三电平逆变器SVPWM仿真

三电平SVPWM算法研究及仿真三电平SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种常见的电力电子转换技术，用于控制三相逆变器或变频器输出的电压波形。

本文将着重研究三电平SVPWM算法，并进行仿真评估。

首先，我们来介绍三电平SVPWM算法的原理。

它基于矢量控制（Vector Control）理论，通过在三相逆变器的输出电压空间矢量图上选择合适的电压矢量，以实现所需的输出电压。

1.获取输入信号：通过采样电网电压和电网电流，获取输入信号的相位和幅值。

2.电网电压矢量合成：将电网电压坐标变换到α-β坐标系，然后将三相电压矢量转换为α-β坐标系下的矢量。

3. 电机电流转换：通过坐标变换将α-β坐标系下的矢量转换为dq 坐标系下的矢量，其中d轴是电机电流的直流分量，q轴是电机电流的交流分量。

4. 电机电流控制：通过PI控制器对dq坐标系下的电机电流进行控制，以实现所需的电机电流。

5.电网电压生成：通过逆变器控制器生成电网输出电压的矢量。

6.SVM模块选择：根据电网电压矢量在α-β坐标系下的位置，选择合适的SVM模块进行控制。

7.输出PWM波形：根据选择的SVM模块，将PWM波形通过逆变器输出到电网上。

接下来，我们将进行三电平SVPWM的仿真评估。

仿真环境可以使用Matlab/Simulink或者PSCAD等软件。

首先，我们需要建立三电平逆变器的模型，包括电网电压、逆变器、电机等组成部分。

然后，编写三电平SVPWM算法的仿真程序。

在仿真程序中，通过输入电网电压和电机负载等参数，我们可以模拟电网电压和电机电流的变化情况。

然后，根据三电平SVPWM算法，计算逆变器输出的PWM波形，并将其作为输入给逆变器，从而实现对电网电压和电机电流的控制。

最后，通过仿真结果分析三电平SVPWM算法的性能，包括输出波形的失真程度、功率因数、谐波含量等。

并与传统的两电平SVPWM算法进行对比，评估其性能优势。

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。

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三相并网逆变器仿真报告目录1. SVPWM逆变器简介 (1)2. SVPWM逆变器基本原理 (2)2.1. SVPWM调制技术原理 (2)2.2. SVPWM算法实现 (5)3. SVPWM逆变器开环模型 (11)3.1. SVPWM逆变器开环模型建立 (11)3.2. SVPWM逆变器开环模型仿真分析 (14)4. SVPWM逆变器闭环模型 (16)4.1. SVPWM逆变器闭环模型建立 (16)4.2. SVPWM逆变器闭环模型仿真分析 (17)1.SVPWM逆变器简介三电平及多电平空间矢量调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)法是建立在空间矢量合成概念上的PWM方法。

它以三相正弦交流参考电压用一个旋转的电压矢量来代替，通过这个矢量所在位置附近三个相邻变换器的开关状态矢量，利用伏秒平衡原理对其拟和形成PWM波形。

空间矢量调制方法在大范围调制比内有很好的性能，具有很小的输出谐波含量和较高的电压利用率。

而且这种方法对各种目标的控制相对容易实现。

SVPWM技术源于三相电机调速控制系统。

随着数字化控制手段的发展，在UPS/EPS、变频器等各类三相PWM逆变电源中得到了广泛的应用。

与其他传统PWM技术相比，SVPWM技术有着母线电压利用率高、易于数字化实现、算法灵活便于实现各种优化PWM技术等众多优点。

2. SVPWM 逆变器基本原理2.1. SVPWM 调制技术原理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可以一次施加，也可以在一个采样周期内分多次施加，这样通过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，就可以使逆变器输出近似正弦波电压。

电力电子建模仿真报告
一、仿真要求
设计一个三相SPWM逆变器，使得输出相电压100Hz，有效值220V，负载RL类型（R=50Ω，L=10mH）直流母线电压540V，观察输出电流波形，对电流电压进行谐波分析。

二、仿真模型
图1 SPWM三相逆变电路仿真模型
三、仿真分析
设置参数，即将调制波频率设为100Hz，载波频率设为基波的30倍（载波比N=30），即3000Hz，m=0.9，负载RL类型（R=50Ω，L=10mH），直流母线电压540V，在powergui 中设置为离散仿真模式，采样时间设为1e-006s，运行仿真模型。

双击powergui，选择FFT 分析。

图2 SPWM三相逆变电路输出A相电流a I的波形
图3 SPWM三相逆变电路输出A相电流a I的FFT分析
U的波形图4 SPWM三相逆变电路输出A相电流a
U的FFT分析
图5 SPWM三相逆变电路输出A相电流a
由上面分析可知，电流谐波分布中最高的为28次谐波，最高频率为3000Hz时的THD=12.63%，输出电流近似为正弦波。

电压谐波分布中最高的为28次谐波，最高频率为3000Hz时的THD=79.22%。

四、仿真总结
通过适当的参数设置（如载波比N、调制度m等），运用SPWM控制技术，可以有效减小输出电压和输出电流的谐波分量，改善输出波形，可以很好的实现逆变电路的运行要求。

基于SVPWM三相并网逆变器仿真报告目录1.SVPWM逆变器简介 (1)2.SVPWM逆变器基本原理 (2)2.1.SVPWM调制技术原理 (2)2.2.SVPWM算法实现 (5)3.SVPWM逆变器开环模型 (9)3.1.SVPWM逆变器开环模型建立 (9)3.2.SVPWM逆变器开环模型仿真分析 (12)4.SVPWM逆变器闭环模型 (14)4.1.SVPWM逆变器闭环模型建立 (14)4.2.SVPWM逆变器闭环模型仿真分析 (15)1.SVPWM逆变器简介三电平及多电平空间矢量调制(Space Vector Pulse Width Modulation ,SVPWM)法是建立在空间矢量合成概念上的PWM方法。

它以三相正弦交流参考电压用一个旋转的电压矢量来代替,通过这个矢量所在位置附近三个相邻变换器的开关状态矢量,利用伏秒平衡原理对其拟和形成PWM波形。

空间矢量调制方法在大范围调制比内有很好的性能,具有很小的输出谐波含量和较高的电压利用率。

而且这种方法对各种目标的控制相对容易实现。

SVPWM技术源于三相电机调速控制系统。

随着数字化控制手段的发展,在UPS/EPS、变频器等各类三相PWM逆变电源中得到了广泛的应用。

与其他传统PWM技术相比,SVPWM技术有着母线电压利用率高、易于数字化实现、算法灵活便于实现各种优化PWM技术等众多优点。

2. SVPWM 逆变器基本原理2.1. SVPWM 调制技术原理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可以一次施加 ,也可以在一个采样周期内分多次施加 ,这样通过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 ,就可以使逆变器输出近似正弦波电压。

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。

基于SVPWM的三电平拓扑仿真与实验杨智，赵正明，胡璇罗浩电机传动系，国电南京自动化有限公司，南京210003，中国电气工程与应用电子技术，清华大学，北京100084，中国摘要：三电平逆变器已成为电力电子领域的研究热点。

在对三电平拓扑结构进行研究的基础上，给出了逆变器各节点的运行参数和波形，为设计可靠的系统和选择合适的半导体器件提供了参考。

一个三电平逆变器控制系统模型的提出和模拟在PSIM（PowerSIM），以及仿真的相关波形和数据详细。

同时给出了基于该设计的实际实验的运行参数和波形。

通过比较，证明了该控制系统的有效性。

还介绍了常用的半导体选择方法。

一、引言可靠性与价格成为电力电子的重要研究对象[ 1 ]。

然而，拓扑结构、控制方法、半导体选择、分布参数、工作条件等多方面因素影响着实际情况。

因此，一个成功的产品的设计应密切相关的分析，设计，仿真，实验的系统许多论文给出了SVPWM仿真，但不给出主电路的波形。

本文将讨论的三电平逆变器的拓扑结构，并提供模拟的配置（基于PSIM）。

在系统中选择主要的电气节点显示的电流和电压波形。

同时，一个三级调速55kW变频系统实验平台，是考虑到现实。

在实验中，主要的电气节点的真实波形的测量仪器，并将实验结果与仿真结果进行比较，以验证模型的正确性和合理性。

同时，对三电平逆变器的运行过程、主电路的特性、不同电节点之间的关系进行了分析。

为半导体器件的选择、工作站的分析、系统的设计和实验提供了参考。

二、控制算法模型众所周知，如果电流和电压波形能在电机间隙中形成圆旋转磁场，那么逆变器就具有良好的性能。

交-直-交变频器的输出脉冲电压的半导体。

如果脉冲电压可以使旋转磁场，电机将顺利运行。

因此，SVPWM算法就应该如此工作。

控制模型与PSIM的算法基于SVPWM算法。

图1中，每个参数都可以在仿真中进行调整。

图（1）控制算法模型三、主电路模型主电路模型是典型的三电平逆变器拓扑结构，如图2所示。