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基于空间矢量的PWM方法研究第一章前言1.1 课题意义与背景空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation) 是已被应用于变频器、ups、无功补偿器等领域的新技术。
近年来随着大型重工业行业的技术改造和更新工作的展开，对大功率、高质量变频器的需求与日俱增，这种情况在我国尤其突出。
电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，为变频器技术日趋成熟准备了条件，先进的svpwm技术在此环境下应运而生。
变频器的svpwm 算法与其拓扑结构有着密切的联系，因此必须根据变频器拓扑结构的不同，选取相应的控制算法。
电力电子技术是一门融合了电力技术、电子技术和控制技术的交叉科学，自20世纪50年代末第一支管问世以来，电力电子技术就开始登上现代电气传动技术舞台，在随后的40余年里，电力电子技术在电气件、变流电路、控制技术等方面都发生了日新月异的变化，在国际上，电力电子是竞争最激烈的高新技术领域。
现代电力电子技术无论是对改造传统工业还是对高新技术产业都至关重要，他们已经迅速的发展成为了一门与现代控制理论、电机控制、微电子等科目相互渗透的学科。
电力电子技术的应用领域几乎涉及及国民经济的各个部门，在风能、太阳能等节能电源、交直流供电电源、电机节能应用、电梯控制等领域，乃至社会生活等诸多方面的应用不断延伸，是信息时代的重要关键技术之一。
电力电子变换器的控制策略和方法与其使用的电力半导体器件和拓扑结构有密切关系，不同的开关器件和不同的拓扑有不同的pwm方式，比如，基于半控开关和全控开关的变换器控制方式完全不一样，基于不同类型的全控开关的变换器控制方式中关键参数也有很大差异。
从变换器控制策略的角度讲，可以将pwm 技术分开两个层面，一个是pwm实现方法，一个是pwm控制目标的确定。
PWM控制技术亦称为斩波技术，与之相对应的有一种脉幅调制控制技术，既在能量采样时,脉宽不变，脉幅不变，从而输出不同的幅值的恒脉宽脉冲序列。
2006年第21卷第4期 电 力 学 报 Vol.21No.42006 (总第77期) J OU RNAL OF EL ECTRIC POWER (Sum.77)文章编号: 1005-6548(2006)04-0444-04空间电压矢量PWM控制的优化算法及其仿真实现Ξ马 洁1, 吴丽静2, 徐忆平1(1.中国矿业大学信电学院,江苏徐州 221008;2.聊城供电公司,山东聊城 225000)An Optimization and Its Simulation Algorithm for Space2vector PWMMA Jie1, WU Li2jing2, XU Y i2ping1(rmation and Electrical Engineering Institute,University of Mining and Technology,Xuahou 221008,China;2.Liaocheng Power Company,Liaocheng 225000,China)摘 要: 基于传统三电平逆变器空间电压矢量PWM技术的研究经验,提出了1种优化的空间电压矢量PWM控制算法。
该方法是将参考电压矢量分解成基矢量和二电平矢量,然后利用二电平的空间矢量调制算法来控制二电平分量,因此简化了建模过程,提高了仿真效率。
最后,在Matlab/ Simulink环境下分别对传统算法和优化算法进行仿真,比较后验证了优化算法的可行性和优越性。
关键词: 逆变器;三电平;空间矢量脉宽调制中图分类号: TM464 文献标识码: A Abstract: This paper proposes an optimization space2vector pulse width modulation on the basis of traditional three2level PWM method.With this method,the reference voltage vector is divided into two parts:based vector and two2level vector,then the two2level vector is synthesized by conventional two2level space vector modulation method,so the process of modeling is simplified and the simulation is accelerated.To verify the superiority and effective2 ness of this optimization algorithm,the traditional modulation algorithm and the new algorithm simula2 tion is implemented respectively under Matlab/Simulink environment.The simulating results are analyzed and compared.K ey Words: inverter;three2level;space vector palse width modulation为解决低电压主开关器件在高电压应用情况下的矛盾,多电平逆变技术的出现为高压大容量电压型变换器的研制开辟了1条新的思路。
2 空间矢量PWM 技术空间矢量PWM （SVM ）方法是一种先进的，需要大运算量的PWM 方法，而且可能是用于变频传动PWM 方法中最好的一种。
由于其优秀的特性和功能，这种方法近年来得到了广泛的应用[54]。
这种技术最初只是用于三相电压源型逆变器中，但目前它已广泛应用于AC/DC 电压源型变流器，AC/DC, DC/AC 电流源型变流器，以及AC/AC 矩阵式变流器中[55]。
本文下面将对此项技术在三相电压源型逆变器中的应用展开讨论。
要理解这项技术，首先要对旋转电压空间矢量有所了解。
假如施加在感应电机上的三相正弦波电压由如下方程式给出：t V v m a ωcos = (2.1) )32cos(πω-=t V v m b (2.2) )32cos(πω+=t V v m c (2.3)那么这个由（v a (t), v b (t), v c (t)）定义的三相电压系统可以由下面的旋转电压空间矢量V 所代表：)]()()([322t v t v t v c b a αα++=V (2.4)公式中：3/2παj e = ，3/22παj e -=。
这个空间矢量V 将以角速度ω沿圆形轨道旋转，旋转的方向取决于三相电压的相序。
图2.1 三相桥式逆变器如图2.1所示，一个三相桥式逆变器，有823=个可能的开关状态，对应于8个电压空间矢量。
例如状态1，1Q 、6Q 、和2Q 导通，在这个状态，a 相被连接到了直流母线的正端，而b 相和c 相被连接到了母线的负端。
在这个简单的电路连接中，d an V v 3/2=，d bn V v 3/1-=，且d cn V v 3/1-=。
这种状态对应于压空间矢量V 1（100）。
逆变器有6个工作状态（1~6），在工作状态下，电压被加到了负载的两端。
逆变器还有两个零状态（0和7）。
这时电机的输入端被逆变器下部的器件或上部的器件短接。
借助于式（2.4），综合考虑对应于每一个开关状态的一组相电压可以推导出相应的空间矢量。
空间矢量PWM算法的理解
姜淑忠
上海交通大学电气工程系(上海200030)
摘要：继正弦波PWM（SPWM）开关算法之后，空间矢量（Space Vector）PWM （SVPWM）已成为三相或多相逆变器的开关算法。
本文以SVPWM的基本原理为基础，计算开关时间，讨论开关向量的选择原则，并用数字信号处理器（DSP）实现SVPWM算法。
最后根据电压综合向量，推导相电压有效值与交流输入电压有效值的关系。
关键词：SVPWM，开关向量，开关时间，相电压有效值
Understanding of Space Vector PWM Algorithm
S.Z. Jiang
Department of Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University
(Shanghai 200030)
Abstract: Following the SPWM algorithm, SVPWM algorithm has been adopted in three-phase and multi-phase inverters. Based on the principle of SVPWM, the calculation of switch time, the selection of switch vector and the realization on DSP are presented in this paper. Finally the relation between the rms of phase voltage and the rms of ac source is derived from the complex voltage vector.
Keywords: SVPWM, Switch vector, Switch time, RMS of phase voltage
1、前言
无论是一般的变频调速，还是磁场定向控制，当计算出静止直角坐标系中的电压综合向量后，都要采用SVPWM算法获得三相逆变器六个开关器件的开关信号。
早期
采用的SPWM 信号可看作是由高频载波和三相调制波比较而得的，三相SVPWM 信号也可理解为由高频载波和三相调制波比较而得，区别是前者的三相调制波是三相对称的正弦波，后者的三相调制波是三相对称的马鞍形波，马鞍形波由正弦波和一定幅值的三次谐波复合而成。
但令人回味的是，SVPWM 的最初出现和发展却和以上思路大相径庭，其完全从空间矢量的角度出发，后来人们才发现SVPWM 和SPWM 的以上渊源[1]。
至今SVPWM 已在三相或多相逆变器中得以广泛应用，其原因有两个，一是采用SVPWM 的逆变器输出相电压中的基波含量高于采用SPWM 的逆变器[2][3]，二是DSP 的快速运算能力可以实时计算开关时间，为SVPWM 算法的应用提供了器件上的保证。
但在实际应用SVPWM 时，往往对以下问题感到疑惑：SVPWM 算法的推导、开关向量的选择、在DSP 上的实现、逆变器输出相电压有效值的大小。
本文的内容将有助这些疑惑的解决，更灵活地应用SVPWM 算法。
2、原理
三相逆变器的结构如图1所示。
采用双极性调制，定义开关变量a 、b 、c ：
⎩⎨⎧=桥臂导通时
当当上桥臂导通时或下 、01c b a (1) 开关向量T c b a ),,(与线电压向量T ca bc ab V V V ),,(的关系为：
⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡c b a V V V V DC ca bc ab 101110011 (2)
图1. 三相逆变器结构
式（2）中包含两个独立方程为：
)(b a V V V DC b a -=-
(3) )(c b V V V DC c b -=- (4) 式中a V 、b V 、c V 为相对于绕组中点的相电压，DC V 为逆变器直流总线电压。
方程
（3）、（4）和约束方程：
0=++c b a V V V (5) 联立求解得相电压与开关向量的关系： ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡------=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡c b a V V V V DC c b a 21112111231 (6)
根据电压综合向量：
βαju u e V e V V V j c j b a +=++=-)(32120120οορ (7) 得：
⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎦⎤⎢⎣⎡c b a V V V u u 232302121132βα (8)。
