多电平逆变器与SVPWM

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。

一种多电平逆变器简化SVPWM算法崔楠楠;吴斌;徐欢庆【摘要】为解决传统空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法应用于多电平逆变器时,参考电压矢量定位计算复杂、繁琐的问题,以中点钳位H桥5电平逆变器为例,介绍其拓扑结构及工作原理并提出一种基于αβ坐标系的简化SVPwM算法.该算法利用旋转归一化将其他5个扇区转化到第Ⅰ扇区,使计算量减少了5/6,通过使用一组公式可以快速判断参考电压矢量的准确位置,克服了传统SVPWM算法计算复杂的缺点.同时,该算法可以适用于更高电平.实验结果验证了所提算法的正确性与可行性.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2015(045)003【总页数】4页(P45-47,80)【关键词】中点钳位H桥5电平逆变器;空间矢量脉宽调制;参考电压矢量;旋转归一化;通用性【作者】崔楠楠;吴斌;徐欢庆【作者单位】河南能源化工集团永煤公司新桥煤矿,河南永城476600;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008【正文语种】中文【中图分类】TM464控制策略是多电平逆变器十分重要的研究方向，空间矢量脉宽调制（SVPWM）因其三相同时控制，直流电压利用率高，输出波形谐波小，转矩脉动小，易于数字化实现等优点受到了国内外学者们的广泛关注。

SVPWM的关键是判断参考电压矢量的准确位置，进而确定合成它的3个基本电压矢量。

然而，随着逆变器电平数的增多，组成其空间矢量图的小三角形个数成平方级数递增，这时传统SVPWM算法［1］应用于多电平时，对于参考电压矢量所处位置的判断将变得十分复杂、繁琐。

为解决此问题，文献［2］将αβ坐标系变换为gh坐标系，使得所有矢量的坐标变为整数，大大简化了参考电压矢量的定位，但物理意义不明确；文献［3］建立了xyz坐标系，避免了三角函数运算和参考电压矢量幅角求取，但随着电平数的增多，各矢量坐标的求取变得复杂，且含有大量分式和根号；文献［4］建立了KL坐标系，与gh坐标系一样，物理意义不明确；文献［5］通过建立线电压坐标系，判断小三角形的类型，从而快速定位了参考电压矢量；文献［6］针对中点钳位H桥5电平逆变器提出一种基于αβ坐标系的SVPWM算法，其缺点是对于参考电压矢量定位的计算过于复杂，不利于实时实现。

移相多重化整流技术论述1、电力电子多重化技术是指在大功率电力电子电路中，使用若干个相同结构的电路拓扑通过移相处理后进行串联或者并联连接，构成输入侧或者输出侧等效多脉波的电路形式，有利于降低谐波、减小无功、提高电力电子装置的电压等级及装置容量。

在高频工作场合，电力电子多重化技术还能够降低单元电路的工作开关频率以提高整体电路的工作频率，最大限度地利用全控型开关器件开关频率与通流能力、耐压水平的综合效力。

包含串联多重化与并联多重化，串联多重化除了降低谐波含量、提高功率因素外要紧用于高电压场合，以提高电力电子装置的电压等级；并联多重化除了降低谐波、提高功率因素外要紧用于大电流场合，以提高电力电子装置的电流容量。

2、多电平逆变器的调制方法要紧为：①特定谐波消除法（SHEPWM）；②空间矢量法（SVPWM）；③基于载波的PWM操纵法（SHPWM）三种。

消除特定谐波法消除特定谐波PWM操纵法有如下优点：①能够降低开关频率，降低开关损耗；②在相同的开关频率下，能够生成最优的输出波形；③能够通过调制得到较高的基波电压，提高了直流电压利用率，最多可达1.15。

多电平空间矢量调制法将三相系统的电压统一考虑，并在两相系统进行操纵。

这种操纵方法称之电压空间矢量操纵，它的特点在于对三相系统的统一表述与操纵，与对幅值与相位同时操纵这两个方面。

模型简单，便于微机实时操纵，并具有转矩脉动小，噪声低，直流电压利用率高的优点，因此目前不管在开环操纵还是闭环操纵系统中均得到广泛的应用。

基于载波的PWM调制技术多电平变换器载波PWM操纵策略，是两电平载波SPWM技术在多电平中的直接推广应用。

由于多电平变频器需要多个载波，因此在调制生成多电平PWM 波时有两类基本方法：①首先将多个幅值相同的三角载波叠加，然后与同一个调制波比较，得到多电平PWM波，即载波层叠法(Carrier Disposition，CD)PWM，该方法可直接用于二极管箝位型多电平结构操纵，对其他类型的多电平结构也适用；②用多个分别移相，幅值相同的三角载波与调制波比较，生成PWM波分别操纵各组功率单元，然后再叠加，形成多电平PWM波形，称之载波移相法(Phase Shift Carrier，PSD)PWM，通常用在H桥级联型结构与电容钳位型结构。

专利名称：一种多电平逆变器的新型通用SVPWM算法专利类型：发明专利
发明人：汪志好,陈海波,汪家兴,蔡春年,宋杨阳
申请号：CN202011037527.3
申请日：20200928
公开号：CN112290815A
公开日：
20210129
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种多电平逆变器的新型通用SVPWM算法，包括以下步骤：采集多电平逆变器的瞬时三相输入电压V(i＝x,y,z)，转换为瞬时二相输入电压后计算出旋转矢量V的瞬时幅度；基于所述旋转矢量V的尖端幅值以及调制指数M确定出逆变器的当前工作电平状态L；根据所述工作电平状态L确定出当前工作电平状态下每个扇区支撑矢量的K值。

该多电平逆变器的新型通用SVPWM算法，仅需在两电平状态上确定开关矢量、开关顺序和停留时间，无需在n级电平状态下确定这些参数，也无需确定参考向量的确切位置，可以扩展为具有固定电平数的逆变器的应用中，无需使用任何查找表技术，简单有效，具有通用性，适用于采用非常规能源的基于网格/独立系统的MLI。

申请人：合肥精锐电力工程有限公司
地址：230000 安徽省合肥市高新区香樟大道211号香枫创意园C座1102室
国籍：CN
代理机构：合肥中谷知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：洪玲
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二电平和三电平逆变器svpwm调制方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分应该对二电平和三电平逆变器svpwm调制方法进行简要介绍，说明其在逆变器领域中的重要性和应用。

可以按照以下方式编写该部分的内容：概述逆变器是一种将直流电能转换为交流电能的装置，广泛应用于电力电子领域。

在逆变器的调制方法中，svpwm是一种常用且有效的调制技术。

根据逆变器的拓扑结构的不同，svpwm调制方法可以分为二电平和三电平两种。

二电平逆变器svpwm调制方法通过对逆变器开关管的控制，使输出波形接近正弦波，并最大化功率输出。

其调制原理是将高频三角波与标准正弦波进行比较，通过控制开关管的导通时间实现输出波形的控制。

二电平逆变器svpwm调制方法具有简单、可靠的特点，在许多应用中得到广泛使用。

相比之下，三电平逆变器svpwm调制方法引入了一个额外的中点电压，可以提供更高的输出电压质量。

其调制原理是将标准正弦波与两个输出电压等级的三角波进行比较，通过控制开关管的导通时间和电平，实现输出波形的更精确控制。

三电平逆变器svpwm调制方法适用于高功率应用和对输出电压质量要求较高的场景。

本文将重点探讨二电平和三电平逆变器svpwm调制方法的调制原理和实现方式，比较其优缺点，并对其应用前景进行展望。

二电平和三电平逆变器svpwm调制方法的研究对提高逆变器效率、降低谐波失真以及满足不同应用需求具有重要意义。

1.2 文章结构文章结构部分的内容应该包括对整篇文章的结构进行概括和简要说明。

可以按照以下方式编写:本文主要围绕着二电平逆变器SVPWM调制方法和三电平逆变器SVPWM调制方法展开讨论。

文章结构如下：第一部分为引言，包括概述、文章结构和目的。

在概述中，将会介绍逆变器的作用和重要性，以及SVPWM调制方法在逆变器中的应用背景。

文章结构将会简要列举本文的章节和主要内容。

目的部分将明确本文旨在比较二电平和三电平逆变器SVPWM调制方法的优劣以及探讨其应用前景。

定稿日期：２００７－０５－０９作者简介：李子欣（１９８１－），男，河北保定人，硕士研究生。

研究方向为电力电子与电机控制。

１引言三相逆变器电压空间矢量脉宽调制（ＳＶＰＷＭ）的一般方法是根据三相电压，通过计算确定电压空间矢量Ｕ＊所在的扇区，然后确定合成Ｕ＊所需的两个相邻的电压矢量。

再根据伏秒积平衡计算出两个矢量的作用时间来控制逆变器的开关状态。

针对多电平逆变器的ＳＶＰＷＭ，在文献［１￣３］中已有论述。

按照一般的ＳＶＰＷＭ实现算法，随着电平数的增加，其复杂程度也会大大增加，因此七电平以上的多电平逆变器一般不采用ＳＶＰＷＭ调制，而多采用载波型ＰＷＭ。

现以伏秒积平衡原理出发，通过分析ＳＶＰＷＭ的原理，提出了多电平逆变器ＳＶＰＷＭ一种统一快速方法。

该算法只需根据三相电压值进行简单的四则运算就能直接得到逆变器的开关状态，使计算量大大减少，且随电平数的增加，算法的复杂程度基本不增加。

２两电平逆变器ＳＶＰＷＭ快速算法先以三相两电平逆变器为例，说明统一算法的基本思想。

图１示出典型的三相两电平逆变器结构。

以下假设采样周期为Ｔｓ，若某一时刻欲调制得到的三相电压分别为ｕａ，ｕｂ，ｕｃ，则由两电平三相逆变器的结构可知，逆变器的输出线电压为±Ｕｄｃ或者为零。

以下以“１”表示某一相桥臂中上桥臂功率器件接通，下桥臂功率器件关断；“０”表示相反的含义。

Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ分别表示３个桥臂的开关状态。

逆变器输出电压对应的电压空间矢量为：Ｕ＊＝２３Ｕｄｃ（Ｓａ＋αＳｂ＋α２Ｓｃ）（１）式中α＝ｅｊ１２０°ＳＶＰＷＭ遵循电压空间矢量的伏秒积平衡。

假设合成所需矢量Ｕ＊的另外两个矢量分别为Ｕ１，Ｕ２，作用时间分别为Ｔ１，Ｔ２，根据伏秒积平衡有：Ｕ＊Ｔｓ＝Ｕ１Ｔ１＋Ｕ２Ｔ２（２）式中Ｕ１＝２３Ｕｄｃ（Ｓａ１＋αＳｂ１＋α２Ｓｃ１）Ｕ２＝２３Ｕｄｃ（Ｓａ２＋αＳｂ２＋α２Ｓｃ２）将式（１）代入式（２）整理得：ｔａ－ｔｂ＝（ｕａ－ｕｂ）Ｔｓ／Ｕｄｃ，ｔｂ－ｔｃ＝（ｕｂ－ｕｃ）Ｔｓ／Ｕｄｃ，ｔｃ－ｔａ＝（ｕｃ－ｕａ）Ｔｓ／Ｕｄｃ（３）三相多电平逆变器ＳＶＰＷＭ的一种统一快速算法李子欣１，２，王平１（１．中国科学院电工研究所，北京１０００８０；２．中国科学院研究生院，北京１０００３９）摘要：根据伏秒积平衡原理，提出了多电平逆变器空间矢量脉宽调制（ＳＶＰＷＭ）的一种统一快速算法。

一种H桥级联型多电平逆变器SVPWM通用算法实现朱玉琼;朱方田;方蒽;伍小杰【摘要】为解决多电平逆变器SVPWM控制策略实现的复杂问题,采用了一种简单通用的SVPWM算法.此算法基于g-h坐标系,容易确定参考矢量的位置和作用时间,采用开关状态等效法使多电平和两电平的调制策略相一致,降低了器件的开关频率,且此算法可以直接应用于任意电平逆变器系统中.结合3电平H桥级联拓扑开展了仿真和实验研究,仿真和实验结果证明了方法的有效性.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2013(043)005【总页数】5页(P28-32)【关键词】空间矢量脉宽调制;多电平逆变器;开关状态【作者】朱玉琼;朱方田;方蒽;伍小杰【作者单位】中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221008【正文语种】中文【中图分类】TM4641 引言近年来，多电平逆变器以高耐压和优良的谐波特性广泛应用于大功率场合。

SVPWM因其在优化开关顺序和数字实现方面的优势，广泛应用于两电平和3电平控制。

对于n电平逆变器，含有3n(n-1)+1个电压空间矢量和n3种不同的开关状态。

当电平数多于3电平时，由于含有较多的冗余矢量和开关状态，SVPWM 控制策略实现起来相对复杂。

对于二极管钳位型逆变器，冗余矢量用来平衡直流侧的电容电压，而对于H桥级联型逆变器，电容均压问题简单，重点考虑减小输出电压谐波和降低器件平均开关频率。

对于多电平逆变器，论文大多采用载波相移调制 SPWM(CPS-SPWM)技术［1－2］，可实现较高的等效开关频率，且调制策略简单，在高压、大功率场合有很好的应用前景。

而SVPWM相对于SPWM，直流电压利用率提高15%，且易于数字实现，并可以优化器件开关顺序。

文献［3］针对3电平逆变器提出了简化SVPWM算法，将3电平转化为两电平的计算，简化了运算，但应用于多电平时，算法仍然很复杂。

级联型多电平逆变器SVPWM控制研究霍海龙;韩如成;苑伟华【摘要】Based on the topology structure of H-bridge cascaded multi-level inverter,the decomposition of primary structure indicated that the essence of output voltage of inverter is the difference value between the output voltage of two-level inverter group formed by left bridge arms of all H-bridge and right bridge arms of all H-bridge. A suitable modulation of phase-shifted space vector pulse width modulation( SVPWM)was introduced for H-bridge cascaded multi-level inverter by combining phased-shifted principle and space vector pulse width modulation( SVM ). The output characteristics of line voltage and phase voltage were analyzed by using frequency domain transform of Doub-le Fourier transform method. A simulation model was built on Matlab/Simulink platform according to phase shift SVPWM method,the simulation results verified the correctness of the method,and the impact on output levels ofSVPWM ,amplitude of fundamental and total harmonic of voltage was analyzed when phase-shifting modulation ratio M changed.%由H桥级联型逆变器主电路结构，分析出了逆变器电压输出实质可看作其各H桥单元左、右桥臂矢量形成的三相两电平逆变器组输出电压之差。

第 21 期郑宏等：多电平逆变器三段法空间矢量脉宽调制算法设计 175 elimination PWM bipolar waveforms: analysis and experimental verification[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2006, 21(2: 415－421. [13] 王小峰，何湘宁，邓焰. 载波交叠特性 PWM 方法在飞跨电容多电平逆变器中的应用研究[J]. 中国电机工程学报，2007，27(10：98－102. Wang Xiaofeng, He Xiangning, Deng Yan. PWM methods with carrier-overlapping characteristics in flying-capacitor multilevelinverters[J]. Proceedings of the CSEE, 2007, 27(10: 98 － 102. (in Chinese with English abstract [14] Hongyan, Rongxiang Zhao, Yan Deng, et al. Novel carrierbased PWM methods for multilevel inverter[C]//The 29th Annual Conference of the IEEE, 2003: 2777－2782. [15] 王鸿雁，张超，王小峰，等. 基于控制自由度组合的多电平 PWM 方法及其理论分析[J]. 中国电机工程学报，2006，26(6：42－48. Wang Hongyan, Zhang Chao, Wang Xiaofeng, et al. Multilevel PWM methods based on control degreesof freedom combination and its theoretical analysis[J]. Proceedings of the CSEE, 2006, 26(6: 42 － 48. (in Chinese with English abstract [16] Miao Changxin, Shi Liping, Wang Taixu, et al. 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In contrast to that of 7-segment SVPWM, the switching sequence design of the proposed 3-segment SVPWM is more flexible, and it could minimize the switchingfrequency, decreasing switching loss. The proposed modulation strategy was simulated on a 5-level cascaded H-bridge inverter. Simulation results verified its validity and superiority. Key words: electric inverters, switching systems, switching frequency, space vector pulse width modulation, 60° coordinate system。