三电平NPC逆变器SVPWM

三电平逆变器SVPWM控制策略的研究一、本文概述随着电力电子技术的快速发展，逆变器作为高效、可靠的电力转换装置，在新能源发电、电机驱动、无功补偿等领域得到了广泛应用。

其中，三电平逆变器因其输出电压波形质量好、开关损耗小、动态响应快等优点，受到了研究者的广泛关注。

空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM）作为一种先进的调制策略，通过合理分配三相桥臂的开关状态，可以实现对输出电压波形的精确控制，进一步提高逆变器的性能。

本文旨在深入研究三电平逆变器的SVPWM控制策略，通过理论分析和实验验证，探索其在实际应用中的优化方法和潜在问题。

文章首先介绍了三电平逆变器的基本结构和工作原理，为后续的控制策略分析奠定基础。

随后，详细阐述了SVPWM的基本原理和实现方法，包括空间矢量的定义、合成和分配等关键步骤。

在此基础上，本文重点分析了三电平逆变器SVPWM控制策略的优化方法，包括减小开关损耗、提高直流电压利用率、改善输出电压波形质量等方面。

本文还通过实验验证了三电平逆变器SVPWM控制策略的有效性。

通过搭建实验平台，测试了不同控制策略下的逆变器性能，包括输出电压波形、开关损耗、动态响应等指标。

实验结果表明，采用SVPWM控制策略的三电平逆变器在各方面性能上均表现出明显的优势，验证了本文研究的有效性和实用性。

本文总结了三电平逆变器SVPWM控制策略的研究现状和未来发展趋势，为相关领域的进一步研究提供了有益的参考。

二、三电平逆变器的基本原理三电平逆变器是一种在电力电子领域中广泛应用的电能转换装置，其基本原理在于利用开关管的导通与关断，实现直流电源到交流电源的高效转换。

与传统的两电平逆变器相比，三电平逆变器在输出电压波形上拥有更高的精度和更低的谐波含量，因此在大规模电力系统和电机驱动等领域具有显著优势。

三电平逆变器的基本结构通常包括三个直流电源、六个开关管以及相应的控制电路。

１．２．２多电平逆变器的调制策略简介ＰＷＭ控制技术目前已成为电压型逆变器控制的核心技术，并得到了深入研究发展。

所谓ＰＷＭ技术就是利用半导体器件的开通和关断把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，以实现变频、变压并有效控制和消除谐波的一种技术【１４ｌ。

尽管多电平逆变器的拓扑是多样的，但ＰＷＭ技术主要对两个方面的目标进行控制：１．对输出电压的控制；２．对变换其本身运行状态的控制。

目前三电平逆变器中可供使用的ＰＷＭ技术主要包括：１．正弦载波调制法（ＳＰＷＭ）；２．特定谐波消除调制法（ＳＨＥＰｗＭ）；３．空间矢量法（ＳｖＰＷＭ）等。

１．２．２．１正弦载波调制法正弦载波调制法又称相电压调制法，控制电路对给定的标准正弦信号ｕ’和三角载波屹进行比较，在两波形相交时进行脉宽切换，经过正弦ＳＰＷＭ开环调制后产生一定频率和脉宽的开关信号（Ｓｏ，岛，＆），在驱动三电平逆变器的开关器件。

其工作过程可以由如图１－４所示来形象解释【”】：图１－４三电平多载波ＳＰＷＭ调制图１．２．２．２特定谐波消除调制法特定谐波消除调制法的思想最早是针对传统的两电平变换器提出的，其控制思想是在预先确定的角度出实现特定开关的切换，将输出的正弦波进行傅立叶变换，得到应该被消除的最低次谐波，再通过一定的算法计算出特殊位置的开关角，从而产生预期的最优的ＰＷＭ控制，以消除选定的低频次谐波‘１６＇１７１。

图４４嵌入式计算机外形图其主要技术参数包括；●ＥＬＡＮ４００ＣＰＵ，主频６６＾ｌｔＨｚ；●最大３２ＭＢｙｔｅ内存；・集成ＶＧＡ、ＰＳ２、ＣＯＮ、ＬＣＤ、ＩＤＥ、Ｆｌｏｐｐｙ、ＬＰＴ、ＷａｔｃｈＤｏｇ等接口及功能；・支持ＤＯＣ存储器；●尺寸小：９１×９９×２５ｍｍ３；嵌入式计算机的主要功能有二：一是接收上位ＰＣ机送出的基本电参数信息，结合读取到的负载反馈电压、电流信息并根据既定ＳＶＰＷＭ算法计算出一个输出周期内的所有开关状态和每种状态的滞留时间，输出到后端的ＦＩＦＯ中；二是根据需要存储用户定义时间段内的系统工作参数信息（可能是波形参数或回馈采样数据等）用于后期离线分析，以改进或优化控制算法。

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。

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。

三电平NPC变流器SVPWM算法研究多电平变流器是目前电力电子技术研究的焦点之一，相对于传统两电平变流器优点明显，但其常用的空间电压矢量控制算法（SVPWM）也更加复杂。

文章阐述了三电平SVPWM算法的基本原理以及1 概述随着新能源的不断发展，尤其是风电技术等新能源电力技术的发展，变流器在电力系统中的重要性也越来越高。

而相对于传统两电平变流器，三电平变流器具有明显的优点，如主开关器件承受的电压和du/dt减小一半，输出电压谐波小等优点，具有广阔的前景和应用价值[1]。

空间矢量脉宽调制[1][2]具有输出电流谐波少、转矩脉动小、直流利用率高等优点，是三电平变流器控制的首选方案。

相对传统算法，文章阐述了一种相对简单的方式来得到所需的作用时间，只需一个大区域的18个作用时间即可得到所需的所有作用时间，另外以60度坐标系来判断扇区简化计算，使算法变得简单。

2 SVPWM算法三电平SVPWM算法根据参考电压矢量由幾个基本矢量合成的原则来进行三电平变流器的控制，根据所需量的先后顺序，可以分为区域判断、作用时间计算以及作用时间分配三个部分。

2.1 参考矢量所在区域判断与传统算法类似，我们将基本空间矢量区域划分为6个大扇区、24个小区域。

但与传统算法不同，这里采用60度g-h坐标系来划分区域，简化计算。

以公式（1）转换到60度g-h坐标系后，以下列规则判断大扇区：N=1时，Vg>0且Vh>0；N=2时，Vg0且Vg+Vh>0；N=3时，Vg0且Vg+Vh0且Vh0且Vh0；2.2 作用时间计算判断完参考矢量在具体某一个区域之后，我们就可以根据伏秒平衡原理预先计算各个基本矢量所需的时间。

首先需要找到合成参考矢量所需的三个基本矢量V1、V2、V3，然后根据下面进行计算：V1T1+V2T2+V3T3=VrefTs （2）T1+T2+T3=Ts （3）类似地可以得到参考电压矢量在其他区域时的各基本矢量的作用时间，需要将各个区域所有基本矢量作用时间都计算出来，方便在使用时直接提取数据。

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。

三电平三相桥式逆变器的svpwm控制方式应用概述说明1. 引言1.1 概述本文旨在介绍三电平三相桥式逆变器的SVPWM（空间矢量脉宽调制）控制方式的应用。

逆变器作为电力电子变换技术中的重要组成部分，广泛应用于交流电力传输和各种工业应用中，有着重要的实际意义。

而SVPWM控制方式作为一种高效的逆变器控制方法，具有优秀的性能和效率，在现代电力系统中得到了广泛关注和应用。

1.2 文章结构本文共分为五个部分，首先是引言部分，对文章进行概述和介绍；第二部分是正文，介绍逆变器及其基本原理；第三部分是专门介绍SVPWM控制方式的应用，包括其基本原理以及在三电平三相桥式逆变器中的具体实现方法和优点；第四部分将着重讨论三电平三相桥式逆变器的特点，并与其他类型逆变器进行比较；最后一部分是结论，对前文所述内容进行总结归纳，并展望未来该领域的发展方向。

1.3 目的本文旨在深入探讨SVPWM控制方式在三电平三相桥式逆变器中的应用，并分析该控制方式的优点和适用性。

通过全面介绍和剖析，读者可以对SVPWM控制方式有一个清晰的认识，并了解其在三电平三相桥式逆变器中实际应用的效果与意义。

同时，本文还致力于为读者提供一个全面、系统且易于理解的资料，以便进一步研究和应用相关领域的技术。

(以上内容均为草稿，仅供参考)2. 正文电力电子技术在现代电力供应系统中发挥着重要的作用。

逆变器是一种将直流电转换为交流电的设备，广泛应用于工业控制、风能和太阳能发电系统等领域。

而三电平三相桥式逆变器是逆变器中一种常见且性能优越的拓扑结构。

三电平三相桥式逆变器采用了多级拓扑结构，通过控制开关管的导通与截止，可以实现对输出交流波形的精确控制。

在传统的两电平逆变器中，只能产生两个电平的交流输出；而在三电平逆变器中，通过合理选择开关管的组合方式，可以产生三个不同高度的输出电平。

这使得三相桥式逆变器具备更好的输出波形质量，并提供了更宽广阶梯数模拟交流信号。

而在控制方法方面，空间矢量脉宽调制（SVPWM）被广泛应用于三电平三相桥式逆变器中。

二级式三电平逆变器不连续调制及中点电位平衡策略*王冕1，谈竹奎1，赵远凉1，杨林2，曾江2，刘斌1（1. 贵州电网有限责任公司电力科学研究院，贵阳550002；2. 华南理工大学电力学院，广州510640）摘要：针对常见的前置TL-Boost变换器的二级式三电平逆变器，为降低逆变器开关损耗，同时控制中点电位平衡，本文提出了一种空间矢量不连续调制及其中点电位平衡策略。

首先设计了不连续调制算法，分析不连续调制下逆变器中点电位波动情况；然后基于电荷平衡原理，定量计算TL-Boost变换器电荷补偿量，推导变换器占空比调整量表达式，控制流经中点的总电荷量为零。

通过两级系统协调控制，不仅可发挥逆变器不连续调制低开关损耗的优势，同时可实现中点电位平衡控制，降低逆变器调制策略复杂度。

该控制策略适用于二级式三电平逆变器，可有效提高系统效率，同时保证输出波形质量。

关键词：不连续调制；中点电位平衡；电荷平衡；TL-Boost；三电平逆变器；二级式中图分类号：TM933 文献标识码：B 文章编号：1001-1390（2018）00-0000-00 Discontinuous modulation and neutral-point potential balance strategy fortwo-stage three-level inverterWang Mian1, Tan Zhukui1, Zhao Yuanliang1, Yang Lin2, Zeng Jiang2, Liu Bin1(1. Electric Power Research Institute, Guizhou Power Grid Co., Ltd., Guiyang 550002, China. 2. School ofElectric Power, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)Abstract：In order to reduce the switching loss of the inverter and control the neutral-point potential balance, a novel discontinuous space vector modulation are proposed for the typical two-stage TL-Boost converter and three-level inverter. Firstly, the discontinuous modulation algorithm is designed, and the fluctuation of the neutral-point potential of the inverter is analyzed. The charge compensation of the TL-Boost converter is quantitatively calculated based on charge balance principle. Then, the adjustment of duty ratio is deduced, aiming at controlling the total amount of charge flowing through the neutral-point to zero. Through the two-stage coordinated control strategy, it can not only take advantage of the low-switching loss of the discontinuous modulation, but also suppress the neutral-point potential fluctuations. The strategy is applicable to the two-stage three-level inverter, which can obvious y improve the system efficiency while guaranteed the quality of output waveform.Keywords：discontinuous modulation, neutral-point potential balance, charge balance, TL-Boost, three-level inverter, two-stage0引言相较于二电平逆变器而言，三电平逆变器具有容量大、输出波形质量高、开关管电压应力低、电磁干扰低等特点，更能适应新能源发电高压大容量化的发展趋势[1]。