验程序，写好实验预习报告。 4、在MATLAB/Simulinlk 环境中搭好仿真模型，结合本程序LEVEL1功能框图，完成电流速度双闭环系统交流异步电机矢量控制仿真。 四、实验原理 当用三相平衡的正弦电压向交流电动机供电时，电动机的定子磁链空间矢量幅值恒定，并以恒速旋转，磁链矢量的运动轨迹形成圆形的空间旋转矢量（磁链圆）。SVPWM 就是着眼于使形成的磁链轨迹跟踪由理想三相平衡正弦波电压源供电时所形成的基准磁链圆，使逆变电路能向交流电动机提供可变频电源，实现交流电动机的变频调速。 现在以实验系统中用的电压源型逆变器为例说明SVPWM 的工作原理。三相逆变器由直流电源和6个开关元件( MOSFET) 组成。图1是电压源型逆变器的示意图。 图1 电压源型逆变器示意图
对于每个桥臂而言，它的上下开关元件不能同时打开，否则会因短路而烧毁元器件。其中A 、B 、C 代表3 个桥臂的开关状态，当上桥臂开关元件为开而下桥臂开关元件为关时定义其状态为1 ,当下桥臂开关元件为开而上桥臂开关元件为关时定义其状态为0。这样A 、 B 、 C 有000 、001 、010 、011 、100 、101 、110 、111共 8种状态。逆变器每种开关状态对应不同的电压矢量，根据相位角不同分别命名为U 0（000）、U 1（100）、U 2（110）、U 3（010）、U 4（011）、U 5（001）、U 6（101）、U 7（111）如图2所示。 图2 基本电压空间矢量 其中U 0（000）和U 7（111）称为零矢量，位于坐标的原点，其他的称为非零矢量，它们幅值相等，相邻的矢量之间相隔60°。如果按照一定顺序选择这六个非零矢量的电压空间矢量进行输出，会形成正六边形的定子磁链，距离要求的圆形磁链还有很大差距，只有选择更多的非零矢量才会使磁链更接近圆形。 SVPWM 的关键在于用8个基本电压空间矢量的不同时间组合来逼近所给定的参考空间电压矢量。在图3中对于给定的输出电压U ，用它所在扇区的一对相邻基本电压x U 和60 x U 来等效。此外当逆变器单独输出零矢量时，电动机的定子磁链矢量是不动的。根据这个特点，可以在载波周期内插入零矢量，调整角频率，从而达到变频目的。 图3 电压空间的线性组合
空间矢量PWM算法的理解 姜淑忠 上海交通大学电气工程系(上海200030) 摘要：继正弦波PWM（SPWM）开关算法之后，空间矢量（Space Vector）PWM （SVPWM）已成为三相或多相逆变器的开关算法。本文以SVPWM的基本原理为基础，计算开关时间，讨论开关向量的选择原则，并用数字信号处理器（DSP）实现SVPWM算法。最后根据电压综合向量，推导相电压有效值与交流输入电压有效值的关系。 关键词：SVPWM，开关向量，开关时间，相电压有效值 Understanding of Space Vector PWM Algorithm S.Z. Jiang Department of Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University (Shanghai 200030) Abstract: Following the SPWM algorithm, SVPWM algorithm has been adopted in three-phase and multi-phase inverters. Based on the principle of SVPWM, the calculation of switch time, the selection of switch vector and the realization on DSP are presented in this paper. Finally the relation between the rms of phase voltage and the rms of ac source is derived from the complex voltage vector. Keywords: SVPWM, Switch vector, Switch time, RMS of phase voltage 1、前言 无论是一般的变频调速，还是磁场定向控制，当计算出静止直角坐标系中的电压综合向量后，都要采用SVPWM算法获得三相逆变器六个开关器件的开关信号。早期
FREQCON变流简介 ——by郭锐FREQCON变流器总体结构图 各部分简介 变压器支架 620/400V自耦变压器——提供机组动力用电和控制用电。总容量40KVA，副边22.4KVA 提供主控柜，变流柜用电。17.5KVA 提供机舱用电。 IGBT2冷却风扇——风冷系统循环动力 制动电阻 制动电阻箱——消耗直流母线上过高的能量。网侧故障后的能量消耗，低电压穿越。 电抗器支架 网侧空开——风机的并网与脱网控制。过流、短路等保护功能。注意保护后复位按钮弹出需回复。 电流互感器——完成电流变送。变比：1/2000。原理：二次侧短路的特殊变压器，二次侧相当于一个电压源。 3组（六个）交流电抗器——与网侧电容、变压器构成LCL滤波。 3个直流电抗器——直流斩波升压电抗器。 第 1 页
变流柜 变流柜由低压配电柜、主控柜、IGBT柜1、IGBT柜2、电容柜5部分组成。 变流柜背后风道 变流柜模块图 每只IGBT模块包含一个智能半桥模块（半桥由串联的两个IGBT和与之反并联的二极管组成，分别称为上桥臂和下桥臂）、16只支撑电容、4只吸收电容、4只均压电阻、1块过压保护板、直流端2只快熔组成。 构成三相全桥不可控整流。 变流器在整个风机的作用 叶轮系统在风作用下受到气动扭矩Ta，叶轮——发电机系统转动会因轴承滚动摩擦、风阻等受到与选中方向相反的摩擦力矩Tf，叶轮带动发电机转动，转子上的永磁体旋转切割定子绕组产生感应电势，如果如果定子绕组中有电流流过将产生电枢反应，通过磁场的作用产生阻碍转子转动的电磁力矩Te。在这几个扭矩作用下，叶轮——发电机系统刚体动力学方程如如上所示。由方程可知当Ta>Tf+Te时，叶轮——发电机系统将在启动力矩作用下转速上升。反之转速将下降。Tf基本为恒量。因此想要调节叶轮转速可以通过调节Ta、Te。由此产生了两种调节方法：一个是变桨调节起动扭矩；另一个是调节发电机电磁扭矩。因此从控制角度来看，变流器需要具有调节发电机电磁扭矩的作用。从能量角度来看风能转化成叶轮系统旋转机械能再通过发电机转换成电能，变流系统需要将发电机发出电能转换成与电网频率、相位、幅值相对应的交流电。完 第 2 页
四象限变流器控制策略的探讨 1,概述 交流传动技术是我国铁路牵引动力发展的主要方向。对于单相供电牵引主变流器来说，电源侧四象限变流器是整个牵引系统的重要组成部分，对四象限变流器的控制策路对电网中的动率因数和电网电流中的高次谐波的含量有着决定性的影响。对四象限变流器的控制必须达到以下两个目的：①但电网电压或负载发生变化时，维持中间回路直流电压的恒定；②使电网电流接近正弦波，电网功率因数接近于1，电网电流中的高次谐波的含量尽可能小，满足轨道电路对谐波电流限值的要求。 2,单相四象限变流器工作原理 2.1,单相四象限变流器主电路原理图 图1 单个四象限变流器主电路原理图 图1中：方框部分是变压器牵引绕组的等效电路，L N 和R N 分别为折合到二次侧的牵引变压器绕组的漏感和电阻。L2 和C2 构成二次滤波回路, C d 为直流侧支撑电容。U N 为变压器二次侧电压矢量, I N1 为变压器二次侧电流的基波矢量, V1～V4 为可关断电力电子开关器件, D1～D4 为功率二极管, 通过对V1～V4 进行适当的导通与关断控制可以对直流侧电压进行调制, 从而在四象限变流器的输入端A、B生成一个与电网同步的脉宽调制波,记为 U S 。 2.2,单相四象限变流器交流电网侧等效电路 对于图1所示的单相四象限变流器主电路原理图，交流电网侧电路可以等效为图2。 图2 四象限变流器交流电网侧等效电路图
图2 四象限变流器交流电网侧等效电路图 2.3, 二次侧交流回路电压方程 由图2可以得到二次侧交流回路的矢量电压方程: U N= U s－I N R N－jωL N I N ⑴ 假设U N和U S之间的相位差为Ψ,在牵引工况下, U N和I N的相位差应为0°,则用该方程表示牵引工况的矢量如图3(a) 所示,此时U S滞后I N；而对于再生制动工况, U N和I N的相位差应为180°,该工况下的矢量如图3 (b) 所示,此时US超前U N。 (a) 牵引工况 (b) 再生工况 图3 四象限变流器控制矢量图 由方程(1) 和矢量图可知: 如果变压器二次侧电压U N和电感I N为已知量,那末只要控制了U S的幅值和相位,也就控制了I N的幅值和相位。反之,只要控制了I N的幅值和相位,也就控制了U S的幅值和相位,因此方程(1) 是实现四象限变流器控制的基本公式。通常采用的双闭环控制的原理就是由此而来,它是通过控制U S的幅值来调节I N的相位,保证交流侧电网的基波功率因数为1；而通过调节U S的相位来调节I N的幅值,保证直流侧电压U d的稳定。 3，单相四象限变流器控制策略 要使四象限变流器工作时达到单位功率因数，必须对电流进行控制，保证其为正弦且与电压同相或反相。根据有没有引入电流反馈可以将这些控制方法分为两种：没有引入交流电流反馈的称为间接电流控制，间接电流控制也称为相位幅值控制；引入交流电流反馈的称为直接电流控制。 3.1间接电流控制 ⑴间接电流控制工作原理 间接电流控制没有引入交流电流控制信号，而是通过控制四象限变流器的交流输入端电压，间接控制输入电流，故称间接电流控制。又因其直接控制量为电压，所以又称为相位幅值控制。间接电流控制具体的数学公式为： I N1=K p(U dg-U d)+1/T i∫(U dg-U d)dt I N2= I d I d /U N I N= I N1 + I N2
任务2：两电平电压源逆变器空间矢量调制方案 周乐明 学号：S1******* 电气2班 摘要 提出了三相两电平逆变器的空间矢量调制方法，详细讨论了两 电平逆变器的工作原理及空间矢量调制的基本原理，并给出一个具体的仿真实例，通过仿真 ，可以得出实际运行中的电压、电流的波形，而且在文中给出了实例的电路原理图，使得对 于空间矢量调制的原理得以更加清楚的认识。 1. 两电平电压源逆变器空间矢量调制 1.1 结构试图 三相电压型逆变器电路原理图如图2.1所示。定义开关量a ，b ，c 和a '，b '，c '表示6个功率开关管的开关状态。当a ，b 或c 为1时，逆变桥的上桥臂开关管开通，其下桥臂开关管关断(即a '，b '或c '为0)；反之，当a ，b 或c 为0时，上桥臂开关管关断而下桥臂开关管开通(即a '，b '或c '为1)。由于同一桥臂上下开关管不能同时导通，则上述的逆变器三路逆变桥的组态一共有8种。对于不同的开关状态组合(abc )，可以得到8个基本电压空间矢量。各矢量为： 22j j dc 33out 2()3 U U a be ce ππ-=++ (2-1) 则相电压V an 、V bn 、V cn ，线电压V ab 、V bc 、V ca 以及out ()U abc 的值如下表2-1所示（其中U dc 为直流母线电压）。 a c' b' a'b c U dc Ａ Ｂ Ｃ Ｎ Ｚ 图2.1 三相电压型逆变器原理图 表2-1 开关组态与电压的关系 a b c V an V bn V cn V ab V bc V ca out U 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2U dc /3 -U dc /3 -U dc /3 U dc -U dc dc 23 U
风电变流器简介 风能作为一种清洁得可再生能源,越来越受到世界各国得重视,我国风能资源丰富,近几年来国家政策也大力扶持风电产业。我公司自06年成功研制第一台风电变流器以来,不断寻求技术革新严把质量关,目前已实现规模化得生产。 本文将针对市场上主流得双馈型风电变流器进行简介。 QHVERT-DFIG型风电变流器系统功能 变流器通过对双馈异步风力发电机得转子进行励磁,使得双馈发电机得定子侧输出电压得幅值、频率与相位与电网相同,并且可根据需要进行有功与无功得独立解耦控制。 变流器控制双馈异步风力发电机实现软并网,减小并网冲击电流对电机与电网造成得不利影响。 变流器提供多种通信接口,如Profibus, CANopen等(可根据用户要求扩展),用户可通过这些接口方便得实现变流器与系统控制器及风场远程监控系统得集成控制。 变流器配电系统提供雷击、过流、过压、过温等保护功能。 变流器提供实时监控功能,用户可以实时监控风机变流器运行状态。变流器可根据海拔进行特殊设计,可以按客户定制实现低温、高温、防尘、防盐雾等运行要求。 QHVERT-DFIG型风电变流器基本原理 变流器采用三相电压型交-直-交双向变流器技术,核心控制采用具有快速浮点运算能力得“双DSP得全数字化控制器”;在发电机得转子侧
变流器实现定子磁场定向矢量控制策略,电网侧变流器实现电网电压定向矢量控制策略;系统具有输入输出功率因数可调、自动软并网与最大功率点跟踪控制功能。功率模块采用高开关频率得IGBT功率器件,保证良好得输出波形。这种整流逆变装置具有结构简单、谐波含量少等优点,可以明显地改善双馈异步发电机得运行状态与输出电能质量。这种电压型交-直-交变流器得双馈异步发电机励磁控制系统,实现了基于风机最大功率点跟踪得发电机有功与无功得解耦控制,就是目前双馈异步风力发电机组得一个代表方向。 变流器工作原理框图如下所示: QHVERT-DFIG型风电变流器系统构成
三相三电平逆变器 空间电压矢量速记法 张庆范 山东大学 二极管中点箝位式NPC(Neutral Point Clamped) 三相三电平逆变器, 每相桥臂有四个电力电子器件T1、T2、T3、T4，四个续流二极管D1、D2、D3、D4，二个箝位二极管 D5、D6。 每相桥臂可以安排三种开关状态，若用S a、S b、 S c 表示A、B、C三相桥臂的开关状态，则S a、S b、S c应是三态开关变量。 用 S a变量表示 A 相桥臂开关状态。 若 T1、T2断， T3、T4通， S a = 0 ，A 接电源负端， V a0、=-V D/2若 T1、T4断， T2、T3通， S a = 0 ，A 接电源 0 端， V a0、=0若 T3、 T4断， T1、T2通， S a = 0 ，A 接电源正端， V a0、=+V D/2 A 相桥臂开关 S a开关变量状态 S S S S A0 S a1 a2 a3 a4 V a (T 1) (T 2) (T3) (T 4) 输出电压开关状态 1 1 0 0 +V D/ 2 2 P 0 1 1 0 0 1 O 0 0 1 1 -V D/2 0 N
定义三相桥臂三态开关变量 S a S b S c ，每相桥臂开关 S a 、S b 、 S c 都有三种开关状态 0、1、2（或 N 、O 、P ，-1 、0、1）。 S =0、1、2S b = 0、1、2 S c = 0、1、2 a 2 2 2 1 S 1 S 1 S a b c 三相三电平逆变器共有 3 3 =27 种开关状态，开关状态为（ S S a b S c ） 3，每一种开关状态（ S a S b S c ）都对应一组确定的电压 V a0、V b0、 V ，从而对应一个确定的空间电压矢量 V 。 c0 对应的 27 个特定空间电压矢量是 V 、V 、 、V ，定义矢量 1 26 （S a S b S c ） 的 各 个 矢 量 为 ： V 0(000), V 1(001), V 2(002), V 3 (010), V 4(011),V 5(012),V 6(020),V 7(021) ,V (022), V (100), V (101),V 11 (102),V (110),V (111),V (112),V 15 ( 8 9 10 12 13 14 120),V 16(121),V 17 (122),V 18(200),V 19(201),V 20(202),V 21 (210),V 22(211 ), V 24(220), V 25 (212),V 26 (221),V 27(222) 。 以上用文字叙述的方法记住这 27 种空间电压矢量，确实是件不 容易的事，不如发明一种新的快速记忆方法——空间电压矢量速记 法。
大功率四象限变流器微机实时控制原理 株洲电力机车研究所王挺泽 摘要：本文主要介召了大功率四象限变流器微机控制的基本原理及控制方法 关键词：四象限变流器、微机控制、原理、方法 前言 大功率四象限变流器微机实时控制原理是在AC4000原型车四象限变流器控制的基础上进行的。在此基础上，结合微机控制的优点，又进一步作了的完善，增加了功率因数角控制和具有改善直流电压动态调节性能的直流电流反馈环节。在控制的硬件上则采用了TMS320C31和80C196双CPU的方案，其中80C196负责：(1)与电网电压的同步控制、(2)充电接触器和短接充电接触器的控制、(3)与有关计算机的通迅、(4)功率因数角的探测、(5)跳弓的检测。而微处理器DSP320C31则负责：(1)电压、电流的采样、(2)电压、电流调节器的计算、(3)变压器直流磁化控制、(4)功率因数角的控制、(5)调制电压的计算、(6)PWM脉冲计算、(7)PWM脉冲输出控制。 1、四象限变流器主电路工作原理 如图1所示为交直交电力机车一个转向架带有两个网侧四象限变流器的主电路 图1 四象限变流器的主电路原理图
原理图。为了更好地说明四象限变流器的工作原理，下面对网侧只有一个四象限变流器回路进行分析。为了简化起见，变压器用一个等效电路表示，变压器的漏抗和内阻用一个电感和一个电阻表示。原理上四象限变流器的两对桥臂(包括两个GTO和两个二极管)可用转换开关代替。当网侧四象限变流器在中间回路直流电压U d大于u st峰值下运行时，4qs就作升压调压器工作。图2为用转换开关代替的网侧四象限变流器等效电路图。 图2 四象限变流器的等效电路原理图 4qs是一个脉冲整流器，因此按转换开关的位置，四象限变流器有以下几种工作方式： (1)、u st=0 ：电能在电网与变压器漏抗之间交换能量，此时u L=u N，i d0=0 (2)、u st=+U d：电能在电网、变压器漏抗与中间回路之间交换能量，此时u L=u N-U d， I d0=I N (3)、u st=-U d：电能在电网、变压器漏抗与中间回路之间交换能量，此时u L=u N+U d， I d0=-I N 用脉宽调制产生各开关元件的PWM信号，在变流器输入端形成了基波频率与网频一样的脉宽调制电压。现假设该调制电压为理想的正弦波，当u N和调制电压u st 图3 牵引工况和制动工况下的四象限变流器基波矢量图
风电变流器简介 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，我国风能资源丰富，近几年来国家政策也大力扶持风电产业。我公司自06年成功研制第一台风电变流器以来，不断寻求技术革新严把质量关，目前已实现规模化的生产。 本文将针对市场上主流的双馈型风电变流器进行简介。 QHVERT-DFIG型风电变流器系统功能 变流器通过对双馈异步风力发电机的转子进行励磁，使得双馈发电机的定子侧输出电压的幅值、频率和相位与电网相同，并且可根据需要进行有功和无功的独立解耦控制。 变流器控制双馈异步风力发电机实现软并网，减小并网冲击电流对电机和电网造成的不利影响。 变流器提供多种通信接口，如Profibus, CANopen等（可根据用户要求扩展），用户可通过这些接口方便的实现变流器与系统控制器及风场远程监控系统的集成控制。 变流器配电系统提供雷击、过流、过压、过温等保护功能。 变流器提供实时监控功能，用户可以实时监控风机变流器运行状态。 变流器可根据海拔进行特殊设计，可以按客户定制实现低温、高温、防尘、防盐雾等运行要求。 QHVERT-DFIG型风电变流器基本原理 变流器采用三相电压型交-直-交双向变流器技术，核心控制采用具有快速浮
点运算能力的“双DSP的全数字化控制器”；在发电机的转子侧变流器实现定子磁场定向矢量控制策略，电网侧变流器实现电网电压定向矢量控制策略；系统具有输入输出功率因数可调、自动软并网和最大功率点跟踪控制功能。功率模块采用高开关频率的IGBT功率器件，保证良好的输出波形。这种整流逆变装置具有结构简单、谐波含量少等优点，可以明显地改善双馈异步发电机的运行状态和输出电能质量。这种电压型交-直-交变流器的双馈异步发电机励磁控制系统，实现了基于风机最大功率点跟踪的发电机有功和无功的解耦控制，是目前双馈异步风力发电机组的一个代表方向。 变流器工作原理框图如下所示： QHVERT-DFIG型风电变流器系统构成 变流器由主电路系统、配电系统以及控制系统构成。包括定子并网开关、整
SVPWM 空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation) SVPWM的主要思想是:以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。传统的SPWM方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而SVPWM方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。 普通的三相全桥是由六个开关器件构成的三个半桥。这六个开关器件组合起来（同一个桥臂的上下半桥的信号相反）共有8种安全的开关状态. 其中000、111（这里是表示三个上桥臂的开关状态）这两种开关状态在电机驱动中都不会产生有效的电流。因此称其为零矢量。另外6种开关状态分别是六个有效矢量。它们将360度的电压空间分为60度一个扇区，共六个扇区，利用这六个基本有效矢量和两个零量，可以合成360度内的任何矢量。 当要合成某一矢量时先将这一矢量分解到离它最近的两个基本矢量，而后用这两个基本矢量矢量去表示，而每个基本矢量的作用大小就利用作用时间长短去代表。用电压矢量按照不同的时间比例去合成所需要的电压矢量。从而保证生成电压波形近似于正弦波。 在变频电机驱动时，矢量方向是连续变化的，因此我们需要不断的计算矢量作用时间。为了计算机处理的方便，在合成时一般是定时去计算（如每0.1ms计算一次）。这样我们只要算出在0.1ms内两个基本矢量作用的时间就可以了。由于计算出的两个时间的总合可能并不是0.1ms(比这小)，而那剩下的时间就按情况插入合适零矢量。由于在这样的处量时，合成的驱动波形和PWM很类似。因此我们还叫它PWM，又因这种PWM是基于电压空间矢量去合成的，所以就叫它SVPWM了。 需要明白的是，SVPWM本身的产生原理与PWM没有任何关系，只是像罢了。SVPWM的合成原理是个很重要的东东，它并不只用在SVPWM，在其它一些应用中也很有用的。当你见到时就明白了。具体可以参看IEEE的很多论文。 当然，SVPWM与SPWM的原理和来源有很大不同，但是他们确实殊途同归的。SPWM由三角波与正弦波调制而成，而SVPWM却可以看作由三角波与有一定三次谐波含量的正弦基波调制而成，这点可以从数学上证明。 SVPWM特点： 1.在每个小区间虽有多次开关切换，但每次开关切换只涉及一个器件，所以开关损耗小。 2.利用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算简单。 3.逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，比一般的SPWM逆变器输出电压高15%
第三节空间矢量脉宽调制SVPWM控制法 1．3．1 电压空间矢量SVPWM技术背景 我们先来回顾一下交流异步电机的工作机理：三相平衡的交流电压在电机定子绕组上产生三相平衡的交流电流；三相平衡的交流电流在定子内腔产生一个幅值恒定的磁链，该磁链在定子内腔旋转，旋转的角速度与电源（电流）的角速度相同；旋转的轨迹形成一个圆形的空间旋转磁场；旋转磁场通过电磁力矩带动转子旋转，在电动机状态下，转子旋转的角速度低于旋转磁场的角速度：转差，转差提交流异步电机产生力矩的根本原因。 前面所讨论的SPWM技术是从电源的角度出发，来合成电机的激励源。由交流异步电机的工作机理我们想到：可不可以直接从动力源出发，来直接合成一个圆形的旋转磁场呢？如果可以，这样的控制方法显然更直接，效果应更好。 如何直接合成一个圆形的旋转磁场呢？ 对于交流电机，我们注意到以下的事实： 电机定子是固定的，不旋转的； 施加在定子上的电压是三相平衡的交流电：幅度相同，相位上彼此偏差120o； 自然地，我们想到：定义异步电机的三相定子绕组上的电压为平面上的一静止坐标系的三个轴，电机的相电压在各自的轴向上依正弦规律变化。见图2-1-10。 图2-1-10：相电压空间矢量图 由图2-1-10知，三个电压轴向量不同线性组合可以合成该平面上的任一个电压矢量u，即：
ππ34332201***j j j e A e A e A ++= 当三个电压轴向量对应于三相平衡交流电时，即：t U A m ωsin 1=， )32sin(2πω+=t U A m ，)3 4sin(3πω+=t U A m ，不难得到，所合成的电压矢量为： )sin (cos 2 3t j t U m ωω+= jwt m e U 2 3= 式（2-3-1） 由式（2-3-2）知，所合成的电压空间矢量具有以下特征： 电压矢量模（幅值）恒定； 电压矢量绕中性点旋转，旋转的轨迹是一个圆； 电压矢量绕中性点匀速旋转，旋转的角速度为ω； 电压矢量旋转的角速度与交流电源（电流）的角速度相同。 我们来看看电压空间矢量与空间旋转磁链之间的关系。 根据电机学理论，空间电流矢量，空间磁通矢量，电压空间矢量之间的关系为： dt d r i u ψ+=* 其中r *是电机绕组上的阻抗压降，在电机转速不是很低的情况下，通常可以忽略。于是上式可以写成： dt d ≈ 我们知道是一个空间旋转磁场：jwt m e ψ=， 于是=ψ=ψ≈+ππωωωω21)21(***)(j t j m t j m e e dt e d 式（2-3-2） 很明显，电压空间矢量，空间磁通矢量存在一维的线性关系，电压空间矢量的幅值（模）只与电机的角速度ω（转速）有关；相位上超前 π2 1。不难理解，这是由电机的电感属性引起的。 于是空间旋转磁场的特性可以用空间电压矢量的特性来等效。
文章编号：1009-0193(1999)04-0086-05 电压空间矢量（磁链追踪）PWM控制 研究与仿真 翁颖钧，吴守箴 (上海铁道大学电气工程系，上海200331) 摘要：为了提高电机的功率因数，降低开关损耗，基于气隙磁通控制原理，以电压矢量组合来逼近圆形磁链轨迹，而电压矢量的选择对应不同开关模式，因此构成电压矢量控制PWM逆变器。利用C语言仿真，该法输出电压较一般SPWM 逆变器提高15%，每次状态切换只涉及一个元件，开关损耗降低，且模型简单，适用于各种PWM调速装置。 关键词：电机；空间矢量；PWM控制 中图分类号：TM301.2 文献标识码：A 1 基本原理 由电机学可知，在由三相对称正弦电压供电时，电机的定子磁链的幅值是恒定的，并以恒速ω 1 旋转。磁链矢量顶端运动轨迹形成圆形的空间旋转磁场（简称磁链圆），我们可以用定子磁链的矢量式来表述： 式中，λ m 为的幅值，ω 1 为旋转角速度。当转速不是很低时，定子电阻压降较 小，可以忽略不计，则定子电压与磁链的近似关系可表示成：
上式表明，电压矢量V 1的大小等于λ 1 的变化率，而其方向则与λ 1 的运动方向一 致。由式(1)，(2) 可得： 由(3)式可见，当磁链幅值λ m 在运动过程中一定时，的大小与ω 1 (或供电电压 频率f 1 )成正比，其方向为磁链圆轨迹的切线方向。当磁链矢量在空间旋转一周时，电压空间矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动经过2π弧度，其轨迹与磁链圆是重合的。这时,我们就把气隙旋转磁场的轨迹与电压空间矢量联系起来。从三相逆变器—异步电机原理图(见图1)可知，为了使电动机对称工作，必须三 相同时供电，从逆变器的拓扑结构以及式(2)来看，每个输出电势V ao ，V bo ，V co 都具有二个值，例如±V d /2，如此线性组合即可得到矢量23=8种电压类型。图(2) 表示了电压空间矢量的放射状分布。每个矢量标注了 0(000)～ 7 (111)，0表 示同一桥臂的二个晶闸管的下面一个导通，1表示上侧的导通，k表示对应二进制数的十进制数。一旦开关方式确定，那么对应的k也就唯一确定。由式(4)可知： λ 为磁链矢量的初始值(4) 图1 三相逆变器—异步电动机原理图图2 电压空间矢量的分布 利用逆变器的这8种电压矢量的线性组合，就可获得更多的与V 1～V 8 相位不同的 新的电压空间矢量，最终构成一组等幅不同相的电压空间矢量，由式(4)知最终迭加形成尽可能逼近圆形旋转磁场的磁链圆，这就形成了电压空间矢量控制的PWM逆变器。由于它间接控制了电机的旋转磁场，所以也可称为磁链追踪控制的PWM逆变器。
空间矢量调制 众所周之，感应电机变频调速采用SPWM 要求获得的正弦的三相电压波形，虽然定子三相绕组电压按照等面积法则满足正弦对称条件，但是由于逆变器电压实际上仍然是脉冲电压，三相绕组中电流的谐波分量多，而且最主要的不足是电源的利用率较低，大约等于86%。从电机学的原理来看，感应电机需要输入三相正弦电压的最终目的是在空间产生圆形的旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。空间矢量调制技术在电压源逆变器供电的情况下，以三相对称正弦电压产生的圆形磁链为基准，通过逆变器开关状态的选择产生PWM 波形，使得实际磁链逼近圆形磁链轨迹，而且可以较好地改善电源的利用率。 对于逆变器来说，功率器件的开关导通状态是有限的，因此根据功率器件导通状态确定的空间矢量位置也时有限的。空间矢量调制就是根据确定位置的有限个空间矢量组合作用来产生满足任意位置和一定幅值范围需要的空间矢量的过程。也就是，在整个PWM 周期内改变各相导通时间的分配来形成所需的任意空间矢量。空间矢量调制有三类：电压空间矢量调制、磁链空间矢量调制、电流空间矢量调制。常用的电压空间矢量调制（SVPWM). SVPWM的基本原理 图绘出了三相PWM逆变器供电给异步电机的原理图，为使电机对称工作， 必须三相同时供电。a,b,c 分别代表3 个桥臂的开关状态，规定：上桥臂器件导通用“1”表示，下桥臂器件导通用“0”表示，并依UVW 相序依次排列。
可以推导出，三相逆变器输出的相电压矢量[Uu Uv Uw]T 与开关状态矢量[a b c]T的关系为： Uu Uv Uw = U DC 3 2?1?1 ?12?1 ?1?12 a b c 式中U DC是直流电源电压。 将式（1-17）代入电压空间矢量公式： 得到相应逆变器工作模式与输出电压的关系，如表1-1 U out=2 3 U u + U v e j2π +U w e j4π 得到相应逆变器工作模式与输出电压的关系，如表1-1 由表1-1 的计算结果，得到如图1-6 所示的8个基本空间电压矢量，其中6 中空间电压矢量幅值相等，都等于2U DC 3，相位角互差π 3 ，分别记作 U0,U60,U120,U180,U240,U300,而零电压矢量记作0000，0111。