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《四线制三电平逆变器空间矢量调制及并网控制技术研究》篇一一、引言随着电力电子技术的发展，四线制三电平逆变器因其在中高压大功率场合的优越性能，越来越受到广泛关注。
该类型逆变器采用空间矢量调制（SVM）技术以及精确的并网控制策略，能够实现高效率、高功率因数的电能转换与并网。
本文将重点研究四线制三电平逆变器的空间矢量调制技术及其并网控制策略，为电力电子技术的进一步发展提供理论支撑和实践指导。
二、四线制三电平逆变器概述四线制三电平逆变器是一种中高压大功率场合常用的电能转换设备。
相比传统的两电平逆变器，其具有更低的谐波失真、更高的电压利用率以及更小的开关损耗等优点。
在四线制三电平逆变器中，空间矢量调制技术是一种常用的调制策略，通过合理分配逆变器各相电压的幅度和相位，实现对输出电压的高效控制。
三、空间矢量调制技术3.1 空间矢量调制原理空间矢量调制（SVM）技术是一种基于电压空间矢量的调制方法。
在四线制三电平逆变器中，SVM技术通过将三相电压空间矢量进行合理组合，实现对输出电压的高效控制。
该技术能够根据逆变器的实时工作状态，动态调整各相电压的幅度和相位，从而实现对输出电压的精确控制。
3.2 空间矢量调制的实现空间矢量调制的实现需要借助数字信号处理器（DSP）或现场可编程门阵列（FPGA）等高性能计算设备。
首先，根据逆变器的实时工作状态，计算得到各相电压的空间矢量；然后，通过合理的组合与切换，实现对输出电压的高效控制。
在实际应用中，还需考虑逆变器的开关损耗、谐波失真等因素，以实现最优的调制效果。
四、并网控制策略4.1 并网控制目标并网控制是四线制三电平逆变器的重要功能之一。
其目标是将逆变器输出的电能与电网同步并入，实现电能的高效传输与利用。
为达到这一目标，需要采用精确的并网控制策略，确保逆变器输出电压与电网电压的同步。
4.2 并网控制实现并网控制的实现主要依赖于锁相环（PLL）技术、电流闭环控制等策略。
首先，通过锁相环技术实时跟踪电网电压的相位和频率；然后，根据电流闭环控制策略，实现对逆变器输出电流的精确控制，使其与电网电压同步。
《四线制三电平逆变器空间矢量调制及并网控制技术研究》篇一一、引言随着电力电子技术的快速发展，四线制三电平逆变器作为电力系统中的关键设备，其在风能、太阳能等可再生能源的并网发电系统中的应用日益广泛。
本文旨在研究四线制三电平逆变器的空间矢量调制（SVM）技术及其在并网控制中的应用，为提高逆变器的性能和并网效率提供理论支持。
二、四线制三电平逆变器概述四线制三电平逆变器是一种具有三个电平的电压型逆变器，其具有四个桥臂，每个桥臂均由两个开关器件组成。
相较于传统的两电平逆变器，三电平逆变器具有较低的开关损耗、较低的谐波失真和较高的电压利用率等优点。
此外，四线制结构使得逆变器在并网时具有更好的灵活性和稳定性。
三、空间矢量调制技术空间矢量调制（SVM）是一种优化PWM（脉宽调制）技术的调制方法，通过优化开关序列，使逆变器输出电压更接近理想正弦波形。
在四线制三电平逆变器中，SVM技术的应用可以有效降低谐波失真，提高电压利用率。
（一）SVM基本原理SVM技术通过将三相电压分解为多个小矢量和零矢量，然后根据特定的规则进行排序和组合，生成优化后的PWM波形。
在这个过程中，SVM算法需要根据逆变器的拓扑结构和输出电压的要求进行设计。
（二）SVM在四线制三电平逆变器中的应用在四线制三电平逆变器中，SVM技术的应用需要考虑多个因素，如开关序列的优化、零矢量的分配、中点电位的平衡等。
通过合理的SVM算法设计，可以有效降低谐波失真，提高电压利用率，同时保证中点电位的稳定。
四、并网控制技术并网控制是四线制三电平逆变器在可再生能源并网发电系统中的重要功能。
本文将从以下几个方面对并网控制技术进行探讨。
（一）并网控制策略并网控制策略主要包括同步技术、功率控制、电压和频率控制等。
其中，同步技术是保证并网成功和稳定运行的关键。
功率控制则需要根据电网需求和逆变器输出能力进行合理调整。
电压和频率控制则需要保证并网后电网的电压和频率稳定。
（二）四线制三电平逆变器的并网控制特点四线制三电平逆变器在并网控制方面具有较好的灵活性和稳定性。
三电平三相逆变器快速有限控制集模型预测控制方法杨勇;樊明迪;谢门喜;汪义旺【摘要】针对有限控制集模型预测控制方法在多电平多相逆变器中预测模型和目标函数在线计算量大的不足，提出一种快速有限控制集模型预测控制方法。
该方法根据参考矢量的空间位置，让远离参考矢量的电压矢量不参与预测模型在线计算和目标函数在线评估。
对于三电平三相逆变器，快速有限控制集模型预测控制方法使参与计算的电压矢量由27个减少到12个，大大提高计算效率。
最后，建立起5 kW二极管钳位型三电平三相逆变器实验平台。
对于传统有限控制集模型预测控制和快速有限控制集模型预测控制进行对比稳态和动态实验。
实验结果表明：所提出快速有限控制集模型预测控制方法使系统具有良好的静、动态性能。
%Due to large online calculation of predictive model and cost function when using finite control set model predictive control ( FCS-MPC) in a multi-level multi-phase inverter, a fast FCS-MPC method is proposed in this paper.The voltage vectors far away from the reference vector did not participate in online calculation of predictive model and cost function for the FCS-MPC method, which made the calculated voltages decrease from 27 to 12 and improve the calculation efficiency.At last, a diode-clamped three-level three-phase inverter experimental platform rated at 5 kW was established.The comparative steady-state and dynamic experimental waveforms for the conventional FCS-MPC method and the fast FCS-MPC method were studied.The experimental results show that the proposed fast FCS-MPC algorithm has good steady-state and dynamic performance.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2016(020)008【总页数】9页(P83-91)【关键词】预测模型;目标函数;快速有限控制集模型预测控制;二极管钳位型三电平三相逆变器【作者】杨勇;樊明迪;谢门喜;汪义旺【作者单位】苏州大学城市轨道交通学院，江苏苏州215137;苏州大学城市轨道交通学院，江苏苏州215137;苏州大学城市轨道交通学院，江苏苏州215137;上海交通大学电子与电气工程学院，上海200240【正文语种】中文【中图分类】TM721随着经济的快速发展，能源消耗逐年增加，常规能源日益枯竭，迫切需要可再生清洁能源。
基于空间电压矢量法(SVPWM)的三电平逆变器的研
究的开题报告
一、选题背景
三电平逆变器作为一种新型的逆变器拓扑结构，因其具有更低的谐波含量、更小的开关损耗以及更高的输出电压质量等优势受到了广泛关注。
而空间电压矢量法(SVPWM)则是一种广泛使用的控制方法，其控制策略简单、实现方便、控制精度高等特点，使其成为了三电平逆变器控制的一种重要方法。
因此，本文将研究基于SVPWM的三电平逆变器控制方法，以期能够更加深入地了解其控制原理和性能特点，为三电平逆变器的实际应用提供技术支持。
二、研究目的
本文的研究目的是通过对三电平逆变器的控制方法进行深入的分析和研究，探讨其控制原理和特性，为提高三电平逆变器控制器性能和应用贡献一份力量。
三、研究内容
本文将以以下内容为主要研究内容：
1. 对三电平逆变器的基本原理进行分析和介绍，包括三电平逆变器的拓扑结构和控制方法等。
2. 对SVPWM控制方法进行介绍，包括其基本原理、控制策略和实现方法等，以及与传统PWM控制方法的比较。
3. 基于SVPWM控制方法，对三电平逆变器进行仿真模拟，研究其输出电压波形和谐波含量等性能指标，并与传统PWM控制方法进行对比分析。
4. 在仿真模拟基础上，进一步设计和实现基于SVPWM的三电平逆变器控制系统，对其性能进行实际测试和验证。
四、研究意义
通过本文的研究，不仅能够深入了解三电平逆变器的控制方法和SVPWM技术的特点，还能提高三电平逆变器控制器的性能，为其在实际工程应用中的推广和应用提供技术支持。
同时，本文的研究也为其他相关领域的研究提供了借鉴和参考。
《四线制三电平逆变器空间矢量调制及并网控制技术研究》篇一一、引言随着电力电子技术的快速发展，四线制三电平逆变器因其高效率、低谐波失真等优点，在可再生能源并网发电、电机驱动等领域得到了广泛应用。
空间矢量调制（SVM）技术以及并网控制技术是决定逆变器性能的关键技术。
本文将对四线制三电平逆变器的空间矢量调制及其并网控制技术进行深入研究，为提升逆变器性能提供理论支持。
二、四线制三电平逆变器概述四线制三电平逆变器相较于传统的两电平逆变器，具有更高的电压利用率和更低的谐波失真。
其工作原理是通过三个电平的输出电压，实现对电机或电网的精确控制。
在结构上，四线制三电平逆变器具有四个桥臂，每个桥臂均由多个IGBT（绝缘栅双极型晶体管）构成，并通过串联的方式形成三个电平的输出电压。
三、空间矢量调制技术研究空间矢量调制（SVM）技术是一种用于多电平逆变器的调制方法，它通过对电压矢量进行合成，以实现高效的控制和最小的谐波失真。
在四线制三电平逆变器中，空间矢量调制技术的应用至关重要。
本文通过对空间矢量调制的原理和算法进行研究，探讨了如何在四线制三电平逆变器中实现高效的空间矢量调制。
通过优化算法和减小开关损耗，提高逆变器的运行效率。
此外，还对空间矢量调制的实现过程进行了详细的分析和讨论，包括如何选择最优的电压矢量、如何调整矢量的作用时间等。
四、并网控制技术研究并网控制技术是四线制三电平逆变器在可再生能源并网发电领域应用的关键技术。
它能够实现对电网电压和电流的精确控制，保证逆变器与电网的同步运行。
本文首先对并网控制的基本原理进行了阐述，包括锁相环技术、功率控制策略等。
然后，针对四线制三电平逆变器的特点，探讨了如何实现精确的并网控制。
通过优化控制算法和改进功率分配策略，提高逆变器的并网性能和运行效率。
此外，还对并网过程中的故障诊断和保护措施进行了研究，以保证系统的安全稳定运行。
五、实验结果与分析为了验证本文提出的四线制三电平逆变器空间矢量调制及并网控制技术的有效性，我们进行了大量的实验测试。
三电平逆变器空间矢量调制及中点电压控制王兆宇;艾芊【摘要】基于多电平逆变器的中性点电位不平衡问题的研究,对现有的虚拟矢量合成算法进行改进,提出了一种新的分区判断及矢量合成算法.该算法充分利用了新的合成矢量对中性点电压波动的平衡作用,采用十段式对称模式进行调制,有明显的谐波抑制及控制优势,调整小矢量对的作用时间,理论上可以做到最大程度地消除中性点电压的偏移.基于该算法的PSCAD/EMTDC仿真以及实验结果证明其简便易行,有利于计算机数字化实现.%A new algorithm of partition judging and vector composition is proposed, which is based on the study of neutral point potential imbalance of multi-level inverter and the improvement of existing method of virtual vector synthesis. The algorithm takes full advantage of the new synthetic vector's control effect of neutral point potential fluctuation) modulates in ten-stage centered mode, and shows superior performance for the harmonic suppression and the balance control, which can minimize the neutral point potential migration by adjusting small-vector pairs' action time. The convenience and feasibility of the approach has been verified by PSCAD/EMTDC simulation and experimental results, which is good for digital computer realization.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2011(039)020【总页数】6页(P131-136)【关键词】空间矢量调制;中性点电压控制;矢量合成【作者】王兆宇;艾芊【作者单位】上海交通大学电气工程系,上海200240;上海交通大学电气工程系,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TM7140 引言随着基于可关断电力电子器件的柔性输配电装置及高压变频设备的快速发展，多电平变换器及相关技术日益成为研究的热点及难点[1-5]。
213/2008收稿日期：2008-03-11作者简介：江平(1983-),男,硕士研究生,研究方向为电力电子与电力传动；宋平岗（1965-），男，教授，研究方向为电力电子与再生能源。
基于空间电压矢量控制的三电平逆变器江平，宋平岗，黄华（华东交通大学电气与电子工程学院, 江西南昌330013)摘 要：目前采用三电平逆变器是实现大容量、中高压电机调速系统的主要方式之一。
介绍了二极管中点箝位型三电平逆变器主电路的结构和空间电压矢量控制的原理。
对三电平逆变器进行了仿真,并给出了仿真结果。
关键词：三电平; 逆变器; 空间电压矢量控制中图分类号：TM464 文献标识码：A文章编号：1671-8410(2008)03-0021-04Three-level Inverter Based on SVPWMJIANG Ping ，SONG Ping-gang ，HUANG Hua(East China Jiaotong University, Nanchang, Jiangxi 330013, China)Abstract: Adopting three-level converter is one of the main methods for realizing speed modulation of large capacity and high voltage motor system.This paper introduces the block diagram of NPC three-level inverters and the principle of space voltage vector control.Simulation on three-level inverter is carriedout and the simulation result is given.Key words: three-level; inverter; space voltage vector control0引言较之传统的二电平逆变器[1]，在目前大容量、中高压电机调速系统中，更好的是采用三电平逆变器，其主要优点是，能很好地解决电力电子开关器件耐压不够高的问题、d v /d t 比较低，可以输出更接近正弦波的三电平阶梯波等。
三电平空间电压矢量的PSIM仿真三电平空间电压矢量仿真一. 三电平的主电路结构本方针三电平逆变电路的主回路采用二极管钳位型拓扑结构，如图1所示图1 三电平逆变器主电路二. 三电平的仿真计算2.1 三电平逆变器SVPWM的α-β计算方法三电平逆变器与两电平SVPWM逆变器在SVPWM调制原理上是一致的，但由于三电平逆变器需要控制的矢量比两电平的多，算法也复杂。
三电平逆变器的SVPWM算法，主要包括参考矢量所在的扇区号的判断，开关矢量作用时间计算，及所选矢量作用顺序的确定。
三电平逆变器共有27个基本矢量可供选择，整个空间电压矢量图划分为6个大扇区36个小三角形区域(见图2)。
图2 图2 三电平逆变器SVPWM算法区域划分本文采用α-β极坐标计算法，整个算法的基本思想是:1，确定用来合成参考电压矢量的三个系统内部电压矢量;2，参考矢量所在扇区及区域的判断;3，各个矢量作用时间的计算;4，确定实际的开关矢量及其作用顺序。
(1) 参考电压矢量所在的大扇区的判断结合图3.，由正六边形空间矢量图可以看出:其中，由上式可以转化为则Vr处于第?扇区;同理，如果则Vr处于第?扇区;同理，如果则Vr处于第?扇区;同理，如果则Vr处于第?扇区;同理，如果则Vr处于第?扇区;同理，如果则Vr处于第?扇区;对以上条件作进一步分析，上述判断方法可进一步简化。
Vr所在扇区由三式与0的关系决定，由此，可以定义变量定义三个变量A，B，C，若Vrl>0，则A=1，否则A=0;若Vr2>0，则B=1，否则B=0;若Vr3>0，则C=1，否则C=0。
组合共有8种，但A、B、C不会同时为1或同时为0，所以实际的组合是6种，令N=A+2B+4C，A、B、C的组合取不同的值对应着不同的扇区，并且是一一对应的。
N与扇区数sector的对应关系如表1。
(2) 参考电压矢量所在小三角形区域的判断每一个扇区又可以分为六个小区域。
以第I扇区为例，如图4所示。
三相三电平逆变器空间电压矢量速记法张庆范山东大学二极管中点箝位式NPC(Neutral Point Clamped) 三相三电平逆变器, 每相桥臂有四个电力电子器件T1、T2、T3、T4，四个续流二极管D1、D2、D3、D4，二个箝位二极管 D5、D6。
每相桥臂可以安排三种开关状态，若用S a、S b、 S c 表示A、B、C三相桥臂的开关状态，则S a、S b、S c应是三态开关变量。
用 S a变量表示 A 相桥臂开关状态。
若 T1、T2断， T3、T4通， S a = 0 ，A 接电源负端， V a0、=-V D/2若T1、T4断， T2、T3通， S a = 0 ，A 接电源 0 端， V a0、=0若 T3、T4断， T1、T2通， S a = 0 ，A 接电源正端， V a0、=+V D/2A 相桥臂开关 S a开关变量状态S S S S A0 Sa1 a2 a3 a4 V a(T 1) (T 2) (T3) (T 4) 输出电压开关状态1 1 0 0 +V D/2 2 P0 1 1 0 0 1 O0 0 1 1 -V D/2 0 N定义三相桥臂三态开关变量S a S b S c ，每相桥臂开关 S a 、S b 、 S c都有三种开关状态 0、1、2（或 N 、O 、P ，-1 、0、1）。
S =0、1、2Sb =0、1、2Sc = 0、1、2a2 2 21S1S1Sabc三相三电平逆变器共有33 =27 种开关状态，开关状态为（ S Sa bS c ） 3，每一种开关状态（ S a S b S c ）都对应一组确定的电压 V a0、V b0、V ，从而对应一个确定的空间电压矢量 V 。
c0对应的 27 个特定空间电压矢量是V 、V 、 、V ，定义矢量126（S a S b S c ） 的 各 个 矢 量 为 ：V 0(000), V 1(001), V 2(002), V 3 (010), V 4(011),V 5(012),V 6(020),V 7(021) ,V (022), V (100), V (101),V 11 (102),V (110),V (111),V (112),V 15(891012 1314120),V 16(121),V 17(122),V 18(200),V 19(201),V 20(202),V21(210),V 22(211), V 24(220), V25(212),V26(221),V27(222) 。
以上用文字叙述的方法记住这 27 种空间电压矢量，确实是件不容易的事，不如发明一种新的快速记忆方法——空间电压矢量速记法。
空间电压矢量速记法C相3列9行0、1、2B相9行3列0、1、2A相 9 行 3 列 0、1、2。
s a s b s c s a s b s c s a s b s c V0 0 0 0 0 0 1 0 0 2 V3 0 1 0 0 1 1 0 1 2 V6 0 2 0 0 2 1 0 2 2 V9 1 0 0 1 0 1 1 0 2 V12 1 1 0 1 1 1 1 1 2 V15 1 2 0 1 2 1 1 2 2 V18 2 0 0 2 0 1 2 0 2 V21 2 1 0 2 1 1 2 1 2 V24 2 2 0 2 2 1 2 2 2A 相输出端 A 对电源终点 0 的电压 V a0可用 A 相开关变量 S a与直流输入电压 V D表示。
V a0 = （S a -1 ）/2 S a = 0、1、2, V a0 =-V D/2 、0、+V D/2。
输出线电压为： V ab= V a0- V b0=（S a -S b）/2。
3.DC/DC 变换电路直流斩波电路Buck 降压斩波电路Boost 升压斩波电路Buck-Boost 两象限可逆直流斩波电路四象限直流斩波电路V1S1Vout1S2V1 V2 V1S1 S3 S1 S3Vout Vout2 Vout1 Vout2 S2 S4 S2 S4V2 V3 V2(a) 多电平变换器的基本单元(b)基本单元的串联(c)基本单元的并联图 1-14 多电平变换器的基本单元及其串、并联4.DC/AC 变换电路单相逆变电路画出两基本单元电路的并联电路图；三相逆变电路画出三基本单元电路的并联电路图；三相电压型逆变器三相三电平逆变器利用两个 IGBT器件（两桥臂）串联电路作为基本单元，设计IGBT变换器电路。
二极管箝位三电平三相电压型（IGBT）逆变器。
画出一相（两基本单元电路的串联）主电路电路图。
S1D1S2 C1Dc1Vo D22ES3D3 Dc2C2S4D4空间矢量 PWM 方法 (SVPWM)多电平 SVPWM 方法和两电平 SVPWM 方法一样，是一种建立在空间矢量合成概念上的 PWM 方法。
多电平 S VPWM 方法是由两电平 SVPWM推广所得到的。
以三相三电平电路为例，它的每一相可输出正(P) 、零(O) 、负 (N) 三种状态，如果将三相的 3 种状态进行组合，则三相三电平逆变器可能输出 33=27 种状态，由此可画出三相三电平的六角形空间矢量图，如图 1-18 所示。
V11(-1-11)V10(0-11) V9(1-11)3V12(-101) DV3(001) V2(101)BV8(1-10)4 C(-1-10)(0-10) C 2BA V0(111)ADV1(100)V4(011)(-1-1-1)V13(-111)(-100)(0-1-1) V7(1-1-1)(000)V14(-110)5V5(010)V6(110) 1(-10-1)(00-1)V18(10-1)6V15(-11-1) V16(01-1) V17(11-1)其中 24 种为非零矢量 ( 有六种空间位置重合 ) ，3 种零矢量，这 24 种非零矢量将圆周分为 12 个 30°区域 ( 两电平是 6 个 60°区域) 。
并且空间电压矢量的模不再是如两电平中固定为直流侧电压Vdc ，而是有 Vdc 、 3 Vdc/2 、Vdc/2 三种情况。
因此，可以认为多电平逆变器空间电压矢量法的控制思想与两电平 SPWM 是一致的：对某一个参考电压矢量，用所在区域相应的电压矢量适时合成，切换所得。
不同点在于多电平SVPWM的电压矢量更“密集”，模大小可选择的种类更多，合成时“过渡”更自然，所合成磁链更接近圆磁场，因而控制更精确，输出电压谐波更小。
空间电压矢量法是一种较为优越和应用广泛的多电平逆变器PWM 方法，其优越性表现在：在大范围的调制比内具有很好的性能；无需其它控制方法所需存储的大量角度数据；直流电压利用率高等。
当然这一方法应用在五电平以上的场合，会存在控制算法过于复杂的问题。
图 1-18三相三电平空间矢量图1.1.1.二极管箝位型多电平逆变器[5][6][7][8]图 1-1 所示是二极管箝位型五电平逆变器的单臂电路结构。
分压电容C1 C2 C3 C4，因此V c1 V c2 V c3 V c4；每相桥臂有8个开关器件S1－ S8 串联，每 4 个开关器件同时处于导通或关断状态，其中(S1 ， S5) 、 (S2 ， S6) 、 (S3 ， S7) 、 (S4 ， S8) 为互补工作的开关对，也即当其中的一个开关导通时，另一个一定关断；反之亦然；Dc1， Dc1’,Dc2 ，Dc2’, Dc3， Dc3’为箝位二极管。
五电平逆变器的输出电压及其对应的开关状态如表1-1 所示。
对于 n 电平的二极管箝位型逆变器拓扑，每个桥臂需要(n-1) 个直流分压电容， 2(n-1) 个主开关器件， (n-1)(n-2) 个箝位二极管。
通过组合三个相同的单臂电路，利用相同的分压电容，可以容易得到三相电路，如图1－2 所示。
V5S1C1Dc7 S2V4Dc8 Dc3 S3C2VdcDc9 Dc4 Dc1 S4Vo V3Dc10 Dc5 Dc2 S5C3Dc11 Dc6 S6V2Dc12 S7C4S8V1表 1-1二极管箝位型五电平逆变器输出电压与开关状态之间的关系开关状态输出电压S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 dc 1 1 1 1 0 0 0 0 V /2V /4 0 1 1 1 1 0 0 0 dc0 0 0 1 1 1 1 0 0dc 0 0 0 1 1 1 1 0 －V /4dc0 0 0 0 1 1 1 1 －V /2( “1”表示开关器件导通状态，“0”表示开关器件关断状态)V5C1V4C5C2V3 voC6C3V2C7C4V1Vo ut1S1 S5S2 S6V1S3 S7VoS4 S8G1 G5G2 G6V2Vo ut2G3 G7G4 G8图 4－ 6 混合二极管箝位级联型多电平拓扑。
