60_坐标系下三电平逆变器SVPWM方法的研究

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。

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。

1.1SVPWM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1-1 示。

设直流母线侧电压为U dc，逆变器输出的三相相电压为U A、U B、U C，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U A(t)、U B(t)、U C(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U m 为相电压有效值，f 为电源频率，则有：()cos()()cos(2/3)()cos(2/3)A mB m Cm U t U U t U U t U θθπθπ=⎧⎪=-⎨⎪=+⎩ (1-1)其中，2ft θπ=，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：2/34/33()()()()2j j j A B C m U t U t U t e U t e U e ππθ=++=(1-2)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1.5倍，U m 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，而空间矢量 U(t)在三相坐标轴(a ，b ，c)上的投影就是对称的三相正弦量。

SVPWM的原理与法则推导和控制算法详解SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种常用于电力电子系统中的调制技术，用于控制交流电机的转速和输出电压。

它通过在电机相电流中施加适当的电压向量来控制电机的输出。

SVPWM的原理基于矢量变换理论和电压空间矢量的概念。

在SVPWM中，通过合理地选择电机相电流的方向和幅值，可以实现各种输出电压波形。

具体来说，SVPWM通过将输入直流电压转化为三相交流电压，然后按照一定的时序开关三相电压源，最终实现对电机的控制。

对于输入直流电压Vin和电机的相电流ia，ib和ic，SVPWM的推导可以分为以下几个步骤：1.将三相电流转换为两相电流：α = ia - ib / √3β = (2*ic - ia - ib) / √6其中，α和β分别表示两个正交轴向的电流分量。

2.计算电机相电流的矢量和以及矢量角度：i=√(α^2+β^2)θ = arctan(β/α)其中，i表示电流的矢量和，θ表示电流矢量的角度。

3.通过计算矢量角度来确定电压空间矢量的方向：根据电流矢量角度的范围，将电流矢量所在的区域划分为6个扇区（S1-S6），每个扇区对应一个电压空间矢量的方向。

4.计算电压空间矢量的幅值：根据电流矢量的大小，计算得出在相应扇区内的电压空间矢量的幅值。

5.根据电压空间矢量的方向和幅值，计算各相电压的占空比：根据电压空间矢量的方向和幅值，可以得出控制电机的各相电压的占空比。

1.读取电机的输入参数，包括电流、速度和位置信号。

2.根据输入参数计算出电机相电流的矢量和和矢量角度。

3.根据矢量角度确定电压空间矢量的方向。

4.根据矢量角度和矢量幅值计算电压空间矢量的幅值。

5.根据电压空间矢量的方向和幅值，计算出各相电压的占空比。

6.将占空比参考信号与电机的PWM生成模块相结合，通过逆变器将控制信号转化为交流电压，并驱动电机运行。

7.循环执行以上步骤，并实时调整占空比，以实现对电机速度和输出电压的精确控制。

三电平逆变器简化SVPWM策略及其误差电流分析杨林;曾江;杨清波【摘要】对于三电平逆变器,传统的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)方法需要进行大量的三角函数计算及参考矢量扇区判定,增加了控制器的运算时间,若考虑中点电位平衡的问题,算法复杂度将进一步增加,另外,目前缺乏简单有效的对不同SVPWM策略下逆变器输出波形质量的评价方法.为此,在60°坐标系SVPWM策略基础上,提出一种采用二分法的简化调制策略,该策略通过二分法快速搜索参考矢量所在位置,通过动态调整冗余小矢量作用时间,控制流经逆变器中线电流,从而实现中点电位平衡控制;最后基于矢量法对SVPWM策略下三电平逆变器输出误差电流进行了分析.仿真结果表明,该SVPWM策略避免了三角函数计算,较60°坐标系SVPWM策略运算时间也有所降低,并可实现精细化中点电位平衡控制.%With regard to the three-level inverter,the traditional space vector pulse width modulation (SPVPWM) method needs a great deal of trigonometric function calculation and reference vector sector determination,which may increase computation time overhead of the controller.If considering balance of the neutral point potential,complexity of the algorithm is increased further.In addition,there are short of simple and effective evaluation methods for output waveform quality of the inverter under different SVPWM strategies.Therefore,on the basis of60 °coordinate system SVPWM strategy,the paper presents a kind of simplified modulation strategy adopting dichotomy method which can rapidly search for locations of reference vectors by using the dichotomy method and control current flowing through the center line of the inverterby dynamically adjusting action time of redundant small vectors so as to realize balance control for the neutral point potential.Finally,it analyzes output error current of the three-level inverter under SVPWM strategy based on the vector method.Simulation results indicate this SVPWM strategy has avoided trigonometric function calculation and decreased its computation time overhead compar ed with 60 °coordinate system SVPWM strategy.It shows this strategy can realize refined control for balance of the neutral point potential.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2017(030)012【总页数】7页(P48-54)【关键词】二分法;SVPWM策略;误差电流;中点电位平衡;60°坐标系;三电平逆变器【作者】杨林;曾江;杨清波【作者单位】华南理工大学电力学院,广东广州510640;华南理工大学电力学院,广东广州510640;华南理工大学电力学院,广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】TM464近年来，在高压大容量场合，相比二电平逆变器而言，三电平逆变器由于输出波形谐波含量少、电压变化率du/dt小、开关频率低、损耗小、效率高等特点，受到人们的广泛关注[1-2]。

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。

60°坐标系下三电平SVPWM算法和中点电压控制研究郜亚秋;肖鹏;张建;赵宇【摘要】The traditional space vector modulation algorithm using on N PC (neutral point clamped) three level inverter need a large number of trigonometric function calculations and sector judgment, and higher demands on the processor. For these problems, space vector pulse width modulation method (SVPWM) is applied on 60° coordinate system, this method can save a large number of trigonometric function calculations in traditional algorithm and the control resources of processors. Aiming atthe unbalance problems of neutral point voltage on three-level, the power balance algorithm is used. The simulation and experiments verify that this method has good inhibitory effect on neutral point voltage unbalance.%中点箝位式三电平逆变器采用传统空间矢量调制算法时，需要进行大量的三角函数运算和扇区判断，对处理器的要求较高，针对传统空间矢量控制算法计算量较大的问题，采用基于60°坐标系的空间矢量脉宽调制方法，此方法可以省去传统算法中的大量三角函数运算，节省了处理器的控制资源。

三电平NPC变流器SVPWM算法研究多电平变流器是目前电力电子技术研究的焦点之一，相对于传统两电平变流器优点明显，但其常用的空间电压矢量控制算法（SVPWM）也更加复杂。

文章阐述了三电平SVPWM算法的基本原理以及1 概述随着新能源的不断发展，尤其是风电技术等新能源电力技术的发展，变流器在电力系统中的重要性也越来越高。

而相对于传统两电平变流器，三电平变流器具有明显的优点，如主开关器件承受的电压和du/dt减小一半，输出电压谐波小等优点，具有广阔的前景和应用价值[1]。

空间矢量脉宽调制[1][2]具有输出电流谐波少、转矩脉动小、直流利用率高等优点，是三电平变流器控制的首选方案。

相对传统算法，文章阐述了一种相对简单的方式来得到所需的作用时间，只需一个大区域的18个作用时间即可得到所需的所有作用时间，另外以60度坐标系来判断扇区简化计算，使算法变得简单。

2 SVPWM算法三电平SVPWM算法根据参考电压矢量由幾个基本矢量合成的原则来进行三电平变流器的控制，根据所需量的先后顺序，可以分为区域判断、作用时间计算以及作用时间分配三个部分。

2.1 参考矢量所在区域判断与传统算法类似，我们将基本空间矢量区域划分为6个大扇区、24个小区域。

但与传统算法不同，这里采用60度g-h坐标系来划分区域，简化计算。

以公式（1）转换到60度g-h坐标系后，以下列规则判断大扇区：N=1时，Vg>0且Vh>0；N=2时，Vg0且Vg+Vh>0；N=3时，Vg0且Vg+Vh0且Vh0且Vh0；2.2 作用时间计算判断完参考矢量在具体某一个区域之后，我们就可以根据伏秒平衡原理预先计算各个基本矢量所需的时间。

首先需要找到合成参考矢量所需的三个基本矢量V1、V2、V3，然后根据下面进行计算：V1T1+V2T2+V3T3=VrefTs （2）T1+T2+T3=Ts （3）类似地可以得到参考电压矢量在其他区域时的各基本矢量的作用时间，需要将各个区域所有基本矢量作用时间都计算出来，方便在使用时直接提取数据。