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三电平逆变器SVPWM控制策略的研究一、本文概述随着电力电子技术的快速发展，逆变器作为高效、可靠的电力转换装置，在新能源发电、电机驱动、无功补偿等领域得到了广泛应用。
其中，三电平逆变器因其输出电压波形质量好、开关损耗小、动态响应快等优点，受到了研究者的广泛关注。
空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM）作为一种先进的调制策略，通过合理分配三相桥臂的开关状态，可以实现对输出电压波形的精确控制，进一步提高逆变器的性能。
本文旨在深入研究三电平逆变器的SVPWM控制策略，通过理论分析和实验验证，探索其在实际应用中的优化方法和潜在问题。
文章首先介绍了三电平逆变器的基本结构和工作原理，为后续的控制策略分析奠定基础。
随后，详细阐述了SVPWM的基本原理和实现方法，包括空间矢量的定义、合成和分配等关键步骤。
在此基础上，本文重点分析了三电平逆变器SVPWM控制策略的优化方法，包括减小开关损耗、提高直流电压利用率、改善输出电压波形质量等方面。
本文还通过实验验证了三电平逆变器SVPWM控制策略的有效性。
通过搭建实验平台，测试了不同控制策略下的逆变器性能，包括输出电压波形、开关损耗、动态响应等指标。
实验结果表明，采用SVPWM控制策略的三电平逆变器在各方面性能上均表现出明显的优势，验证了本文研究的有效性和实用性。
本文总结了三电平逆变器SVPWM控制策略的研究现状和未来发展趋势，为相关领域的进一步研究提供了有益的参考。
二、三电平逆变器的基本原理三电平逆变器是一种在电力电子领域中广泛应用的电能转换装置，其基本原理在于利用开关管的导通与关断，实现直流电源到交流电源的高效转换。
与传统的两电平逆变器相比，三电平逆变器在输出电压波形上拥有更高的精度和更低的谐波含量，因此在大规模电力系统和电机驱动等领域具有显著优势。
三电平逆变器的基本结构通常包括三个直流电源、六个开关管以及相应的控制电路。
三电平SVPWM算法研究及仿真三电平SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种常见的电力电子转换技术，用于控制三相逆变器或变频器输出的电压波形。
本文将着重研究三电平SVPWM算法，并进行仿真评估。
首先，我们来介绍三电平SVPWM算法的原理。
它基于矢量控制（Vector Control）理论，通过在三相逆变器的输出电压空间矢量图上选择合适的电压矢量，以实现所需的输出电压。
1.获取输入信号：通过采样电网电压和电网电流，获取输入信号的相位和幅值。
2.电网电压矢量合成：将电网电压坐标变换到α-β坐标系，然后将三相电压矢量转换为α-β坐标系下的矢量。
3. 电机电流转换：通过坐标变换将α-β坐标系下的矢量转换为dq 坐标系下的矢量，其中d轴是电机电流的直流分量，q轴是电机电流的交流分量。
4. 电机电流控制：通过PI控制器对dq坐标系下的电机电流进行控制，以实现所需的电机电流。
5.电网电压生成：通过逆变器控制器生成电网输出电压的矢量。
6.SVM模块选择：根据电网电压矢量在α-β坐标系下的位置，选择合适的SVM模块进行控制。
7.输出PWM波形：根据选择的SVM模块，将PWM波形通过逆变器输出到电网上。
接下来，我们将进行三电平SVPWM的仿真评估。
仿真环境可以使用Matlab/Simulink或者PSCAD等软件。
首先，我们需要建立三电平逆变器的模型，包括电网电压、逆变器、电机等组成部分。
然后，编写三电平SVPWM算法的仿真程序。
在仿真程序中，通过输入电网电压和电机负载等参数，我们可以模拟电网电压和电机电流的变化情况。
然后，根据三电平SVPWM算法，计算逆变器输出的PWM波形，并将其作为输入给逆变器，从而实现对电网电压和电机电流的控制。
最后，通过仿真结果分析三电平SVPWM算法的性能，包括输出波形的失真程度、功率因数、谐波含量等。
并与传统的两电平SVPWM算法进行对比，评估其性能优势。
摘要近年来，三电平逆变器在大容量、高压的场合得到了越来越多的应用。
在其众多的控制策略中，SVPWM算法具有调制比大、能够优化输出电压波形、易于数字实现、母线电压利用率高等优点。
本文首先对三电平逆变器技术的发展状况进行了综述，分析了三电平逆变器的几种拓扑结构，控制策略以及各自的优缺点。
其次，以二极管箝位式三电平逆变器为基础，阐述了三电平逆变器的工作原理、数学模型，分析了空间电压矢量控制策略的原理，对三电平逆变器空间电压矢量的控制算法进行了改进，引进了大扇区和小三角形的判断方法，给出了扇区和小三角形区域的判断规则、合成参考电压矢量的相应输出电压矢量作用时间和作用顺序以及开关信号的产生方法。
最后，采用MATLAB/Simulink进行仿真分析，一个一个模块的搭建仿真模块，然后把各个模块连接起来，实现了对三电平逆变器的SVPWM控制算法的仿真，观察系统的输出波形，分析波形，并进行比较，验证了算法的可行性。
关键词：三电平逆变器空间电压矢量控制（SVPWM） MATLAB仿真ABSTRACTRecently, three-level inverter in the large capacity and high pressure situation got more and more applications fields. Among many of modulation strategies, SVPWM has been one of the most popular research points. The main advantages of the strategy are the following: it provides larger under modulation range and offers significant flexibility to optimize switching waveforms, it is well suited for implementation on a digital computer, it has higher DC voltage utilization ratio. Initially, summing up the development condition of three-level inverter technology, analyzed the structure of three-level inverter topological, the control strategy and their respective advantages and disadvantages.Secondly, the paper based on the ground-clam -p diode type three-level inverter, expounds the work principle of three-level inverter, and analyzes the principle of the SVPWM. By improving the three-level inverter SVPWM control algorithm, this paper introduces the estimation method of the big sectors and the small triangles, and proposes the judgment rules for large sector and triangle region and puts forward the corresponding output sequence of the synthesis reference voltage vector and optimizes the function sequence of switch vector.Finally ,using MATLAB/SIMULINK to carry on the simulation analysis. Building the simulation system model to realized to three-level inverter SVPWM control algorithm, and to confirmed the algorithm feasibility.Keywords:Three-level inverter; space voltage vector control (SVPWM); MATLAB simulation目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 课题目的及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.2.1 拓扑结构 (2)1.2.2 控制策略 (5)1.3 课题任务要求 (6)1.4课题重点内容 (6)2 三电平逆变器的原理 (7)2.1二极管箝位型三电平逆变器 (8)2.1.1二极管箝位型逆变电路的工作原理 (8)2.1.1 二极管箝位型逆变电路的控制要求 (11)2.1.2 三电平逆变器的数学模型 (11)2.2 三电平SVPWM控制技术 (14)2.2.1三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换 (14)2.2.1 SVPWM控制原理 (16)3 三电平SVPWM算法研究 (19)3.1 参考矢量的位置判断 (19)3.1.1 扇区判断 (19)3.1.2 小三角形的判断 (20)3.2 输出矢量的确定 (21)3.3计算各个矢量的作用时间 (21)3.4 空间电压矢量作用顺序 (23)4 三电平逆变器的MATLAB仿真 (26)4.2 扇区的判断 (27)4.3 小三角形判断 (28)4.4 时间计算 (29)4.5 矢量的作用顺序 (29)4.5.1七段式SVPWM时间分配 (29)4.5.2矢量状态次序 (29)4.6 矢量状态到开关状态 (33)5 三电平逆变器的仿真结果分析 (35)总结 (46)参考文献 (48)致谢 (49)1 绪论1.1 课题目的及意义从20世纪90年代以来，以高压IGBT、IGCT为代表的性能优异的复合器件的发展受人关注，并在此基础上产生了很多新型的高压大容量变换拓扑结构。
NPC三电平逆变器VSVPWM的研究NPC三电平逆变器（Neutral-Point- Clamped Three-LevelInverter）和SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是现代电力转换系统中两种常见的拓扑和控制方法。
它们在不同应用场景中具有各自的优势和适用性。
NPC三电平逆变器是一种多电平逆变器，由具有多个电源和单个中性点连接的功率开关组成。
它的控制方式可以实现高质量的电压波形和较低的谐波畸变。
其中，中性点电压的控制是该拓扑独特的特点之一、它可以通过三电平逆变器输出不同电平的电压，以产生尽可能接近理想波形的输出电压。
在低功率应用中，NPC三电平逆变器具有高效率和较低的失真。
而SVPWM是一种基于空间矢量模型的脉宽调制方法。
它通过对逆变器开关的开合进行控制，实现输出电压波形的调制。
它可以产生接近理想正弦波形的输出电压，并且可以减少谐波畸变。
相较于传统的脉宽调制方法，SVPWM的控制精度更高，使得电力转换效率更高，并且可以减少尺寸和重量。
在比较NPC三电平逆变器和SVPWM时，可以考虑以下几个方面：1.转换效率：SVPWM方法控制的逆变器可以实现更高的转换效率，因为其输出电压波形接近理想正弦波，减少了谐波畸变和功率损耗。
相较之下，NPC三电平逆变器在高功率应用中的效率可能会较低，因为其电路结构复杂，电压开关频率较高。
2.复杂性和成本：SVPWM相对于NPC三电平逆变器的控制策略较简单，且在设计和实现上较为常见。
然而，NPC三电平逆变器较复杂，需要多个功率开关和电源，并且需要特殊的控制策略。
在一些低成本和低功率应用中，SVPWM可能是更经济和实用的选择。
3.谐波畸变：由于SVPWM可以接近理想正弦波输出，所以其谐波畸变较低。
而NPC三电平逆变器也可以通过输出不同电平的电压来减少谐波畸变，并且在低功率应用中通常具有较低的失真。
因此，在高要求的工业应用中，两者都可能是合适的选择。
基于svpwm的三电平逆变器控制策略研究
基于svpwm（Space Vector Pulse Width Modulation）的三电平
逆变器控制策略研究是一个有趣又有兴趣的话题，尤其是在有需要开
发出新一代控制策略以满足市场不断提高要求时，受到越来越多的关注。
SVPWM是一种多相双向逆变器控制的有效方式，它能够在负载测动
或静态状态时提供有效的响应，以调节输出电压并减少电磁悬浮。
然而，当输出功率较大时，可能会出现火花现象，增加了损耗，影响了
系统效率。
因此，采用三电平逆变器技术减少了火花现象，可以改善
输出功率对分部多脉冲控制的响应。
SVPWM技术与三电平逆变器的结合构成了一种适用于三电平逆变器
的新一代控制策略，可以有效改善该系统的性能。
在研究中，已经实
现了针对三电平逆变器的改进的SVPWM策略，调节了单相的输出电压，将负载拖动电流降低至最低，并且可以对输入电压的变化作出及时响应，从而提高系统效率。
此外，由于信号电平与控制精度之间的关系，本文还介绍了如何
可以使用基于三电平逆变器的SVPWM策略来提高信号电平和控制精度
之间的性能。
该方案利用不同的控制方法来控制三相的逆变器的输出，通过理论和仿真结果，得出了显著的改善效果。
总而言之，基于svpwm的三相逆变器控制策略研究可能会取得长
足的进展，以满足市场的新一代控制需求。
在相关的研究工作中已经
取得了良好的成果，并且有望在未来继续发展，使得三电平逆变器能
够发挥更好的控制性能。
三电平逆变器SVPWM控制算法研究摘要：论述了二极管箝位式三电平逆变器的基本结构，分析了空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制三电平逆变器的算法，给出了确定参考矢量的三个规则，并推导出工作矢量的作用时间和输出顺序，从而使三电平逆变器SVPWM控制算法的可行性得到了验证。
关键词：三电平逆变器；SVPWM；算法目前，三电平逆变器是实现中高压、大容量电机调速的主要方式之一，与传统的两电平逆变器相比，其优点是能承受高电压、电压电流上升率低等。
但是，由于其逆变状态比传统两电平多，加上前端三线整流所带来的中点电压波动，其控制算法的复杂程度也随之增大。
电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)本质上依赖于开关矢量的选择和开关矢量作用时间的计算，通过优化开关矢量，降低开关频率，从而减少了交流侧电流的总谐波畸变率，提高了母线电压利用率。
1 三电平逆变器主电路结构三电平逆变器主电路结构主要是二极管中点箝位(NPC)式，如图1所示。
以电源中点为参考，每一相可以输出1、0和-1三种电平。
以U相为例，其输出规律为：当S1、S2开通。
S3、S4关断时，输出电压为1；当S2、S3开通，S1、S4关断时，输出电压为0；当S1、S2关断，S3、S4开通时，输出电压为-1。
对三相三电平逆变器而言，每相都有3种(1、0、-1)电平输出，所以三相共有33=27个电平状态输出，对应着空间矢量的27个矢量状态，如图2所示。
2 三电平SVPWM算法的实现2．1 参考电压矢量位置和输出电压矢量的确定SVPWM算法的首要任务就是判断参考电压矢量位于哪个区域及该区域中的哪个小三角形，然后依此确定相应的输出电压矢量。
为了防止输出电压产生很高的dv／dt，每次输出状态切换时，开关状态只切换一个电平。
第I象限正三角形中矢量分区如图3所示，其它象限矢量的分析可参照第I象限。
先根据参考矢量的角度确定出该矢量位于图2所示的6个正三角形区域中的哪一个，然后可以依据如下3条规则进一步判断位于哪个小三角形。
三电平逆变器的SVPWM控制与MATLAB仿真研究三电平逆变器是一种常用的电力电子设备，具有输出波形质量高、效率高、功率密度大等优点。
SVPWM是一种常用于三电平逆变器的控制算法，可以实现对输出电压的精确调节。
本文将对SVPWM控制算法进行研究，并使用MATLAB进行仿真验证。
首先，介绍三电平逆变器的基本原理。
三电平逆变器由两个半桥逆变器和一个中间电压平衡电路组成。
其工作原理是通过控制两个半桥逆变器的开关状态，将输入直流电压转换为输出交流电压。
为了实现高质量的输出波形，需要对逆变器的开关状态进行精确控制。
SVPWM是一种常用的控制算法，通过控制逆变器的开关状态来实现对输出电压的精确控制。
SVPWM控制算法的基本原理是将三相交流信号转换为空间电压矢量，然后通过控制逆变器的开关状态来实现对输出电压的调节。
该算法采用三角波进行调制，根据三角波和参考信号之间的相位差确定逆变器的开关状态。
具体来说，根据参考信号和三角波的相位关系，可以将逆变器的开关状态分为六个不同的区间。
在每个区间中，逆变器的开关状态发生变化，从而实现对输出电压的调节。
为了验证SVPWM控制算法的性能，我们使用MATLAB进行仿真。
首先，我们需要建立逆变器的数学模型。
逆变器的数学模型可以通过电路方程和开关动态方程来建立。
然后，我们可以编写MATLAB代码来实现SVPWM控制算法。
在代码中，需要定义参考信号和三角波的频率和幅值，并根据相位差确定逆变器的开关状态。
最后，我们可以通过MATLAB的仿真工具来模拟逆变器的工作过程，并观察输出电压的波形和频谱。
通过对SVPWM控制算法的研究和MATLAB的仿真验证，可以得出以下结论。
首先，SVPWM控制算法可以实现对三电平逆变器输出电压的精确控制。
其次，通过调整参考信号和三角波的频率和幅值，可以实现不同频率和幅值的输出电压。
最后，MATLAB的仿真工具可以有效地验证SVPWM控制算法的性能，并对三电平逆变器的工作过程进行可视化分析。
三电平三相桥式逆变器的svpwm控制方式应用概述说明1. 引言1.1 概述本文旨在介绍三电平三相桥式逆变器的SVPWM（空间矢量脉宽调制）控制方式的应用。
逆变器作为电力电子变换技术中的重要组成部分，广泛应用于交流电力传输和各种工业应用中，有着重要的实际意义。
而SVPWM控制方式作为一种高效的逆变器控制方法，具有优秀的性能和效率，在现代电力系统中得到了广泛关注和应用。
1.2 文章结构本文共分为五个部分，首先是引言部分，对文章进行概述和介绍；第二部分是正文，介绍逆变器及其基本原理；第三部分是专门介绍SVPWM控制方式的应用，包括其基本原理以及在三电平三相桥式逆变器中的具体实现方法和优点；第四部分将着重讨论三电平三相桥式逆变器的特点，并与其他类型逆变器进行比较；最后一部分是结论，对前文所述内容进行总结归纳，并展望未来该领域的发展方向。
1.3 目的本文旨在深入探讨SVPWM控制方式在三电平三相桥式逆变器中的应用，并分析该控制方式的优点和适用性。
通过全面介绍和剖析，读者可以对SVPWM控制方式有一个清晰的认识，并了解其在三电平三相桥式逆变器中实际应用的效果与意义。
同时，本文还致力于为读者提供一个全面、系统且易于理解的资料，以便进一步研究和应用相关领域的技术。
(以上内容均为草稿，仅供参考)2. 正文电力电子技术在现代电力供应系统中发挥着重要的作用。
逆变器是一种将直流电转换为交流电的设备，广泛应用于工业控制、风能和太阳能发电系统等领域。
而三电平三相桥式逆变器是逆变器中一种常见且性能优越的拓扑结构。
三电平三相桥式逆变器采用了多级拓扑结构，通过控制开关管的导通与截止，可以实现对输出交流波形的精确控制。
在传统的两电平逆变器中，只能产生两个电平的交流输出；而在三电平逆变器中，通过合理选择开关管的组合方式，可以产生三个不同高度的输出电平。
这使得三相桥式逆变器具备更好的输出波形质量，并提供了更宽广阶梯数模拟交流信号。
而在控制方法方面，空间矢量脉宽调制（SVPWM）被广泛应用于三电平三相桥式逆变器中。
三电平SVPWM算法研究及仿真三电平SVPWM算法研究及仿真一、引言近年来，随着电力电子技术的不断发展，交流调速系统在工业领域得到广泛应用。
为了实现高精度的交流调速，研究人员提出了各种调制技术。
在这些技术中，多电平逆变器作为交流调速系统中最重要的部分之一，其控制算法的研究和优化具有重要意义。
三电平空间矢量调制（SVPWM）算法作为一种较为有效的调制技术，广泛应用于多电平逆变器中，本文主要围绕三电平SVPWM算法的研究及仿真展开。
二、三电平SVPWM算法原理三电平SVPWM算法是采用空间矢量图形方法决定逆变器输出电压矢量的调制技术。
它通过将逆变器的输出电压矢量离散化为六个等效矢量，进而形成一种或多种适用于逆变器的控制信号。
在三电平逆变器中，根据电网的工作状态和逆变器的负载需求，可以得到逆变器的输出电压的各个组分，进而得到逆变器的输出电压矢量。
三、基于三电平SVPWM算法的控制策略在三电平逆变器应用中，SVPWM算法可用于控制逆变器输出电压的矢量。
具体而言，SVPWM算法包含以下三个步骤：1. 根据电网的输入电压和逆变器的输出电压需要，确定合适的工作模式；2. 确定逆变器输出电压矢量；3. 根据逆变器输出电压矢量，确定合适的控制信号。
四、三电平SVPWM算法的仿真实验本文采用MATLAB/Simulink软件对三电平SVPWM算法进行仿真实验。
仿真电路包括电网、三电平逆变器和负载三个部分。
仿真实验的主要目的是验证三电平SVPWM算法在逆变器输出电压调制方面的优势。
在仿真实验中，通过改变电网的输入电压、逆变器输出电流以及负载的变化来观察三电平SVPWM算法的性能。
五、仿真结果分析仿真结果表明，三电平SVPWM算法能够有效地通过控制逆变器的输出电压矢量，实现对电机的精确控制。
在不同工作负载下，三电平SVPWM算法能够实现较低的失真度和较高的功率因数。
此外，仿真结果还显示，三电平SVPWM算法具有较高的效率和稳定性，在实际应用中具有一定的可行性。
基于SVPWM算法的数字控制三电平逆变器的研究【摘要】三电平逆变器属于电压型逆变器，它是多电平逆变器中比较有实用意义的一种电路，本文通过深入论述三电平逆变器SVPWM的基本原理及算法特点，总结了SVPWM的应用特点，为其能在工程领域应用提供一定的工程参考价值。
【关键词】逆变器；SVPWM；数字控制1.引言与传统的两电平逆变器相比，三电平逆变器自从上世纪80年代提出以后，逐步成为目前在系统设计和工程应用研究的热点之一。
三电平逆变器属于电压型逆变器，它是多电平逆变器中比较有实用意义的一种电路。
三电平逆变器具有好的输出电压、电流波形；器件具有两倍的正向阻断电压能力；能降低开关频率，从而使系统损耗减小让低压开关器件应用于高压逆变器中，然而由于其逆变状态比传统的两电平逆变器多若干倍，以及中点电压的不均衡问题给三电平逆变器带来了很多控制方面的复杂性。
多电平逆变器的思想提出至今，出现了许多控制方法，但归纳起来主要有三种：正弦载波PWM（SPWM）、选择性消谐波PWM （HEPWM）、空间矢量PWM（SVPWM）。
2.三电平逆变器SVPWM方法的原理空间矢量PWM（SVPWM）是国外学者在交流电机调速中提出的，是由磁通轨迹控制思想发展而来的，其物理概念清晰，能明显减少逆变器输出电流的谐波成分，以及输出电压利用率高、中点电位易于控制平衡和功率管的开关次数较少，更容易且适合数字化实现。
SVPWM一经问世，就成为三相逆变器中最重要的调制方式。
它用空间矢量的概念来计算开关作用时间，是一种简化的数字PWM 调制。
SVPWM又称磁链追踪型PWM法，它是从电动机的角度出发，其着眼点是如何使电动机获得圆磁场。
具体地说，它是以三相对称正弦波电压供电下三相对称电动机定子理想磁链圆为基准，由三相逆变器不同开关模式下所形成的实际磁链矢量来追踪基准磁链圆，在追踪的过程中，逆变器的开关模式作适当的切换，从而形成PWM波。
2.1 空间电压矢量的定义交流电机绕组的电压、电流、磁链等物理量都是随时间变化的，分析时常用空间矢量来表示。
svpwm控制三相逆变电路课设1.引言1.1 概述概述部分的内容可以如下编写：引言部分是一篇文章的开端，用于引导读者进入主题，并对文章的内容进行概述。
本文讨论的是"svpwm控制三相逆变电路课设"，将着重介绍svpwm控制原理和三相逆变电路设计的相关知识。
在传统的三相逆变电路中，常用的控制方法是PWM（脉宽调制）。
然而，随着科技的发展，SVPWM（空间矢量脉宽调制）成为了一种更加先进和有效的控制方法。
SVPWM可以通过调节逆变电路中的开关状态来实现对输出电压的精确控制，从而得到更高质量的电力输出。
本文将首先介绍SVPWM控制原理，包括其基本概念、工作原理和控制算法。
通过深入理解SVPWM的原理，读者将能够更好地理解和运用该控制方法。
其次，本文还将探讨三相逆变电路的设计过程。
从电路拓扑结构的选择到电路参数的确定，将分步骤介绍如何设计一个稳定可靠的三相逆变电路。
在设计过程中，我们将重点介绍一些常用的开关模块、滤波电路和保护电路的选择和设计原则。
最后，本文将通过实验结果分析，评估所设计电路的性能。
通过对实验数据的统计和分析，我们将对设计的三相逆变电路进行性能评估，并总结和展望进一步优化这一电路。
通过本文的学习，读者将能够全面了解svpwm控制三相逆变电路的理论基础和实际应用。
同时，本文所介绍的电路设计方法和实验结果分析也具有一定的指导意义，能够帮助读者在课设和实际工程中更好地应用和优化三相逆变电路。
1.2 文章结构文章结构部分的内容应该包括以下方面的介绍：在本篇长文中，将会对svpwm控制三相逆变电路进行课设研究和探讨。
本篇文章主要包括引言、正文和结论三个部分。
引言部分将会开始介绍本文的背景和目的。
首先，会简要概述svpwm 控制三相逆变电路的基本原理和应用。
然后，会详细说明本文的结构和组织，以便读者能够清晰地了解整篇文章的内容和安排。
最后，会明确本文的目的，即通过对svpwm控制三相逆变电路的课设研究，探索其在实际应用中的优势和限制，并提出相关的结论和展望。
三电平逆变器SVPWM控制策略及实验研究2009年07月15日 09:09 华中科技大学作者：张杰，邹云屏，张贤，用户评论（0）关键字：三电平逆变器SVPWM控制策略及实验研究摘要：在两电平的常规空间矢量PWM算法的基础上，给出了三电平空间矢量PWM算法，并提出一种改进的三电平空间矢量PWM调制策略来进行二极管钳位型三电平逆变器的控制，从而实现最小开关损耗。
基于TMS320F240DSP实现了三电平逆变系统的数字控制，实验结果论证了该方案的可行性。
关键词：二极管钳位型三电平逆变器；空间矢量脉宽调制；最小开关损耗；数字控制SVPWM Control Strategy and Experiment Research on Three-levelInvertersZHANG Jie, ZOU Yun-ping, ZHANG Xian, DING KaiAbstract:A novel space vector PWM (SVPWM) modulation strategy used in three- level NPC inverter to reduce switching loss isprovided.Through coordinating transformation, it can easily obtain the control of the space voltage vector. The whole system has been implemented digitally by using TMS320F240 DSP, and the modulation strategy and control scheme is demonstrated by the experimental waveforms and corresponding spectrums.Keywords:Diode-clamped three-level inverter; Space vector PWM (SVPWM); Least switching loss; Digital control1 引言近几年来，在高压大功率应用领域，一种新型的逆变器——多电平逆变器受到越来越广泛的关注。
多电平逆变器的思想最早是由Nabae于20世纪80年代初提出的。
其基本原理是通过多个直流电平来合成逼近正弦输出的阶梯波电压。
本文所讨论的二极管钳位型多电平逆变器是通过串联的电容将直流侧的高电压分成一系列较低的直流电压，并通过二极管的钳位作用使开关器件承受的反向电压限制在每个电容的电压上，从而在不提高器件电压等级的前提下相对提高逆变器输出电压。
2 拓扑结构虽然多电平拓扑结构种类较多，但是大致可分为：二极管钳位型，飞跃电容型和独立直流电源级联多电平这三种拓扑结构。
这三种多电平拓扑结构各有优缺点，其中应用最广泛的是二极管钳位型多电平拓扑结构。
本文的研究对象主要是二极管钳位型三电平逆变器。
在图1所示的二极管钳位型三电平逆变器中，相对逆变器直流侧中点的参考电位0，逆变器的输出电压除了两电平逆变器输出电压＋UD/2和－UD/2，还增加了第三个电平值0。
图1中采用了12个可关断功率器件和6个钳位二极管，在直流侧接有2个等电容量的电容分别是C1，C2，每个电容分担的电压为UD/2，并且通过钳位二极管的钳位作用，使每个开关器件上承受的电压限制在一个电容电压（UD/2）上，从而大大减小了开关器件的电压应力。
图1 二极管钳位型三电平逆变器与三相两电平逆变器相同，三相三电平逆变器也可以用开关变量Sa、Sb、Sc分别表示各桥臂的开关状态，不同的是这时A、B、C桥臂分别有三种开关状态，从而Sa、Sb、Sc为三态开关变量，如表1所列。
表1 三电平(NPC)逆变器A相开关状态因此，A相输出端A对电源中点0的电压uAO可以用A相开关变量Sa 结合输入直流电压UD来表示uAO=·UD (1)输出线电压可表示为uAB=uAO－uBO=UD·(Sa－Sb) (2)整理即为=UD·· (3)与三相两电平逆变器相同，三相三电平逆变器可以定义逆变器的开关状态为（SaSbSc），则三电平逆变器有27个开关状态，分别对应着19个特定的空间电压矢量,如图2所示，并将整个矢量空间分成24个扇区。
由图2可以看出，19种空间电压矢量可分为长矢量，中矢量，短矢量和零矢量，分别对应着1个，2个和3个不同的冗余开关状态，如表2所列。
表2 开关状态及相应电压矢量图2 三电平空间电压矢量图3 空间矢量调制与两电平逆变器相似，三电平空间矢量PWM调制也是通过对调制空间矢量的位置进行判断，选择进行合成的开关矢量，并计算其相应的开通时间。
我们定义三相三电平逆变器的电压空间矢量调制比如下m=（1）式中：是在空间以角速度ω=2πf旋转的电压矢量V＊的模长；UD是电压矢量V13的模长。
从图2中可以看出，三电平逆变器整个矢量空间的24个扇区可分成6个大的区间，则每一个区间包含4个小的扇区。
旋转电压矢量V＊是由所在扇区的三个电压矢量Vx，Vy，Vz合成的。
它们的作用时间分别为Tx，Ty，Tz，且Tx＋Ty＋Tz=Ts。
Ts为开关周期。
现定义X=，Y=，Z=（2）现在以第一个区间（0<θ<60°）为例，计算旋转电压矢量V＊处在扇区D1，D7，D13，D14时Vx，Vy，Vz所对应的X，Y，Z值。
定义m的边界条件分别为Mark1，Mark2，Mark3，如式（3），（4），（5）所示。
Mark1=（3）Mark2=（4）Mark3=（5）1）当调制比m<Mark1，即旋转矢量V*处于扇区D1时，V*是由V0、V1和V2三个电压矢量合成的，如图3所示。
根据矢量合成原理，可以列出如下方程(6)解式（6）得（7）图3 旋转矢量在D1扇区的矢量图2）当调制比Mark1<m<Mark2，即旋转矢量V*处于扇区D7时，V*是由V1、V2和V7三个电压矢量合成的，可列出如下方程 (8)解式（8）得(9)3)当调制比Mark2<m< θ 0< 且<Mark3，且0<θ<30°，即旋转矢量V＊处于扇区D13时，V＊是由V1、V13和V7三个电压矢量合成的,可列出如下方程（10）解式（10）得（11）4)当调制比Mmark2<m< θ且<Mark3，且30°<θ<60°，即旋转矢量V＊处于扇区D14时，V＊是由V2、V7和V14三个电压矢量合成的，可列出如下方程（12）解式（12）得（13）这样，在计算其它五个区间的Tx，Ty，Tz时，只要将式（7）、（9）、（11）和（13）中的θ值分别用θ－60°，θ－120°，θ－180°，θ－240°，θ－300°来替代即可实现对整个矢量空间的计算。
4 最小开关损耗调制算法在三电平逆变器中，由于冗余开关状态的存在，使得一个电压矢量对应于两个或三个开关状态，因此必须使用一定的算法来减少开关动作次数，从而减少开关损耗。
减少开关损耗算法的基本原则是每次开关状态的变化只引起一相电压的变化并且只有两个互补开关管的触发信号发生变化，从而减少了开关损耗并降低了开关频率。
例如，在图2中，空间矢量从D14扇区旋转到D15扇区，A、B、C三相开关管的状态就可以按照（221→220→210→110→110→210→220→221）→（221→220→120→110→110→120→220→221）的顺序来变化。
当空间矢量V＊旋转到D14扇区时，这时的空间矢量是由V2（用开关状态221或110表示）、V7（用开关状态210表示）和V14（用开关状态220表示）三个矢量共同合成的，第一个括号内开关状态的调制顺序就是空间矢量在D14扇区的调制顺序。
当空间矢量V＊旋转到D15扇区时，这时的空间矢量是由V2（用开关状态221或110表示）、V14（用开关状态220表示）和V8（用开关状态120表示）三个矢量共同合成的，第二个括号内开关状态的调制顺序就是空间矢量在D15扇区的调制顺序。
其中，开关状态221和110代表同一个矢量V2，以它作为开关状态的起始状态和末尾状态进行过渡。
因此，无论是在扇区的内部还是在两个扇区之间，开关状态的每一次变化都只有桥臂互补驱动信号的两个管子开关状态发生了变化，从而减少了开关损耗。
5 实验研究本实验主电路拓扑如图1所示，二极管钳位型三电平逆变器的主开关器件选用2SK1941，其最大承受电压可达600V，最大通态电流16A。
钳位二极管选择IXY SDESI30，它所能承受的最大通态电流为12A。
逆变PWM开关频率为5kHz，输出正弦波基波频率为278Hz。
本数字控制系统是基于TMS320F240 DSP芯片，12路驱动信号分别由TMS320F240经控制电路产生，全比较单元的六路PWM输出分别驱动ABC三相的S1和S3管，单比较单元的三路PWM信号及其反相信号经死区电路后分别驱动逆变器的S2和S4管。
本控制是通过dq变换，把正弦交流检测量转变为dq直流反馈量，再分别进行PI调节，然后通过SVPWM模块对三电平逆变器进行控制。
图4为三相三电平逆变器的控制系统结构图。
图4 三电平控制系统结构图图5(a)和图5(b)分别是二极管钳位型三电平逆变器输出相电压VAN、VBN、VCN和输出线电压VBC、VAC的实验波形，我们能够很明显地看出三电平的形状，三电平要比两电平更逼近正弦，因此可以在开关频率不是很高并且不增加开关管的耐压值的情况下，获得较低的谐波畸变率。
(a) 相电压VAN、VBN、VCN波形(b) 线电压VBC、VAC波形图5 输出相电压和线电压波形（滤波前）图6是闭环空载时逆变器输出A相线电压波形及频谱分析,总谐波畸变率1.53％。
图7是闭环负载时逆变器输出线电压和线电流波形及频谱分析，线电压总谐波畸变率2.75％，系统输出功率1.8kW。
(a) A相线电压波形(b) A相线电压频谱分析图6 空载实验波形及频谱分析(a) A相线电压和线电流（1A/100mV）波形(b) A相线电压频谱分析图7 阻性负载时实验波形及频谱分析从图6和图7的波形中我们可以看出，闭环正负波形不对称，并且带载时的谐波畸变率要比空载时的高。
这主要是由于闭环带载运行时，由于负载电流的增加，从中点流过的电流加大，逆变器不停地对直流侧的两个电容充放电，导致两个电容上的电压不平衡。
实验中对中点电流并没有进行特别的控制，从而导致直流侧两个电容上的电压不平衡，致使输出电压正负波形的不对称。
