最新三电平逆变器仿真
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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。
三电平光伏并网逆变器的设计和仿真三电平光伏并网逆变器是一种逆变器,可将光伏发电系统产生的直流电转换为交流电并注入电网中。
相较于传统的两电平逆变器,三电平逆变器具有较低的谐波畸变、较高的效率以及较低的损耗。
本文将主要介绍三电平光伏并网逆变器的设计和仿真。
首先,我们需要了解三电平光伏并网逆变器的工作原理。
该逆变器采用全桥拓扑结构,通过PWM控制技术将直流电转化为交流电。
在三电平拓扑中,单个逆变器开关可以处于三个可能的状态之一,产生三个不同的输出电平。
通过合理的控制逆变器开关状态,可以实现更接近纯正弦波形的输出。
接下来,我们需要进行三电平光伏并网逆变器的设计。
设计的关键步骤包括选择逆变器拓扑、选择开关器件以及设计控制策略。
逆变器拓扑的选择可以参考现有的研究成果和文献,如全桥拓扑、H桥拓扑等。
开关器件的选择需要考虑功率损耗、效率、成本等因素。
对于控制策略的设计,可以采用比例积分控制器,根据输入输出电流电压进行调节和控制。
设计完成后,我们可以使用电路仿真软件进行三电平光伏并网逆变器的仿真。
常用的电路仿真软件包括PSIM、Simulink等。
通过仿真,可以验证逆变器的性能以及输出波形是否满足要求。
在仿真过程中,需要输入逆变器的直流电源电压、负载的电阻值以及逆变器的控制信号等参数,以获取准确的仿真结果。
总结起来,三电平光伏并网逆变器的设计和仿真需要进行逆变器拓扑选择、开关器件选择以及控制策略设计等关键步骤,并可以通过电路仿真
软件进行验证。
这种逆变器在光伏发电系统中具有重要的应用价值,可以提高发电系统的效率和稳定性。
图2三电平逆变器空间电压矢量图1引言近年来,在高压、大功率变换电路中,一种新型的变换器———箝位二极管式电压型三电平逆变器,由于其相对于传统两电平电压型逆变器表现出明显的优势,引起了越来越多的关注[1~3]。
电压型逆变器输出性能主要取决于调制算法,SVPWM技术以其易于数字实现,电压利用率高等优点,得到了广泛应用。
但是,三电平逆变器的缺点是控制策略较复杂和出现中点电压不平衡问题[2,3]。
为此,本文基于传统二电平逆变器空间电压矢量控制原理,提出一种以平衡三电平逆变器中点电压为出发点的控制思想,即将所有扇区都划归第一扇区的空间电压矢量控制思想,简化了控制算法,从根本上解决了三电平逆变器中点电压不平衡的问题。
2三电平电压空间矢量原理图1给出了三电平逆变器的电路图。
三电平逆变器每桥臂有4个开关器件,引入开关函数Sa,Sb,Sc,则其应是三态开关变量(分别定义为0,1,2),对应的输出相电压为-Ud/2,0,+Ud/2(Ud为直流回路电压)。
故三相三电平逆变器合成电压矢量数为33=27种。
其中有效电压矢量有19种。
图2示出三电平逆变器空间电压矢量图。
电压矢量可分为大矢量,中矢量,小矢量和零矢量,其中PPP,OOO和QQQ为零矢量状态;还有6个模长为Ud/3的小矢量;6个模长为! Ud/3的中矢量,以及6个模长为2Ud/3的大矢量,它们把正六边形等分为6个大三角形区,而每个大三角形区域又被分为4个小三角形区。
结合空间电压矢量图可得三电平逆变器三相电压合成机理:任意时刻的三相电压ua,ub,uc可由3个相邻的空间电压矢量合成,当电压矢量沿着逆时针或顺时针方向旋转时,空三电平逆变器空间电压矢量控制算法仿真研究张卫丰,余岳辉,刘璐(华中科技大学,湖北武汉430074)摘要:分析了三电平空间电压矢量调制基本原理,提出了一种首发矢量全部采用正小矢量或负小矢量的空间矢量调制(SpaceVectorMdulation,SVM)算法,给出了小三角形区域判断规则、合成参考电压矢量的相应输出电压矢量的作用顺序和(SpaceVectorPulseWidthMdulation,SVPWM)信号的产生方法,探讨了影响三电平逆变器中点电压平衡的主要因素,并推导了各合成电压矢量的作用时间。
三相三电平电压型逆变器仿真建模与特性分析黄绍平,杨 青,浣喜明Ξ(湖南工程学院电气与信息工程系,湖南湘潭411101) 摘 要:利用MA TLAB软件中的电力系统模块库(PSB),为三相三电平电压型逆变器建立了仿真模型,对其输出特性进行了仿真分析,并利用快速傅里叶变换(FF T)分析工具对逆变器的输出电压进行了谐波分析.仿真实例表明了此模型和仿真方法的正确性.关键词:三电平逆变器;脉宽调制(PWM);快速傅里叶变换(FF T);谐波;MA TLAB中图分类号:TM921 文献标识码:A 文章编号:1671-119X(2005)01-0001-040 引 言随着大功率全控型电力电子器件(如GTO、IG2 B T、MOSFET、IGCT等)的开发成功和应用技术的不断成熟,近年来电能变换技术出现了突破性进展,各种新型逆变器已开始在各类直流电源、U PS、交流电机变频调速、高压直流输电系统等领域中得到应用,并使得有源电力滤波器(APF)、静止无功发生器(SV G)以及各种灵活交流输电系统(FACTS)和配电系统FACTS(DFACTS)中各种装置的研制成为可能.由于大功率电力电子装置的结构非常复杂,若直接对装置进行试验,代价高且费时费力,故在研制过程中需要借助计算机仿真技术,对装置的运行机理与特性、控制方法的有效性进行验证,以预测并解决问题,缩短研制时间.MA TLAB软件具有强大的数值计算功能,方便直观的Simulink建模环境,其PSB(电力系统模块库)中有丰富的各类电气元件模块,尤其是MA T2 LAB6.5版的推出,PSB中包括了常用的电力电子器件模型、三相桥电路模型、PWM脉冲发生器模块、FF T(快速傅里叶变换)模块以及各种离散测量与控制算法模块,使复杂电力电子装置的建模与仿真成为可能.本文利用MA TLAB/PSB为一个三相三电平PWM(脉宽调制)逆变器建立系统仿真模型,并对其输出特性进行仿真分析.1 三电平电压型逆变器的基本原理图1是一个三电平电压型单相桥逆变器原理电路[1].直流侧为储能电容;V T1~V T4为主功率开关器件GTO;各主功率开关器件旁反并联有续流二极管,为感性负载电流提供反馈能量至直流侧的无功通路;另外,接有中点钳位二极管.中点钳位二极管与续流二极管一起将输出端电位钳至直流电源中点电位.这是一个三电平逆变器电路,通过控制V T1、V T2、V T3、V T4的开通与关断,可以使桥臂中点输出有三个电平,即+E/2、0、-E/2.多电平技术(如三电平、五电平、七电平)就是由使逆变器输出几个电平台阶合成阶梯波,以逼近正弦波输出,这样可以有效地减少输出电压中的谐波含量,改善输出特性,同时降低了功率开关器件的电压定额.图1 三电平电压源型单相桥逆变器原理电路第15卷第1期2005年3月 湖南工程学院学报Journal of Hunan Institute of EngineeringVo1.15.No.1Mar.2005Ξ收稿日期:2004-06-04作者简介:黄绍平(1964-),男,教授,研究方向:电力系统无功补偿、电力系统数字仿真.在各种应用中,对逆变器的输出特性有严格要求,除要求频率可变、电压可调外,还要求电压基波尽可能大,谐波含量尽可能小.上述的多电平结构就是改善逆变器输出特性的一种方法.改善逆变器输出特性更有效的方法是采用脉宽调制(PWM )技术.PWM 型逆变器是使用自关断器件作高频通断的开关控制,将逆变器的台阶电压输出变为等幅不等宽的脉冲电压输出,并通过调制控制消除输出电压的较低次谐波,只剩幅值很小、易于抑制的较高次谐波.PWM 有各种调制方法,按照输出电压脉冲宽度变化规律有等脉宽调制和正弦脉宽调制(SPWM ).SPWM 又有同步调制与异步调制,同步调制是使三角形载波频率随正弦调制波频率成比例变化,在任何输出频率下都保持每半个周期内的输出脉冲数不变.2 三相三电平电压型逆变器建模图2是利用MA TLAB/PSB 中的各种元件模块所建立的一个三相三电平电压型逆变器的系统仿真模型[2].这一系统由两个结构完全一样的三相三电平电压型PWM 逆变器构成.逆变器的输出通过一台三相变压器供电给一个交流负载(1kW ,500var ,60Hz ,208V ).变压器的漏抗(8%)和负载电容(500var )可对逆变器输出电压进行滤波,以消除交流电压中的谐波成分.图2中各元件模块的功能与参数设置阐述如下:(1)三相三电平桥本系统使用两个完全相同的三相三电平桥.在PS B 中有通用桥模块、三电平桥模块等电力电子电路模块可供使用.三电平桥模块的桥臂数可选为1、2、3,功率开关器件有GTO 和IG BT 可供选择,图2中选用的是三相桥,器件为GTO.每个桥臂除开关器件外,还有4个与开关器件反并联的续流二极管和两个中点钳位二极管.开关器件内阻R on =0.1mΩ,正向压降U f =1V ,二极管正向压降U f =1V.(2)三相线性变压器逆变器输出通过变压器给一个三相交流负载供电.这一变压器使用PSB 中的三相线性变压器(12端子)模块,它是三个单相双绕组变压器构成的,有12个端子.有关参数设置为:三相额定功率为1000VA ,f =60Hz ,一次绕组线电压为240V ,二次绕组线电压为208V ,Rm =200p.u (标么值),Xm =200p.u.图2 三相三电平电压源型逆变器的系统仿真模型 (3)三相PWM 发生器采用MA TLAB/PSB /Extras/Discrete ControlBlocks library 中的三相离散PWM 发生器模块.这一PWM 发生器能为三相两电平或三电平逆变器2 湖南工程学院学报 2005年(单桥或双桥)产生触发脉冲.在本模型中,PWM 脉冲发生器的输出端口(P1、P2)产生两组12脉冲序列,每个三电平桥1组.这一PWM 脉冲发生器能运行在同步或异步方式.当运行在同步方式时,三角载波信号与PLL (相同步逻辑,锁相环)输入端“ωt ”的给定角保持同步.在同步方式,载波频率由开关速度确定,它是输出频率的倍数.当选择“external ”输入作为调制信号源,连接到输入端“Ust ”的3个调制信号被使用,这3个调制信号由三相可编程电源提供.如果选择“Internal ”内部信号输入作为调制信号源,载波就不同步.在这种情况下,输出信号的大小(调制系数)、频率和相位角均可在模块菜单中设置.在本模型中,直流母线电压设为400V (±200V );载波频率设为1080Hz (18×60Hz );3个调制信号(三相可编程电源提供)的频率设为60Hz ,信号幅值为0.85,即调制系数m =0.85.(4)虚拟PLL 模块采用MATLAB /PS B /Extras/Discrete C ontrol Blocks library 中的离散虚拟PLL 模块.它没有输入信号,通过参数设定,模拟一个实际的PLL.它有3个输出端,分别输出频率、频率向量sin (ωt )与cos (ωt )、电角度ωt (0~2π).3 三相三电平电压型逆变器输出特性的仿真分析 设置仿真参数,启动仿真,在示波器上可观察到3个电压波形(如图3所示):①三电平桥I 输出的A 相对中性点的电压u an ;②由两个三电平桥输出的A图3 三相三电平电压源型逆变器输出电压波形相电压u aa ;③加在负载上的线电压u ab .从波形图可以看出:u an 有三个电平:+200V 、0V 、-200V ;u aa 有5个电平:±400V 、±200V 、0V.而负载电压非常接近正弦波,这是由于变压器漏感和负载电容所组成的滤波回路大大地减少了逆变器输出电压中的谐波.为了对输出特性进行分析,在仿真结束后,打开MA TLAB/PSB 中的快速傅里叶变换(FF T )功能,对上述3个电压波形的谐波成份进行分析,3个电压波形中各次谐波含量如图4所示.(a )u an中各次谐波含量(b )u aa中各次谐波含量(b )u ab 中各次谐波含量图4 输出电压中的谐波3第1期 黄绍平等:三相三电平电压型逆变器仿真建模与特性分析 4 结束语仿真实例结果表明了仿真模型的正确性,此模型可用于定量地分析计算逆变器的输出特性.本仿真模型和仿真方法适应于对采用不同电力电子器件、不同控制方法的三相电压型逆变器的仿真.参 考 文 献[1] 姜齐荣,谢小荣,陈建业.电力系统并联补偿———结构、原理、控制与应用[M].北京:机械工业出版社,2004. [2] 吴天明,谢小竹,彭 彬.MA TLAB电力系统设计与分析[M].北京:国防工业出版社,2004.Simulation Modeling and Characteristic Analysisof Three2phase Three2level V oltage Type InverterHUAN G Shao-ping,YAN G Qing,HUAN Xi-ming(Dept.of Elect.and Information Eng.,Hunan Institute of Engineering,Xiangtan411101,China)Abstract:Using the power system blockset(PSB),a simulating model for the three2phase three2level voltage type inverter is built.The ouput characteristics of this inverter are simulated and the harmonics in output voltage are analysed by the Fast Fourier Transform Algorithm(FF T)tool.The simulating instance confirms the correct2 ness of this model and the simulating method.K ey w ords:three2level inverter;Pulse2Width Modulation(PWM);Fast Fourier Transform Algorithm;har2 monic;MA TLAB《湖南工程学院学报》对论文摘要的编写要求 摘要是科技论文的重要组成部分,是以提供文献内容梗概为目的,不加评论和补充解释,简明、确切地记述文献重要内容的短文。
基于Matlab的三电平SVPWM逆变器的仿真实现常国祥;金琴;宋红超;赵杰【摘要】A neutral point clamped three-level inverter is used to explain the scheme. We briefly analyze working principle and algorithm of SVPWM, proposing a simple building method of sector judge-ment model basedon Matlab. Through the observation and analysis of the simulation waveform, the cor-rectness of the algorithm is verified, also providing the basis for debugging and studying the actual hard-ware circuit.%以二极管钳位式三电平逆变器为研究对象,介绍了SVPWM的原理、算法,在Matlab的基础上提出了一种简单的扇区判断模型的搭建方法。
通过对仿真波形的观察、分析,验证了算法的正确性,也为实际电路的调试、研究提供了依据。
【期刊名称】《工业仪表与自动化装置》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】4页(P42-44,57)【关键词】SVPWM;Matlab;逆变器;仿真;节能减排【作者】常国祥;金琴;宋红超;赵杰【作者单位】黑龙江科技大学电气与控制工程学院,哈尔滨150022;黑龙江科技大学电气与控制工程学院,哈尔滨150022;黑龙江科技大学电气与控制工程学院,哈尔滨150022;黑龙江科技大学电气与控制工程学院,哈尔滨150022【正文语种】中文【中图分类】TP391.920世纪80年代,A.Nabae等人首次提出了中点钳位式逆变器,它的出现为高压大容量电压型逆变器开辟了一条新思路。
三电平SVPW算法的仿真1SVPWM算法的研究背景及意义三电平逆变器PWM技术主要对输出电压的控制,逆变器本身运行状态的控制,包括直流电容的电压平衡控制、输出谐波控制、所有功率开关的输出功率平衡控制、器件开关损耗控制等。
目前研究比较多的是应用比较广泛的空间电压矢量调制法(SVPW)M 。
空间电压矢量调制法(SVPWM是一种建立在空间电压矢量合成概念上的脉宽调制方法,采取这种方法,电压的利用率高,易于数字化实现,输出波形质量好,接近正弦,合理安排空间矢量,不仅可以降低开关频率,而且减少开关损耗。
所以,本文选用空间电压矢量调制(SVPW)M 作为三电平逆变器的控制方法。
2三电平基本空间矢量以交流电机为负载的三相对称系统,当在电机上加三相正弦电压时,电机气隙磁通在静止坐标平面上的运动轨迹为圆形。
设三相正弦电压瞬时值表达式为:,( 2.1 )则它们对应的空间电压矢量定义为:( 2.2 )在空间矢量平面上,三电平逆变器的同一基本矢量对应不同的开关状态,说明逆变器输出的基本矢量所对应的开关状态数目具有一定的冗余度。
按照基本矢量幅值的不同进一步分类,可以将19 个基本矢量及其对应的度低组开关状态分为四类,分别称为长矢量、中矢量、短矢量和零矢量。
3 参考电压矢量合成的原则为了让三电平逆变器输出的电压矢量接近圆形,并最后得到圆形的旋转磁通,只有利用逆变器的输出电平和作用时间的有限组合,用多边形去接近圆形。
在采样周期内,对于一个给定的参考电压矢量Vref' 可以用三个基本电压矢量来合成,根据伏秒平衡原理,其中T1、T2、T3分别为V1 V2、V3矢量对应的作用时间,Ts为采样周期。
根据此方程组可以得到各基本矢量的作用时间。
然后根据基本矢量与开关状态的对应关系,结合其它要求确定所有的开关状态及其输出形式。
根据以上所说原则,为了实现三电平逆变器的SVPW控制,在每个采样周期内,应分为以下三个步骤:(1)区域判断。