基于简化三电平SVPWM算法的逆变器研究_韩耀飞

专利名称：三电平变频器简化相电压重构方法专利类型：发明专利
发明人：谭国俊,韩耀飞,李浩,叶宗彬,吴轩钦申请号：CN201010198650.3
申请日：20100611
公开号：CN101873100A
公开日：
20101027
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：三电平变频器简化相电压重构方法适用于采用三电平拓扑结构的变频器。

该变频器可以为鼠笼电机调速系统、绕线电机双馈调速系统和同步电机调速系统供电。

其工作方法为：将传统的三电平变频器输出的矢量空间分为六个小的六边形，在各自小六边形内进行相应的输出相电压重构算法。

然后通过坐标平移和补偿量计算达到三电平计算目的。

其算法相对简单，得出的结果又完全可以取代采用输出传感器，同时比直接使用SVPWM指令更加精确。

该方法的采用简化了系统的组成，提高了系统的可靠性和稳定性。

申请人：中国矿业大学,徐州中矿大传动与自动化有限公司
地址：221116 江苏省徐州市三环南路中国矿业大学科技处
国籍：CN
代理机构：南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：叶连生
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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。

异步电动机基于SVPWM的简化三电平矢量控制系统的研究1 绪论三电平逆变器是应用于高压大容量传输领域的电源转换器,起源于1977年德国学者霍尔兹提出的三电平逆变器主电路及其程序。

1980年,纳夫莱和日本长冈大学的一些人在此基础上继续研究发展,用一对二极管取代了辅助夹开关,并且连接到上部和下部引脚主要开关的中点的按顺序分别补足中点箝位。

图1显示了该二极管中性点固定三电平逆变器的拓扑结构。

图1 二极管中性点固定三电平逆变器拓扑图2 简化三电平SVPWM算法三电平逆变器拓扑结构的每一相需要四个功率开关,两个钳位二极管,和四个持续流二极管。

不同的开关组合能产生不同的电压空间矢量规范，三电平逆变器可以产生27种不同的电压空间矢量规范, 每个适量对应着三电平逆变器不同的开关状态。

三电平电压空间矢量图如图2所示。

图2 三电平电压空间矢量三电平电压空间矢量比两电平电压空间矢量复杂很多。

过去，多数的三电平电压空间矢量控制方式是将一个象限划分为四个小三角形。

然后在每个小三角形里解决每个有效矢量动作时间。

解决所有的24个小三角形计算量是巨大的，为了确定的模式向量合成它需要解决在每个象限每个三角形的开关角。

所以与三角载波比较时我们可以计算比较。

这个计算方法是复杂的,很难适用于拓扑的三级或n能级(n≥3)逆变器。

三电平空间矢量可以被认为是由传统二级空间向量构成的6个小六角形。

三电平空间矢量图的每一个六角形的中心是小六边形内部的顶点。

三级空间矢量的分析如图3所示图3 三电平空间矢量分析三级电压空间矢量平面原始点是V0，当我们将三电平电压空间矢量平面减为两相电压空间矢量平面时，期望合成输出电压空间矢量的平面转化为包含参考电压空间矢量的小六角形。

原始点的6小六角是V1、V2、V3、V4、V5和V6.修正后我们可以考虑新的参考电压空间向量作为所需的输出电压空间矢量，然后按有效的顺序变换每个有效矢量和零矢量的坐标，然后整个研究平面完全转换为两级电压空间矢量平面。

411/2008收稿日期：2007-10-05作者简介：胡慧慧(1980-)，女，硕士研究生，主要研究方向为电力电子与电力传动技术；马文忠(1968-)，男，副教授，博士，主要研究方向为电力电子变换与电机驱动技术。

基于SVPWM 的三电平逆变器仿真研究胡慧慧，马文忠，董磊（中国石油大学（华东）信息与控制工程学院，山东东营257061）摘 要：分析三电平逆变器的结构及工作原理，研究将电压空间矢量控制技术（SVPWM ）应用在三电平逆变器上的方法，并通过仿真，验证算法的可行性。

关键词：三电平；矢量控制；逆变器；仿真中图分类号：TM464文献标识码：A文章编号：1671-8410(2008)01-0041-04Simulation and Research of Three-level Inverter with SVPWMHU Hui-hui, MA Wen-zhong, DONG Lei(College of Information and Control Engineering, China University of Petroleum, Dongying, Shandong 257061, China)Abstract: This paper analyzes the structure and operation principle of three-level inverter and researches space vector PWM(SVPWM)control technique. The reliability of the system was estimated by simulation of the mathematical model.Key words:three-level; space vector control; inverter; simulation0引言与传统的逆变器相比，目前以二极管中点箝位型结构为代表的三电平逆变器更适合用于控制高电压、大功率电机，且具备输出电压波形谐波含量低，跳变（d u /d t ）引起的电磁干扰小等优点。

基于SVPWM的三电平逆变器的研究作者：王天正李鲁祥刘千赵立正来源：《科学导报·科学工程与电力》2019年第09期【摘要】三电平逆变器与两电平逆变器相比有很多优点。

每个开关管受到直流侧母线电压一半的电压，更适合于高电压场合的应用；每次开关时电压的变化量是两电平逆变器的一半，效率在理论上可以提高一倍；死区时间减少到两电平逆变器的一半，输出波形的谐波也会减少。

本文介绍了在SVPWM工作方式下，二极管钳位型三电平逆变器的开关管的导通次序和导通时间的计算，以及中点电位平衡的控制策略。

【关键词】二极管钳位型三电平逆变器；SVPWM控制算法；中点电位平衡控制引言近年来，多电平逆变器在电力电子领域受到越来越多的关注，多电平逆变器就是实现电压阶梯输出波形，可以减少谐波含量，提高波形的输出质量。

在多电平逆变器的控制算法的研究上，现在通用的有正弦波脉冲调制（sinusoidal pulse width modulation，SPWM）和空间矢量脉冲宽度调制（space vector pulse width modulation，SVPWM）兩种调制方法。

本文主要介绍了SVPWM控制策略，虽然其计算复杂，但它对电压的利用率高，开关损耗小，更加适用于大功率的场合。

1二极管钳位型三电平逆变器二极管钳位型逆变器由两个完全相同的电容和三个桥臂组成。

为保证在流入相同的电流的时，中点电位波动更小，电容应取的大一些，本实验中取10000uf。

拓扑结构如图表1所示。

当Sa1和Sa2导通，Sa3和Sa4关断时，输出端相当于连接在了P点，输出为正电平；当Sa2和Sa3导通，Sa1和Sa4关断时，输出端相当于直接连接在了O点，输出为零电平；当Sa3和Sa4导通，Sa1和Sa2关断时，输出端直接连接在了N点，输出为负电平。

通过不同的开关管组合导通方式，在每一相上形成不同的输出电压。

开关状态与输出电平的对应状态如表格1所示。

2 三相三电平逆变的SVPWM控制策略三电平空间矢量算法将平面分成了24个区域，当旋转矢量落在不同的区域时，由不同的基本矢量合成。

基于改进SVPWM的三电平NPC逆变器中点电压平衡的研究作者：许杭蓬陈权李国丽杜祥来源：《现代电子技术》2019年第04期关键词：三电平NPC逆变器; 脉宽调制; 电压空间矢量; 中点电流; 中点电位平衡; 全调制度中图分类号： TN123+.5⁃34; TM13 ; ; ; ; ; ; ; 文献标识码： A ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文章编号：1004⁃373X（2019）04⁃0129⁃05Research on neutral⁃point voltage balance of three⁃level NPC inverterbased on improved SVPWMXU Hangpeng1，2， CHEN Quan1，3， LI Guoli1，4， DU Xiang1，2（1. School of Electrical Engineering and Automation， Anhui University， Hefei 230601，China;2. National Engineering Laboratory of Energy⁃Saving Motor & Control Technology， Anhui University， Hefei 230601， China;3. Electric Energy Quality Engineering Research Center of Ministry of Education， Anhui University， Hefei 230601， China;4. Collaborative Innovation Center of Industrial Power?Saving and Electric Energy Quality Control， Anhui University， Hefei 230601， China）Abstract： The three⁃level NPC inverter is applied to high⁃voltage and high⁃power occasions for its advantages of high DC voltage utilization rate， low switching voltage and low output voltage harmonics. The problem of neutral⁃point voltage balance has always been the key to the three⁃level NPC inverter research. The traditional space vector modulation method is improved in this paper. The medium and small vectors which are located in different small triangles of each sector and affect the neutral⁃point potential are redistributed or virtualized without changing the lengths of original vectors， so as to completely eliminate the effect of voltage vectors on the neutral⁃point potential in theory. The neutral⁃point voltage balance capability control of the method is flexible and effective at the full modulation depth. The correctness of the proposed method was verified in the simulation and experiment.Keywords： 3⁃level NPC inverter; pulse width modulation; voltage space vector; neutral⁃point current; neutral⁃point potential balance; full modulation depth有关三电平NPC逆变器和逆变器调制策略的研究较多[1⁃3]。

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。