三相三电平逆变器SVPWM算法文档
三电平SVPWM实现原理
Sc1
C 1
+
Sa2
Sb 2
Sc 2
L c
R
a O +
Sa3
Sb3
b
Sc3
ea eb
ec
n
C 2 N
Sa 4
Sb 4
Sc 4
图 4 三相三电平变流器的开关函数模式主电路结构图
在三相三电平 VSR 拓扑结构中， 为分析方便， 首先定义单极性三值逻辑开关 函数 S x 为：
1 S x 0 1 当( S x1 , S x2 , S x3 , S x4 ) (1,1, 0, 0), 输出电压U dc / 2 当( S x1 , S x2 , S x3 , S x4 ) (0,1,1, 0), 输出电压0 当( S x1 , S x2 , S x3 , S x4 ) (0, 0,1,1), 输出电压-U dc / 2
VDa4
VTa4
VTa 4
VDa4
VDa4
N
(a)VTa1、VTa 2导通
(b)VDa 5、VTa 2导通
(c)VDa 3、VDa 4导通
图 2 三电平变流器 a 相电流流向(负载电流为正)
P
VTa1
P
Байду номын сангаасVD a1
VTa1
P
VDa1
C 1
+
VDa5
VTa2
C 1
VDa2
+
VDa5
VTa 2
VTa1
VDa1
VDa2
C 1
+
VDa5
VTa 2
VDa2
O + C 2 N
VD a6
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。
三电平SVPWM算法研究及仿真
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。
三电平svpwm的等效简化控制算法
三电平svpwm的等效简化控制算法1三相SVPWM的简易控制算法三相SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种三电平的有效调制技术，该技术可以实现完全电平控制。
在这种技术中，模拟功率可以由六个不同的电平信号组成，从而对电源进行可控。
尽管SVPWM具有很好的优势，但是使用SVPWM进行控制会产生大量的运算量和复杂性，因此尝试简化该控制算法。
为了简化SVPWM控制算法，研究者们提出了一种名为“等效SVPWM”的控制算法。
等效SVPWM是一种基于交流逆变器算法的分析，它可以有效地实现多级ZVT的功率控制。
等效SVPWM的思想是，在整个逆变器行程的每个阶段，只控制其中一个独特的三角形，而不是六个相互交替的三角形，从而实现简单的控制算法，减少控制的负载和复杂性。
2等效SVPWM的工作原理等效SVPWM的工作原理是，它把输入端的电子逆变器抽象为一个ABC结构，这个ABC结构有三个节点，A，B和C。
等效SVPWM控制算法从A节点到BC，依次做6次变换，然后从BC到A，即由一个负边依次切换到另一个负边，从而实现输入端的电压的变换。
在等效SVPWM的控制算法中，每个阶段只控制一个三角形，而不是六个相互交替的三角形，这样可以简化控制算法，减少调制模块中的逻辑，节省功耗，并降低计算复杂度。
3等效SVPWM的优势等效SVPWM控制算法具有许多优势，这些优势在于它比传统SVPWM 控制算法具有更低的运算复杂度，可以实现快速的响应，并有可能更大限度地提高效率。
同时，等效SVPWM比其他常见的低阶调制技术具有更高的调制步长，更准确的调制效果，更好的利用率。
针对有源补偿，等效SVPWM技术可以进一步提高系统的效率，同时通过改善功率损耗质量来提高系统性能。
此外，由于等效SVPWM技术可以大大降低复杂性，因此也可以用于削减体积，减少成本。
4结论从上面的讨论可以看出，等效SVPWM控制算法是目前最先进和最有效的三电平SVPWM控制算法，它具有低复杂度，快速响应，高调制步长，准确调制，有效利用率，有效的功率损耗质量和低成本的优势。
三电平SVPWM输出方式1
1 j / 3 e 2
0
tb 4kT sin( ) / 3; t a (4kT cos( ) tb ) / 2; tc T t a tc ;
10
121 120 110 010 110 120 121
1/2
1/2
3 j / 6 e j / 3 e 2
tb 4kT cos( ) 2T ; t a 2 kT sin( )
3
tb 2 ;
tc T t a tb ;
30 212 211 111 101 111 211 212
1 j / 3 e 2
1/2
0
4kT sin( ) ; 3 4kT cos( ) tb ta ; 2 t c T t a tb ; tb 4kT sin( ) ; 3 3T 4kT cos( ) ta tc ; 2 tb T t a t c ; ta T
3 j / 6 1 j / 3 e e 2 2
4kT sin( ) ; 3 3T 4kT cos( ) ta tc ; 2 tb T t a t c ; ta T
23
112 012 002 001 002 012 112
1/2
3 j / 6 e j / 3 e 2
3 j / 6 1 j / 3 e e 2 2
4kT sin( ) ; 3 3T 4kT cos( ) ta tc ; 2 tb T t a t c ; ta T
35
211 201 200 100 200 201 211
1/2
3 j / 6 e j / 3 e 2
三相三电平逆变器SVPWM控制研究
作者简介：王璨(1986-)，女，硕士研究生，主要研究方向电力电子.
64
船舶机电设备 2011/06
图 1 中点箝位三电平逆变电路图
图 2 三电平逆变器空间电压矢量分布图
A 、 B 、 C 各桥臂的三态开关变量。以 A 相桥臂为例，若 Sa=0，则表示开关管T1、T2关断，T3、T4导通；Sa=1，则 表示开关管T1、T4关断，T2、T3导通；Sa=2，则表示开关 管T3、T4关断，T1、T2导通 。 A相输出端A对电源中点O的电压UAO可以用A相开关 变量结合输入直流电压Udc来表示：
V1 t1 + V2 t2 + V7 t7 = Vref T t1 + t2 + t7 = T
v v v v
其中， Vref 为目标电压矢量。
v
图 3 参考电压矢量的分解
用，且开关矢量的作用是对称的。 3）零矢量的作用时间是等份分配的。 在三电平逆变电路中，每相的开关状态有三种， 即-1（N），0（O），1（P），对应的交流侧输出电压 为-Udc/2，0，Udc/2。综合考虑以上因素，表1给出了当参 考矢量在空间逆时针转动时第一扇区开关矢量的作用顺 序，表中每一列从上到下为矢量的作用顺序。
2空间矢量pwm算法将如图2所示的电压空间矢量按大六边形的六个大矢12aaodcsvu?12bbodcsvu?12ccodcsvu?1100112101abadcbcbcacvsuvsvs?????????????????????????????????2111216112anadcbnbcncvsuvsvs????????????????????????????????????0203mmu1234323coscossinsin323coscossinsin34sinsin33coscossinsinmmmm??????????????66船舶机电设备201106academicresearch技术交流图3参考电压矢量的分解可知当1mm时坐标属于区域1
SVPWM控制算法
精心整理电力电子课程作业量PWMSVPWMSVPWM第二章 SVPWM 分析2.1 SVPWM 算法指令是矢量控制系统给出的矢量信号ref U ，它以某一角频率θτω=在空间逆时针旋转，当它旋转到矢量图的某个060扇区中时，系统选中该区间的所需的基本电压空间矢量，并以此矢量所对应的状态去驱动功率开关元件动作。
当控制矢量在空间旋转0360后，逆变器就能输出一个周期的正弦波电压。
在高性能的交流调速及三相逆变系统中，通常采用三相轴系到βα-坐标系的变换。
闭环控制系统中，参考电压矢量的βα-分量αU 和βU 通过闭环控制器的输出很容易获得；开环控制系统中，将期望输出的电压映射到βα-坐2.2 3/2变换然而，旋转磁动势并不一定非要三相不可，除单相以外，二相、三相、四相……等任意对称的多相绕组，通入平衡的多相电流，都能产生旋转磁动势，当然以两相最为简单。
图2-4中绘出了两相静止绕组α和β，它们在空间互差900，通入时间上互差900的两相平衡交流电流，也能产生旋转磁动势F。
当图2-4a和b的两个旋转磁动势大小和转速都相等时，即认为图2-4b 的两相绕组与图2-4a的三相绕组等效。
再看图2-4c中的两个匝数相等且互相垂直的绕组d和q，其中分别通过现在先考虑上述的第一种坐标变换——在三相静止绕组A、B、C和两相静止绕组α、β之间的变换，或称三相静止坐标系和两相静止坐标系间的变换，简称3s/2s变换。
图2-5中绘出了A、B、C和α、β两个坐标系，为方便起见，取A轴和α轴重合。
设三相绕组每项有效匝数为N3，两相绕组每相有效匝数位N2，各相磁动势为有效匝数与电流的乘积，其空间矢量均位于有关相的坐标轴上。
量分别为u和i，在行新的坐标系下，电压和电流向量变成u'和i'，其中[][][]121212T n T n T n u u u u i i i i u u u u ⎧=⎪⎪=⎪⎨''''=⎪……… （2-4）其中E 为单位矩阵。
三电平NPC变流器SVPWM算法研究
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。
- 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 matlab 的三相三电平逆变器 SVPWM 算法
2010-11-8 19:51:00 来源：作者：
摘要： 摘要：本文介绍了二极管中点箝位式三电平电压型逆变器为主电路的逆变装置， 详细分析了三相三电平逆变器 SVPWM 传统算法的原理，详细阐述了 SVPWM 波形 发生的方法， Matlab/simulink 里以三电平逆变器为对象进行了仿真分析。
在 仿真结果 与二电平进行了比较，结果证实了三电平控制方法的有效性和模型的正确性,为三电 平逆变器的研究提供了一个有效的参考。
伴随着高速列车的引进，我国铁路事业进入了高速时代，其中对 CRH2 机车关键技术 的研究已经有突破性进展。
该车上的变频装置属于大容量、高电压变频装置，由于目 前的单管容量以及传统的两电平的控制方式均无法满足应用要求， 于是采用三电平控 制器，三电平可以使开关器件承受的压降降低、改善输出波形的波形质量、减小逆变 器和负载收到的冲击等优点，采用在高速列车动车组上。
所谓三电平每相桥臂由 4 个电力电子开关器件串联组成， 直流回路中性点 0(其电位为 零)由 2 个箝位二级管引出，分别接到上、下桥臂的中间，这样，每个电力电子开关 器件的耐压值可降低一半，故结构更适合于中压大功率交流传动控制，这也是目前广 泛应用的拓扑结构。
三电平中点箝位式逆变器主电路如图 1 所示。
图 1 三电平中点钳位式逆变器主电路 三电平逆变器的 Park 矢量为
（1） 通常，逆变器利用开关器件的开通和关断经由各相只输出+Udc/2，0，-Udc/2 三种电 压， 通式(1)变换， 输出电压矢量仅有 27 种类型， 也就是说逆变器输出 27 种基本矢量， 如表 1 所示。
这里，一般将幅值为 2Udc/3 的矢量定义为大电压矢量，如 PNN，PPN； 幅值为 3 Udc/3 的矢量定义为中电压矢量，如 PON；幅值为 Udc/3 的矢量定义为小电 压矢量，如 POO，ONN。
以上三类矢量可以分别简称为大矢量、中矢量和小矢量。
基本矢量类型 长矢量 中矢量 短矢量 对应的三相输出开关状态 pnn ppn npn npp nnp pnp Pop opn npo nop onp pno Poo onn ppo oon opo non Opp noo opp noo pop non
零矢量
Ppp ooo nnn
表 1 三电平矢量表 为了实现三电平逆变器的 SVPWM 控制，在每个采样周期内，应分为一下三个步骤: (l)区域判断。
找出合成参考电压矢量的三个基本矢量。
(2)时间计算。
确定三个基本矢量的作用时间，即每个矢量对应的占空比。
(3)时间状态分配。
确定各个基本矢量对应的开关状态及作用次序， 将基本矢量对应的 作用时间分配给相应的开关状态，完成对开关器件的控制。
1、区域判断 传统算法根据三电平基本空间矢量图将整个矢量空间先分成 6 个大区域， 再将每个大 区域分成 4 个小区域。
由于基本空间矢量中的短矢量在每个采样周期中出现的次数 多，为了算法及仿真的准确性，本文将每个大区域细分成 6 个小区域。
按照这样的划分方法，传统三电平 SVPWM 算法的区域划分如图 2 所示。
用 I 、II、 III，IV、V、Vl 表示大区域，用 1，2，3，4，5，6 表示小区域。
大区域按照矢量角度每 60°为一区划分，因此可以按照参考电压矢量的角度判断其所 在的大区域。
根据小区域的区域分布情况和几何关系，可以按照以下方法判断参考电 压矢量所在的小区域。
（一）大区域的判断方法和两电平的基本一致，但这里用了一个传统的方法来判断大 扇区。
当在电机上加三相正弦电压时，电机气隙中产生圆形的磁链。
然后我们讲这个 三个相差 120°的正弦电流按照式（1）进行矢量合成 ，然后对 进行幅值和相角的变 换。
这时得到一个相角不断变化的数值，再利用 Matlab 中 Fun 模块的 ceil（ceil：朝 正无穷方向舍入）功能对其进行大扇区的判断。
得到扇区的值 N。
下面进行小扇区的 判断。
（二）小扇区的判断 三、作用时间计算 判断出参考矢量所在的区域后，根据伏秒平衡方程组 解出 、 、 即完成了传统三电平 SVPWM 算法对基本空间矢量作用时间的计算。
区域范围内的基本矢量作用时间如表 1 所示
解出 、 、 即完成了传统三电平 SVPWM 算法对基本空间矢量作用时间的计算。
区域范围内的基本矢量作用时间如表 1 所示 表 1 基本矢量作用时间表
跟据以上表格可以找到规律如下，大扇区一三五的作用时间的变化规律一样，大扇区 二四六的作用时间的变化规律一样，就只分析大扇区一和二。
这样可以得到作用时 间 、 、 ，于是大扇区第二小扇区的作用时间只要调整下输出时间的顺序，即按上 图将作用时间按顺序 、 、 的顺序输出。
同样原理，将其他扇区的仿真模型搭建出 来，按照规律只讲输出的顺序调换一下就可以将作用时间构建出来。
用同样的方法也 可以讲第二大扇区的计算时间模块搭建出来。
下一步的工作就是根据 的扇区位置选 择使用的作用时间，利用选择开关按照小扇区的作用顺序 n 在内部，大扇区的作用顺 序 N 在外部的原则，选择整个区域的作用时间。
四、时间状态分配 时间状态分配的目的是确定各个基本矢量对应的开关状态及作用次序， 将基本矢量对 应的作用时间分配给相应的开关状态，生成主电路开关器件的触发波形，完成对开关 器件的控制， 是三电平 SVPWM 算法的关键部分。
把负短矢量作为每个采样周期的起 始矢量，实现七段式时间分配，每个区域的基本矢量作用时间是 、 、 是按照以短 矢量为每个采样周期起始矢量的次序排列的， 因此所有区域的七段式时间分配是一样 的，不同的是 、 、 的值。
所以每个区域都可以用相同的七段式时间分配仿真模块。
七段式仿真模块不是将作用时间与开关状态对应， 而是通过时间叠加产生含有与矢量 状态对应的时间信息的梯形波 M， 作为下一个矢量状态次序仿真模块的选择信号或分 配信号。
根据状态的作用次序原则，每个采样周期以负短矢量作为起始矢量，以 0， 1， 表示矢量状态 n， p， 2 o， 则表 2 为矢量状态次序仿真数据表中扇区一和二的次序。
表 2 大扇区一和二的矢量状态次序表
区域 Ⅰ1 Ⅰ2 Ⅰ3 矢量状态次序 100 110 111 211 111 110 100 110 111 211 221 211 111 110 100 110 210 211 210 110 100
Ⅰ4 Ⅰ5 Ⅰ6 Ⅱ1 Ⅱ2 Ⅱ3 Ⅱ4 Ⅱ5 Ⅱ6
110 210 211 221 211 210 110 100 210 211 221 210 200 100 110 200 210 211 210 200 100 110 111 121 221 121 111 110 010 110 111 121 111 110 010 110 120 121 221 121 120 110 010 110 120 121 120 110 010 110 120 220 221 220 120 110 010 020 120 121 120 020 010
矢量状态次序仿真模块是层层包含，逐层深入的结构，从里向外第一层是小区矢量状 态次序，第二层是大区内的小区选择，第三层是整个区域的矢量状态次序，模型特点 是大量使用 SIMULINK 的多路选择开关器件排列矢量状态次序和判断所在区域最后 进行状态的转换 总结以上仿真模型，我们可以很得到总的仿真模型如下
仿真结果 加入三电平逆变桥和永磁同步电动机后，测得输出线电压波形如下所示。
同步电机参 数如下：Rs=18.7,Ld=0.02682H,Lq=0.02682H,J=2.26e-5Kg.m^2,F=1.349e-5N.m.s,p=2, 负载在 t=0.04s 时加入转矩 T=0.5。
为了与两电平带永磁同步电机的输出特性曲线相比 较，加入两电平输出特性曲线如下，电机参数不变。
仿真波形如下： 1、线电压区别
2、带负载后转矩区别
注：三电平的转矩脉动明显比两电平的要小 3、THD 含量
结论： 在该论文中用仿真软件完成了两电平电路于三电平电路进行比较， 并分别引入永磁同 步电机，仿真比较结果如下：1、三电平的电磁转矩带有更少的脉动 、2 作用时间更 快 3、三电平加入的直流电压的比两电平的小了一倍 4、三电平输出的功率大，可以 使电动机更快的达到额定转速。
最后使用 Powergui 进行了 FFt 分析，三电平的 THD 明显下降比两电平的要小，说明谐波含量降低。
。