基于svpwm的三电平逆变器控制策略研究
三电平逆变器SVPWM控制策略的研究
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。
基于SVPWM的二极管箝位式三电平逆变器在并联型有源滤波器中的研究
王 一 军 （ ９ ３ ） １６ 一 ，
电平逆 变器 电路 ， 与两 电平 电路对 比， 补偿 谐波 效果 明显 增强 ，ＨＤ明显 降低 。同 其 Ｔ 时， 通过传 统的 Ｓ Ｐ Ｖ ＷＭ控 制与改 进 的 Ｓ Ｐ Ｖ ＷＭ 控制 算法 分别 驱 动二 极管箝 位 的三 电 平电路 ， 真结果表 明改 进 的 Ｓ Ｐ 仿 Ｖ ＷＭ 控 制算 法不 仅 适用 于 大容 量 、 电压 电力 系统 大
Ｋｅ ｒ ｓ ａ ｍｏ ｉ ｏ ｅ ｓ ｔｏ ｙ ｗｏ ｄ ：ｈ ｒ ｎ ｃ ｃ ｍｐ ｎ ａ ｉ ｎ；ｉ ｒ ｖ ｄ Ｓ ｍｐ ｏ ｅ ＶＰＷ Ｍ ；ｔ ｒ ｅ ｌｖ ｌｉ ｖ ｒ ｅ ；ＡＰ ｈ ｅ － ｅ ｎ ｅ ｔ ｒ ｅ Ｆ
０ 引 言
随着 我 国科 技 的 不 断 进 步 ， 电力 系 统 中增 在
Ａ Ｎ ｂｅ于 ２ ． ａａ ０世纪 ８ ０年代 初 在 ＩＡ提 出 … 。 Ｓ 如 图 １所 示 ， 是 一 个 比较 典 型 的二 极 管 箝 这
位 的三 电平为 主 电路 的 Ｓ Ｐ （ ｈ ｎ ｃｉ ｏ ｅ Ａ Ｆ Ｓ ｕ ｔ ｔ ｅＰ ｗ ｒ Ａ ｖ Ｆｌ ｒ 拓 扑 图 。谐 波无 功 电 流检 测 电路将 负 载 电 ｉｅ） ｔ
图 １ 三 电 平 并 联 型 Ａ Ｆ拓 扑 图 Ｐ
比 ， ｐ ｎ含 义 是左起 第 １ 元 素 代 表 ａ相 的 开 如 ｎ， 个 关 状态 ， ２个元 素 代表 ｂ相 的开关 状 态 ， ３个 第 第 元 素 代表 Ｃ相 的开 关 状 态 ， 每个 元 素 同时要 结 合 ｓ 定 义理 解 。另 外 从 图 ３上 分 析 知 道 各 开 关 状
中文翻译异步电动机基于svpwm的简化三电平矢量控制系统的研究--大学毕业设计论文
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。
三电平理论
华中科技大学硕士学位论文三电平逆变器SVPWM控制策略的研究姓名：刘亚军申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：程善美20080604摘要三电平逆变器输出由于具有更高的电能质量、更低的谐波含量，更好的电磁兼容性以及更低的开关损耗等优点，在中高压大容量交流调速领域得到了广泛的应用。
但是，三电平逆变器也存在不少关键问题，如三电平算法的简化问题，过调制区中点电压控制问题，以及在高压运行时系统的稳定性问题。
鉴于以上存在的问题，本论文深入地研究了三电平逆变器的结构，原理，控制策略，电容中点电压的控制，死区补偿，过调制处理以及SVPWM算法的实现。
论文在论叙二极管箝位三电平逆变器的结构和工作原理的基础上，分析了三电平逆变器的SVPWM调制策略，提出了一种实用的易于数字化实现的三电平SVPWM 算法。
在该算法的基础上通过修改小矢量的作用时间给出了基于滞环控制和PI控制的电容中点电压控制策略，并得到了很好的效果。
同时，论文对三电平逆变器的死区补偿和过调制处理进行了深入的研究，并且提出了一些新的方法来解决在过调制情况下的中点电压平衡问题，研究了三电平逆变器的死区实现方案和补偿策略，仿真实验证实了所提出的策略达到了预定的效果。
为了验证所提出的三电平SVPWM 算法，本文在MATLAB下建立了基于三电平逆变器的感应电动机V/F控制系统和矢量控制系统，仿真结果验证了所提出的三电平空间矢量PWM算法是可行有效的。
论文对三电平逆变器的SVPWM算法的实现进行了研究，基于DSP和CPLD提出了两种实现方法。
一种是采用数字信号处理器TMS320LF2407A中的两个事件管理器巧妙实现了三电平SVPWM算法；另一种是利用TMS320LF2407A和EPM240T100C5组成组合逻辑来实现。
实验结果进一步证实了所做的研究工作和所提出的算法是实际可行的。
关键词：三电平逆变器SVPWM算法中点电压控制死区补偿过调制AbstractBecause of the superiority such as higher power quality, lower harmonic components, better electromagnetic compatibility, and lower switching losses in its output, three-level inverter is applied widely in high-voltage and high-power applications. However, there are many key problems in the three-level inverter, such as simplifying the algorithm of three-level, the neutral point fluctuation in overmodulation region, and the stability issues of the system in the high-voltage performance. In light of the above existing problems, the thesis thoroughly investigates the structure, principle, control strategies, neutral point balancing, dead-time compensation, overmodulation and the realization of SVPWM algorithm in the diode-clamped three-level inverter.On the basis of describing the structure and principle of diode-clamped three-level inverter, the thesis analyzes the SVPWM modulation strategies of three-level inverter, and proposes the SVPWM algorithm which is practical and easily digital realization. It proposes a neutral point control strategy based on hysteresis control and PI control through modifying the working time of small vector on the basis of the algorithm, and achieves a good result. At the same time, the thesis completely investigates the dead-compensation and overmodulation in three-level inverter, and proposes a new scheme to solve the neutral point unbalancing for operating a three-level inverter in overmodulation region. It also investigates the schemes of dead-time setting and the dead-compensation. The simulation results confirm that the proposed strategy achieve the intended results. In order to verify the proposed three-level SVPWM algorithm, this thesis based on MATLAB software establishes induction motor V/F control system and vector control system which is based on three-level inverter, and the simulation results show the proposed three-level space vector PWM algorithm is feasible and effective.In this thesis, the realization of the SVPWM algorithm for three-level inverter has been studied, and two methods based on the DSP and CPLD are proposed. One method achieves skillfully the three-level SVPWM algorithm by making use of two events manager of the digital signal processor TMS320LF2407A, another is the use ofTMS320LF2407A and EPM240T100C5 logic combination to realize the algorithm. The experimental results verify further that the research work and the algorithm proposed is practical.Keywords: Three-level inverter; SVPWM algorithm; neutral point voltage control;dead-time compensation; overmodulation独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
基于SVPWM控制的三相三电平逆变器仿真研究
图 2 三电平逆变器的简化模型
由上可知，对于 A 相，其输出端相电压对电源中点 O 的电压可用
开关函数 Sa 和直流侧电压 Ed 来表示：
uAO
＝
Sa 2
Ed
(2-11)
77
2010 年 第 15 期
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
○机械与电子○
科技信息
同理，B 相和 C 相输出端相电压对电源中点 O 的电压可分别表示
类似两电平逆变器的开关函数定义，下面给出三电平逆变器开关
函数定义。 为便于分析，假设所有功率器件均为理想开关，逆变器交流
侧三相对称。 逆变器 A，B，C 三相的开关函数，则它们满足[4,5]：
!
##1
#
（ui
＝
1 2
Ed ）
Si
＝
0##
" #
（ui ＝0）
（i＝a，b，c）
#
###－1
$
（ui
＝－
1 2
uBC
＝1 2
Ed
0
1
－1
Sb
(2-15)
uCA
－1 0 1 Sc
对三相系统有：
பைடு நூலகம்
uAN′＋uBN′＋uCN′＝0
(2-17)
所以，负载相电压与逆变器输出端线电压的关系可整理成矩阵形
式：
0 0 0 00 0 uAN′
1 0 －1 uAB
uBN′
＝
1 3
－1
1
0
uBC
(2-18)
uCN′
0 －1 1 uCA
＋L
d dt
ia ＋Ea
uBN′＝Rib
三电平逆变器SVPWM过调制控制策略综述
Ⅵ慈警
淤一
巡哕
图５典型双模式过调制
ｔｙｐｉｃａｌ ｄｕａｌ—ｍｏｄｅ ｏｖｅｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ
Ｅ１８３在傅立叶谐波分析的基础上，提出了一种基 于角度控制的分段ＳＶＰＷＭ过调制算法，但只是
这种方法有较低的谐波畸变率（ＴＨＤ），但是 有相对复杂的控制算法，并且查表需要较大的内 存空间［２¨，因此适合于对谐波指标要求较高的 应用。 ３．４典型单模式过调制策略 这种方法借鉴了Ｓ．Ｂｏｌｏｇｎａｎｉ的思想［Ｉ］，通 过离线计算得到修改后的参考电压矢量的幅值与 ｍ的非线性关系，同时修改参考电压矢量的幅值 和相位，用一种控制模式即可实现从线性区到最 大调制的平滑过渡。修正后的电压矢量运行轨迹 如图６中黑粗线所示。
应用在两电平ＳＶＰＷＭ算法中，在三电平中的应
用有待研究。文献Ｅｚ０３提出了磁场定向控制中的 ＳＶＰＷＭ过调制策略，其思想和３．３节中的方法类 似。文献［－２４３介绍了过调制策略在电流型逆变器 中的应用。文献Ｅｚ５３介绍了过调制策略在双级矩 阵变换器中的应用。 ４
现有过调制策略存在的问题
过调制控制策略是在人们对电机输出转矩及
矿＝，ｒ／３，用Ｈ。代替ｙ。ｒ。如果｝Ｖ。ｆ Ｉ足够大，随着 ｙ。ｒ的旋转，ｙ。ｒ的端点在六边形的一个顶点停留 一段时间以后，直接跳到另一个端点，轨迹就是六 边形的６个顶点。
３过调制控制策略
针对过调制运行时出现的问题，国内外很多 学者进行了研究，至今已取得了多项成果［１３￣３ 下面介绍几种典型的过调制策略。 ３．１最小相角误差过调制策略 其基本原理是：对Ｖ。ｔ的端点轨迹超出六边 形的部分，保持ｙ。ｒ的相位角不变，将ｙ。ｒ的端点 强制固定在六边形上形成新的矢量ｙ７，同时未超 出六边形的部分仍保留为圆形。因此，最后ｙ甜 的端点轨迹为口６段圆弧、６ｆ段直线、ｃｄ段圆弧， 如图３所示。因为ｙ７与ｙ。ｔ有相同的相角，故这 种方法具有最小相角误差的优点。 这种方法较３．１节中的方法复杂，计算量大， 电压、电流波形失真程度也比最小相角误差过调 制大。然而，它可以达到最大调制度为１，此时输 出电压基波幅值为２Ｌ厂。。／兀，充分利用了直流母线 电压［２２１。 ３．３典型双模式过调制策略 这种方法借鉴了Ｊｏａｃｈｉｍ Ｈｏｌｔｚ的思想‘引，将
基于优化SVPWM控制算法的三相电压型逆变器
基于优化ＳＶＰＷＭ控制算法的三相电压型逆变器①李瑾１② 李可迪２（１：南昌工程学院电气工程学院 江西南昌３３００９９；２：南开大学数学科学学院 天津３０００７１）摘 要 针对传统的基于αβ坐标系的ＳＶＰＷＭ控制算法需要进行坐标变换，算法繁琐、计算量大的缺点，本文提出了一种优化的基于三相静止ａｂｃ坐标系的ＳＶＰＷＭ控制算法，通过直接比较矢量沿ａｂｃ坐标轴的各个分量的大小就可判断出矢量所在扇区及各个矢量的作用时间，大大简化了ＳＶＰＷＭ控制算法的运算过程。
将其用在三相电压型ＰＷＭ逆变器中，对该ＳＶＰＷＭ逆变器进行Ｍａｔｌａｂ仿真实验的结果证明了此新型ＳＶＰＷＭ控制算法的正确性和可行性。
关键词 电压型逆变器 空间矢量脉宽调制 仿真中图法分类号 ＴＭ４６１ 文献标识码 ＡＤｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２３ ０２ ００２Ｔｈｒｅｅ ｐｈａｓｅＶｏｌｔａｇｅＳｏｕｒｃｅＩｎｖｅｒｔｅｒｂａｓｅｄｏｎＯｐｔｉｍｉｚｅｄＳＶＰＷＭＣｏｎｔｒｏｌＡｌｇｏｒｉｔｈｍＬｉＪｉｎ１ ＬｉＫｅｄｉ２（１：ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｃｈａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００９９；２：ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＮａｎＫａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７１）ＡＢＳＴＲＡＣＴ ＡｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｃｏｍｐｌｅｘｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｌａｒｇｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｍｏｕｎｔｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＳＶＰＷＭｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎαβｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍ，ａｎｏｐｔｉｍｉｚｅｄＳＶＰＷＭｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｒｅｅ ｐｈａｓｅｓｔａｔｉｏｎａｒｙａｂｃｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｂｙｄｉｒｅｃｔｌｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｓｉｚｅｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅｖｅｃｔｏｒａｌｏｎｇｔｈｅａｂｃｃｏｏｒｄｉｎａｔｅａｘｉｓ，ｗｅｃａｎｊｕｄｇｅｔｈｅｓｅｃｔｏｒａｎｄａｃｔｉｏｎｔｉｍｅｏｆｅａｃｈｖｅｃｔｏｒ，ｗｈｉｃｈｇｒｅａｔｌｙｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅＳＶＰＷＭｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆＭａｔｌａｂｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｎｔｈｅｔｈｒｅｅ ｐｈａｓｅｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅＰＷＭｉｎｖｅｒｔｅｒｕｓｅｄｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄＳＶＰＷＭｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓａｎｄｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｎｅｗＳＶＰＷＭｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ Ｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅｉｎｖｅｒｔｅｒ Ｓｐａｃｅｖｅｃｔｏｒｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ１ 前言变频调速已成为目前极为重要的节能措施。
基于SVPWM的三电平逆变器仿真研究_胡慧慧
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。