三相SVPWM逆变电源输出波形优化控制策略

SVPWM的原理和法则推导和控制算法详细讲解SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种三相不对称多电平PWM调制技术。

其原理是将三相电压转换为空间矢量信号，通过调制的方式控制逆变器输出电压，以实现对三相电机的控制。

下面将详细介绍SVPWM的原理、法则推导以及控制算法。

一、原理：SVPWM的原理在于将三相电压分解为两相，即垂直于矢量且相互垂直的两个分量，直流坐标分量和交流坐标分量。

其中，直流坐标分量用于产生直流电压，交流坐标分量用于产生交流电压。

通过对直流和交流坐标的调制，可以生成所需的输出电压。

二、法则推导：1.将三相电压写成直流坐标系下的矢量形式：V_dc = V_d - 0.5 * V_a - 0.5 * V_bV_ac = sqrt(3) * (0.5 * V_a - 0.5 * V_b)2. 空间矢量信号通过电源电压和载波进行调制来生成输出电压。

其中，电源电压表示为空间矢量V。

根据配比原则，V_dc和V_ac分别表示空间矢量V沿直流和交流坐标的分量。

V = V_dc + V_ac3.根据法则推导，导出SVPWM的输出电压：V_u = 1/3 * (2 * V_dc + V_ac)V_v = 1/3 * (-V_dc + V_ac)V_w = 1/3 * (-V_dc - V_ac)三、控制算法：1. 设定目标矢量Vs，将其转换为直流坐标系分量V_dc和交流坐标系分量V_ac。

2.计算空间矢量的模长：V_m = sqrt(V_dc^2 + V_ac^2)3.计算空间矢量与各相电压矢量之间的夹角θ：θ = arctan(V_ac / V_dc)4.计算换向周期T和换相周期T1：T=(2*π*N)/ω_eT1=T/6其中，N为极对数，ω_e为电机的角速度。

5.根据目标矢量和夹角θ，确定目标矢量对应的扇区。

6.根据目标矢量和目标矢量对应的扇区，计算SVPWM的换相角度β和占空比：β=(2*π*N*θ)/3D_u = (V_m * cos(β) / V_dc) + 0.5D_v = (V_m * cos(β - (2 * π / 3)) / V_dc) + 0.5D_w=1-D_u-D_v以上步骤即为SVPWM的控制算法。

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。

三相vienna svpwm控制方法三相Vienna SVPWM控制方法引言：随着电力电子技术的发展，交流电机控制技术得到了广泛的应用。

在交流电机控制技术中，SVPWM（空间矢量调制）是一种常用的控制方法。

而Vienna SVPWM是一种基于SVPWM的控制方法，它可以有效地实现对三相电机的精确控制。

本文将详细介绍Vienna SVPWM控制方法的原理和实现过程。

一、Vienna SVPWM控制方法简介Vienna SVPWM控制方法是一种基于SVPWM的控制方法，它在传统的SVPWM控制方法的基础上进行了改进和优化。

传统的SVPWM控制方法需要通过空间矢量转换将三相电流转换为两相电流，再通过逆变器将两相电流转换为三相电压输出。

而Vienna SVPWM控制方法则直接将三相电流转换为三相电压输出，省去了空间矢量转换的步骤，从而简化了控制过程。

二、Vienna SVPWM控制方法原理Vienna SVPWM控制方法的原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 通过三相电流传感器获取三相电流的实时值；2. 根据电机的数学模型和控制策略，计算得到电机的电流参考值；3. 根据电流参考值，通过逆变器将三相电流转换为三相电压输出；4. 通过PWM（脉宽调制）技术，控制逆变器中的开关器件，调节输出电压的大小和频率；5. 根据电机的反馈信号，调整电流参考值，实现对电机的精确控制。

三、Vienna SVPWM控制方法的优势相比传统的SVPWM控制方法，Vienna SVPWM控制方法具有以下几个优势：1. 简化了控制过程，减少了计算量和运算时间；2. 提高了控制的精度和稳定性；3. 降低了硬件成本，减少了电路复杂度；4. 提高了系统的效率和可靠性。

四、Vienna SVPWM控制方法的应用Vienna SVPWM控制方法广泛应用于各种类型的三相电机控制系统，特别是对于高性能和高要求的控制系统，更能发挥出其优势。

例如，它可以应用于电动汽车的驱动系统、工业生产线的电机控制系统、风力发电机组的控制系统等。

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。

基于优化ＳＶＰＷＭ控制算法的三相电压型逆变器①李瑾１②　李可迪２（１：南昌工程学院电气工程学院　江西南昌３３００９９；２：南开大学数学科学学院　天津３０００７１）摘　要　针对传统的基于αβ坐标系的ＳＶＰＷＭ控制算法需要进行坐标变换，算法繁琐、计算量大的缺点，本文提出了一种优化的基于三相静止ａｂｃ坐标系的ＳＶＰＷＭ控制算法，通过直接比较矢量沿ａｂｃ坐标轴的各个分量的大小就可判断出矢量所在扇区及各个矢量的作用时间，大大简化了ＳＶＰＷＭ控制算法的运算过程。

将其用在三相电压型ＰＷＭ逆变器中，对该ＳＶＰＷＭ逆变器进行Ｍａｔｌａｂ仿真实验的结果证明了此新型ＳＶＰＷＭ控制算法的正确性和可行性。

关键词　电压型逆变器　空间矢量脉宽调制　仿真中图法分类号　ＴＭ４６１ 文献标识码　ＡＤｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２３ ０２ ００２Ｔｈｒｅｅ ｐｈａｓｅＶｏｌｔａｇｅＳｏｕｒｃｅＩｎｖｅｒｔｅｒｂａｓｅｄｏｎＯｐｔｉｍｉｚｅｄＳＶＰＷＭＣｏｎｔｒｏｌＡｌｇｏｒｉｔｈｍＬｉＪｉｎ１　ＬｉＫｅｄｉ２（１：ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｃｈａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００９９；２：ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＮａｎＫａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７１）ＡＢＳＴＲＡＣＴ　ＡｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｃｏｍｐｌｅｘｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｌａｒｇｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｍｏｕｎｔｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＳＶＰＷＭｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎαβｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍ，ａｎｏｐｔｉｍｉｚｅｄＳＶＰＷＭｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｒｅｅ ｐｈａｓｅｓｔａｔｉｏｎａｒｙａｂｃｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｂｙｄｉｒｅｃｔｌｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｓｉｚｅｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅｖｅｃｔｏｒａｌｏｎｇｔｈｅａｂｃｃｏｏｒｄｉｎａｔｅａｘｉｓ，ｗｅｃａｎｊｕｄｇｅｔｈｅｓｅｃｔｏｒａｎｄａｃｔｉｏｎｔｉｍｅｏｆｅａｃｈｖｅｃｔｏｒ，ｗｈｉｃｈｇｒｅａｔｌｙｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅＳＶＰＷＭｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆＭａｔｌａｂｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｎｔｈｅｔｈｒｅｅ ｐｈａｓｅｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅＰＷＭｉｎｖｅｒｔｅｒｕｓｅｄｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄＳＶＰＷＭｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓａｎｄｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｎｅｗＳＶＰＷＭｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ　Ｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅｉｎｖｅｒｔｅｒ　Ｓｐａｃｅｖｅｃｔｏｒｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ１　前言变频调速已成为目前极为重要的节能措施。

S V P W M的原理及法则推导和控制算法详解Last revision date: 13 December 2020.1 空间电压矢量调制 SVPWM 技术SVPWM 是近年发展的一种比较新颖的控制方法，是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽 可能接近于理想的正弦波形。

空间电压矢量PWM 与传统的正弦PWM 不同，它是从三相输出电压的整体效果出发，着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。

SVPWM 技术与SPWM 相比较，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近圆形，而且使直流母线电压的利用率有了很大提高，且更易于实现数字化。

下面将对该算法进行详细分析阐述。

SPWM 通过控制开关器件的关断得到正弦的输入电压；SVPWM 的控制目标在于如何获得一个圆形的旋转磁场。

之所以成为矢量控制，是因为通过SVPWM 对晶闸管导通的控制可以得到一系列大小和方向可变的空间电压矢量，通过对空间电压矢量进行控制，从而得到圆形旋转磁场。

1.1 SVPWM 基本原理SVPWM 的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。

在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。

两个矢量的作用时间在一个采样周期内分多次施加，从而控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通圆，并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态，从而形成PWM 波形。

逆变电路如图 2-8 示。

设直流母线侧电压为Udc ，逆变器输出的三相相电压为UA 、UB 、UC ，其分别加在空间上互差120°的三相平面静止坐标系上，可以定义三个电压空间矢量 UA(t)、UB(t)、UC(t)，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律做变化，时间相位互差120°。

SVPWM的原理及法则推导和控制算法详解SVPWM全称为Space Vector Pulse Width Modulation，是一种用于交流电驱动的脉宽调制技术。

它通过对电压波形进行合适的调制，实现对交流电驱动变频器输出电压的精确控制。

以下是SVPWM的原理及法则推导和控制算法的详解。

1.原始正弦信号：首先，将三相交流电压信号转化为矢量信号表示。

当输入的三相正弦信号为：$$v_a=v_m\sin(\Omega t)$$$$v_b=v_m\sin(\Omega t - \frac{2\pi}{3})$$$$v_c=v_m\sin(\Omega t + \frac{2\pi}{3})$$其中，$v_m$为幅值，$\Omega$为频率，t为时间。

2.空间矢量表示：将交流信号的三相信号进行矩阵变换，转化为空间矢量表示，例如：$$V_s=\frac{2}{3}\begin{pmatrix} 1 & -\frac{1}{2} & -\frac{1}{2}\\ 0 & \sqrt{3}/2 & -\sqrt{3}/2\end{pmatrix}\begin{pmatrix} v_a\\ v_b\\ v_c \end{pmatrix}$$其中，$V_s$表示空间矢量表示。

3.空间矢量模量：空间矢量模量的大小表示输出电压的幅值，可以通过以下公式计算：$$V=\sqrt{V_s^2}=\sqrt{V_a^2 + V_b^2 + V_c^2}$$4.空间矢量相位：空间矢量相位表示输出电压的相位位置，可以通过以下公式计算：$$\theta=\tan^{-1}(\frac{V_b}{V_a})$$5.确定电压矢量分量：根据设定的输出电压幅值和相位，可以计算出两个主要输出电压分量$V_d$和$V_q$，分别代表感应电机电流的直流成分和交流成分。

6.电压矢量分解：通过将输出电压分解为两个主要分量$V_d$和$V_q$，可以表示为：$$V_d=V_s\cos(\theta - \gamma)$$$$V_q=V_s\sin(\theta - \gamma)$$其中，$V_s$为空间矢量模量，$\theta$为空间矢量相位，$\gamma$为极坐标相角，用来调整电压波形的对称性。

三相逆变器控制策略
三相逆变器的控制策略有很多种，常见的包括：
1. 同步控制策略：通过计算三相电网的电压和频率，实时调整逆变器的输出电压和频率，使其与电网同步，从而实现电能的传输和互联。

2. PI控制策略：通过调整逆变器输出电流的PI控制器的参数，控制逆变器输出电流与电网电流的匹配度，从而保持逆变器输出功率的稳定性。

3. MPPT控制策略：通过实时监测逆变器的输出电压和电流，并计算功率曲线的最大点（MPPT点），调整逆变器的工作点，使其运行在最大功率点附近，提高逆变器的转换效率。

4. PWM控制策略：采用脉宽调制（PWM）技术，调节逆变器的输出电压和频率，控制逆变器输出波形的质量，减少谐波和失真。

5. 滞环控制策略：通过对逆变器的输出电流进行滞环控制，实现对逆变器输出功率的限制，确保逆变器在额定功率范围内工作。

以上策略通常可以根据具体的控制需求进行组合和调整，以满足不同的应用要求。

考虑输出电压平衡的三相四开关逆变器SVPWM过调制策略李泽;郭源博;张铭;张晓华【摘要】针对三相四开关逆变器(TPFSI)电压输出能力受限,且传统过调制方法存在输出三相电压基波幅值不平衡的问题,提出一种考虑输出电压平衡的空间矢量脉宽调制过调制算法.首先,推导三相四开关逆变器输出平衡三相电压的约束条件;然后,根据调制比的大小,将过调制区域分为三部分,即过调制Ⅰ区、过调制Ⅱ区和过调制Ⅲ区,并基于叠加定理分别选择用于矢量合成的电压矢量和加权系数,合成期望的电压矢量;最后,对传统的过调制算法与提出的基于叠加定理的过调制算法进行仿真研究和实验验证.结果表明:与传统的三相四开关逆变器过调制算法相比,所提出的过调制算法能够输出平衡的三相电压,且基波幅值与调制比呈线性关系,同时避免了控制角和保持角的在线计算或离线存储,具有易于数字化实现的优点.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2019(023)007【总页数】10页(P53-62)【关键词】三相四开关逆变器;三相输出电压平衡;叠加定理;空间矢量脉宽调制;过调制【作者】李泽;郭源博;张铭;张晓华【作者单位】大连理工大学电气工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学电气工程学院,辽宁大连116024;哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院,哈尔滨150001;大连理工大学电气工程学院,辽宁大连116024;哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言电压型逆变器由于其结构简单、控制灵活等优点，已广泛应用于工业、交通、航空和军事等重要领域[1-2]。

然而，由于IGBT等功率开关器件易发生开路或短路故障，导致逆变器无法正常工作。

因此，为获得更高的可靠性，通常要求系统发生故障时，仍旧能够继续运行，即系统具有容错能力[3]。

为满足这一需求，可对传统三相六开关逆变器在某相桥臂发生故障后的拓扑重构为三相四开关逆变器(three-phase four-switch inverter, TPFSI)。

1 空间电压矢量调制 SVPWM 技术SVPWM 是近年发展的一种比较新颖的控制方法,是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波,能够使输出电流波形尽 可能接近于理想的正弦波形。

空间电压矢量PWM 与传统的正弦PWM 不同,它是从三相输出电压的整体效果出发,着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。

SVPWM 技术与SPWM 相比较,绕组电流波形的谐波成分小,使得电机转矩脉动降低,旋转磁场更逼近圆形,而且使直流母线电压的利用率有了很大提高,且更易于实现数字化。

下面将对该算法进行详细分析阐述。

SPWM 通过控制开关器件的关断得到正弦的输入电压；SVPWM 的控制目标在于如何获得一个圆形的旋转磁场。

之所以成为矢量控制,是因为通过SVPWM 对晶闸管导通的控制可以得到一系列大小和方向可变的空间电压矢量,通过对空间电压矢量进行控制,从而得到圆形旋转磁场。

1.1 SVPWM 基本原理SVPWM 的理论基础是平均值等效原理,即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合,使其平均值与给定电压矢量相等。

在某个时刻,电压矢量旋转到某个区域中,可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。

两个矢量的作用时间在一个采样周期内分多次施加,从而控制各个电压矢量的作用时间,使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转,通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通圆,并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态,从而形成PWM 波形。

逆变电路如图 2-8 示。

设直流母线侧电压为Udc,逆变器输出的三相相电压为UA 、UB 、UC,其分别加在空间上互差120°的三相平面静止坐标系上,可以定义三个电压空间矢量 UA t 、UB t 、UC t ,它们的方向始终在各相的轴线上,而大小则随时间按正弦规律做变化,时间相位互差120°。

假设Um 为相电压有效值,f 为电源频率,则有：⎪⎩⎪⎨⎧+=-==)3/2cos()()3/2cos()()cos()(πθπθθm Cm B m A U t U U t U U t U 2-27 其中,ft πθ2=,则三相电压空间矢量相加的合成空间矢量 U t 就可以表示为：θππj m j C j B A e U e t U e t U t U t U 23)()()()(3/43/2=++= 2-28可见 U t 是一个旋转的空间矢量,它的幅值为相电压峰值的倍,Um 为相电压峰值,且以角频率ω=2πf 按逆时针方向匀速旋转的空间矢量,合成空间电压矢量U t 为一个幅值恒定、逆时针旋转速度恒定的一个空间电压矢量。