基于SVPWM三相并网逆变器仿真报告.docx
三相电压型SVPWM整流器仿真研究
三相电压型SVPWM整流器仿真研究一、概述随着电力电子技术的快速发展，三相电压型SVPWM（空间矢量脉宽调制）整流器作为一种高效、可靠的电能转换装置，在新能源发电、电机驱动、电网治理等领域得到了广泛应用。
SVPWM技术以其独特的调制方式，能够实现输出电压波形的高精度控制，提高整流器的电能转换效率，降低谐波污染，成为现代电力电子技术的研究热点。
三相电压型SVPWM整流器的基本工作原理是通过控制整流器的开关管通断，将交流电源转换为直流电源，为负载提供稳定、可靠的直流电能。
在SVPWM调制策略下，整流器能够实现对输入电压、电流的高效控制，使电网侧的功率因数接近1，从而减小对电网的谐波污染，提高电能质量。
为了深入了解三相电压型SVPWM整流器的性能特点，本文将对其仿真研究进行深入探讨。
通过建立整流器的数学模型，利用仿真软件对其进行仿真分析，可以直观地了解整流器在不同工作条件下的运行特性，为实际工程应用提供有力支持。
仿真研究还可以为整流器的优化设计、参数选择等提供理论依据，推动三相电压型SVPWM整流器技术的进一步发展。
三相电压型SVPWM整流器作为一种高效、可靠的电能转换装置，在现代电力电子技术中具有重要的应用价值。
通过仿真研究，可以深入了解其性能特点，为实际应用提供有力支持，推动相关技术的不断发展。
1. 研究背景：介绍三相电压型SVPWM整流器的研究背景及其在电力电子领域的应用价值。
能源转换效率的提升：在当前的能源结构中，电力是最主要的能源形式之一。
电力在传输和分配过程中往往存在损耗和污染。
三相电压型SVPWM整流器作为一种能够实现AC（交流）到DC（直流）高效转换的装置，能够显著提高能源转换效率，降低能源浪费，从而满足日益增长的能源需求。
电网稳定性的改善：随着可再生能源的快速发展，电网的稳定性问题日益突出。
三相电压型SVPWM整流器具有快速响应和精准控制的特点，能够有效地改善电网的电能质量，提高电网的稳定性。
三相光伏并网逆变器的研制及SVPWM算法的实现的开题报告
三相光伏并网逆变器的研制及SVPWM算法的实现的开题报告一、选题背景随着我国经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，对能源的需求也越来越大，但传统的能源供应方式已经不能满足我们的需求了。
而太阳能发电作为一种绿色、可再生能源，其在实际应用中具有广泛的应用前景。
然而，由于太阳能发电存在着天气变化和能量产生的不稳定性等因素的影响，使得太阳能电站的局限性很大，因此需要对其进行优化改进。
在太阳能电站中，光伏并网逆变器是其最核心的部件之一，其作用是将太阳能电池转换并输出为交流电，并将其与电网进行并联，从而实现电能的输送。
因此，研究开发高质量的光伏并网逆变器技术已经变得非常重要。
二、研究内容本研究的主要内容是设计并实现一种三相光伏并网逆变器，并采用控制策略进行优化控制。
同时，使用SVPWM算法对开关器件进行控制，从而提高逆变器的效率和准确性。
具体研究内容如下：1. 三相光伏并网逆变器的硬件设计：包括设计电路图、选取器件等。
2. 控制策略的设计与实现：本研究将采用基于模型预测控制（MPC）的方法进行逆变器的控制。
该方法具有控制响应快、控制精度高、鲁棒性强等优点。
3. SVPWM算法的设计与实现：SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种新型的PWM控制技术。
本研究将采用该技术对开关器件进行控制，以提高逆变器的效率和准确性。
三、研究意义本研究的意义在于：首先，通过设计并实现一种高质量的光伏并网逆变器，能够提高太阳能电站的发电效率和输出能力，从而实现对现有能源的有效替代。
其次，采用基于模型预测控制（MPC）的控制策略和SVPWM算法能够提高逆变器的控制精度和效率，从而提高了逆变器的性能表现。
最后，本研究对于促进我国光伏产业的发展具有重要的意义。
四、研究方法本研究的研究方法主要分为以下几个步骤：1. 研究三相光伏并网逆变器的工作原理和电路设计原理，深入了解光伏并网逆变器的组成结构和工作特点。
基于三相并网逆变器SPWM及SVPWM控制的仿真研究
基于三相并网逆变器SPWM及SVPWM控制的仿真研究三相并网逆变器是一种常见的电力电子设备，用于将直流电能转化为交流电能并连接到电网中。
在实际应用中，为了提高逆变器的性能和控制精度，常常采用了SPWM和SVPWM控制策略。
本文对基于三相并网逆变器的SPWM和SVPWM控制进行了仿真研究。
首先，介绍了三相并网逆变器的基本工作原理。
三相并网逆变器由整流器和逆变器两个部分组成。
整流器将电网中的交流电转化为直流电，逆变器将直流电转化为交流电并注入电网中。
同时，逆变器还需要提供电网中的电能质量控制，包括功率因数修正和谐波消除等。
接着，详细介绍了SPWM和SVPWM控制策略。
SPWM控制是一种常见的逆变器控制方法，通过调节逆变器输出电压的幅值和频率来实现对电网的注入电能控制。
SVPWM控制是一种更精确的控制方法，将逆变器输出电压分解为两个三角波信号，并通过调节三角波波形的占空比和相位来精确控制逆变器输出电压。
其优点是能够实现连续变化的电压和频率控制，提高了系统的运行稳定性和效率。
然后，搭建了三相并网逆变器的仿真模型，并分别进行了SPWM和SVPWM控制的仿真实验。
在仿真实验中，选择了逆变器的输出电压波形、频率和相位作为控制目标，通过调节SPWM和SVPWM控制的参数来实现对逆变器输出电压的控制。
仿真结果表明，SVPWM控制相比于SPWM控制具有更高的控制精度和稳定性，在电网注入电能方面效果更好。
最后，对仿真结果进行了分析和讨论。
在仿真实验中，SPWM控制的输出电压存在较大的气动调节误差，而SVPWM控制的输出电压更接近于理想波形，控制精度更高。
此外，SVPWM控制可以实现更高的电压变化速率和更精确的相位控制，更适用于一些对控制精度要求较高的应用场景。
综上所述，基于三相并网逆变器的SPWM和SVPWM控制是一种有效的控制策略。
本文通过仿真研究发现，SVPWM控制相比于SPWM控制具有更高的控制精度和稳定性，可以满足一些对电网注入电能控制要求较高的应用需求。
完整版三相SPWM逆变器仿真
三相SPWM逆变器仿真、原理分析1、基本原理按照输出交流电压半周期内的脉冲数，脉宽调制（PWM）可分为单脉冲调制和多脉冲调制；按照输出电压脉冲宽度变化规律，PWM可分为等脉宽调制和正弦脉宽调制（SPWM）。
等脉宽调制产生的电压波形中谐波含量仍然很高，为了使输出电压波形中基波含量增大，应选用正弦波作为调制信号U R。
这是因为等腰三角形的载波U T上、下宽度线性变化，任何一条光滑曲线与三角波相交时，都会得到一组脉冲宽度正比于该函数值的矩形脉冲。
而且在三角载波U T不变条件下，改变正弦调制波U R的周期就可以改变输出脉冲宽度变化的周期；改变正弦调制波U R的幅值，就可改变输出脉冲的宽度，进而改变U D中基波U DI的大小。
这就是正弦脉宽调制（sine pulse widthmodulated,SPWM）。
2、正弦脉宽调制方法（此处仅介绍了采样法）SPWM是以获得正弦电压输出为目标的一种脉宽调制方式。
这里就以应用最普遍的三相电压源型逆变电路来讨论SPWM具体实现方法。
下图就是三相电压源型PWM逆变器主电路结构图：图一1上图为一三相电压源型PWM逆变器，VT1~VT6为高频自关断器件，VD1~VD6为与之反并联的快速恢复二极管，为负载感性无功电流提供通路。
两个直流滤波电容C串联接地，中点0可以认为与三相Y接负载中点0等电位。
逆变器输出A、B C三相PWM 电压波形取决于开关器件VT1~VT6上的驱动信号波行，即PWM的调制方式。
假设逆变电路采用双极性SPWM控制，三相公用一个三角形载波U T,三相正弦调制信号U RA、U RB、U RC互差120°,可用A相来说明功率开关器件的控制规律，正如下图中所示。
当U RA>U T时，在两电压的交点处，给A相上桥臂元件VT1导通信号、下桥臂元件VT4关断信号，则A相与电源中点0'间的电压U AO'E/2。
当U RA<U T时，在两电压的交点处给VT4导通信号、VT1关断信号，则U AO'-E/2。
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。
基于SVPWM控制的逆变器仿真研究
（13）
由图 3 和表 3 可得在各扇区内各电压矢量的切换时刻如表 4 中所示。
4 仿真
4.1 三相电压型全桥逆变器在 MATLAB/SIMULINK 下的仿真模型
根 据 上 述 逆 变 器 数 学 模 型 [ 式（1）和 式（2）]，在 MATLAB/SIMULINK 环境下建立的三相电压型全桥逆变器的通用 仿真模型如图 4 所示。
图 1 三相电压型全桥逆变器主电路图
由于同一桥臂的两个开关器件不能同时导通，可设第 i 个 开关器件导通时，Si=1；否则 Si=0（Si 称为开关变量）。
开关函数定义：
（1）
式中：k =0，1，…，6，7 分别代表逆变器工作的 8 种开关状态。 假设三相参数完全对称，则逆变器的输出相电压为：
（2）
两个零矢量施加时间的分配与pwm输出波形的谐波有关文献9介绍了零矢量时间分配与pwm波形畸变率的关系并指出在t为了使逆变器输出电压波形对称将零矢量平均分为四份在开关周期的首尾各放一份在中间放两份将两个基本电压矢量u平分为二后插在零矢量间按开关损耗较小的原则每次切换开关状态时只切换一个开关器件首尾的零矢量取u0中间的零矢量取u7这样就可以画出如图3所示的扇区的开关序列和作用时间1023ud并结合式9可得
4.2 SVPWM 在 MATLAB/SIMULINK 下的仿真模型
在 MATLAB\SIMULINK 环境下建立的 SVPWM 算法模
结合以上仿真模块建立如图 8 所示的基于 SVPWM 控制 的三相电压型逆变器仿真模型，并设置仿真参数如下：直流侧 电压 Ud=600 V，参考电压正弦波频率 f1=50 Hz，三角波频率 f2=3 150 Hz（为了保持三相系统之间的对称性，以及每相波形 正、负半周的对称性，载波比应取为 3 的整数倍，并且应为奇 数[12）] ，采样周期 Ts=1/f2，三角波幅值为 Ts/2，仿真算法为 ode3， 步长为 2e～6 s，仿真时间为 0.08 s。
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
基于SVPWM三相逆变器在MATLAB下的仿真研究.doc
基于SVPWM 三相逆变器在MATLAB 下的仿真研究摘要：介绍了电压空间矢量脉宽调制控制算法的基本概念; 并简要介绍了利用多种实际矢量合成所需电压矢量的方法及具体的实现算法; 最后,利用 Matlab 的 Simulink 工具箱,建立了SVPWM 逆变器的仿真模型,通过仿真波形可知,该算法是正确的,并分析了逆变器输出的交流电压和电流的谐波。
关键词：SVPWM 、Simulink 、三相逆变器0 引 言电压空间矢量脉宽调制( Space Vector PWM,SVPWM) 控制技术,也称作磁链跟踪控制技术,它是从控制交流电动机的角度出发,最终目的是在电动机气隙空间形成旋转磁场,从而产生恒定的电磁转矩。
空间矢量脉宽调制方法依附其优越的性能指标、易于数字化实现等优点,自提出以来就成为研究的热点,不仅可以应用在各种交流电气传动系统中,而且在电力系统功率因数的调节以及各种利用清洁能源发电的分布式发电系统中都有很好的应用前景。
1 SVPWM 逆变器的原理1.1 电压空间矢量电压空间矢量是研究交流电动机三相电压与电动机旋转磁场关系而提出的虚构物理量。
在空间按 120°对称分布的三相电机定子绕组上施加三相对称电压()1)32sin()32sin(sin ⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫+=-==πωπωωt U u t U u t U u m c m b m a在定子绕组中即产生定子电流和磁通。
对单个绕组而言,产生的磁通是脉振的,它仅在固定的绕组轴线位置上有大小和方向的变化,但是在三相绕组的配合作用下,在电机的气隙中就产生了合成的旋转磁场。
电压和电流是时间变量,并没有空间的概念,但是电动机三相绕组产生的旋转磁场是空间和时间的变量,它的大小和空间位置随时间变化,一般以矢量表示。
时空变化的旋转磁场由三相电压产生,为了描述三相电压与电动机旋转磁场的关系,提出了电压空间矢量的概念。
电压空间矢量反映了三相电压综合作用的效果,三相电压与电压空间矢量的关系由 Park 变换来表示:)2()(322401200 j C j B j S e u e u e u u A ++=式中,u s 为电压空间矢量,u A 、u B 、u C 为三相相电压,2/3为变换系数,指数项表示了三相绕组的空间位置。
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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。
SVPWM 实际上是对应于交流感应电机或永磁同步电机中的三相电压源逆变器功率器件的一种特殊的开关触发顺序和脉宽大小的组合 ,这种开关触发顺序和组合将在定子线圈中产生三相互差120°电角度、失真较小的正弦波电流波形。
实践和理论证明 ,与直接的正弦脉宽调制(SPWM)技术相比 ,SVPWM 的优点主要有：
(1) SVPWM 优化谐波程度比较高 ,消除谐波效果要比SPWM 好 ,实现容易 ,并且可以提高电压利用率；
(2) SVPWM 比较适合于数字化控制系统。
目前以微控器为核心的数字化控制系统是发展趋势 ,所以逆变器中采用SVPWM 应是优先的选择。
对称电压三相正弦相电压的瞬时值可以表示为：
a m
b m
c m cos 2cos()32cos()3u U t u U t u U t ωωπωπ⎧
⎪=⎪
⎪
=-⎨⎪
⎪
=+⎪⎩
(2.1) 其中U m 为相电压的幅值 ,ω=2πf 为相电压的角频率。
图2.1为三相电压的向量图 ,在该平面上形成一个复平面 ,复平面的实轴与A 相电压向量重合 ,虚轴超前实轴 ,分别标识为Re 、Im 。
在这个复平面上 ,定义三相相电压u a 、u b 、u c 合成的电压空间矢量out U 为：
22j j j()332
out
a b c m 2()3
t U u u e u e U e π
ππω--=++= (2.2)
90
图2.1 电压空间矢量
三相电压型逆变器电路原理图如图2所示。
定义开关量a ,b ,c 和a ' ,b ' ,c '表示6个功率开关管的开关状态。
当a ,b 或c 为1时 ,逆变桥的上桥臂开关管开通 ,其下桥臂开关管关断(即a ' ,b '或c '为0)；反之 ,当a ,b 或c 为0时 ,上桥臂开关管关断而下桥臂开关管开通(即a ' ,b '或c '为1)。
由于同一桥臂上下开关管不能同时导通 ,则上述的逆变器三路逆变桥的组态一共有8种。
对于不同的开关状态组合(abc ) ,可以得到8个基本电压空间矢量。
各矢量为：
22
j j dc
3
3out
2()3
U U a be ce ππ-=++ (2.3)
则相电压V an 、V bn 、V cn ,线电压V ab 、V bc 、V ca 以及out ()U abc 的值如下表2.1所示（其中U dc 为直流母线电压）。
图2.2 三相电压型逆变器原理图 表2.1 开关组态与电压的关系
可以看出 ,在8种组合电压空间矢量中 ,有2个零电压空间矢量 ,6个非零电压空间矢量。
将8种组合的基本空间电压矢量映射至图1所示的复平面 ,即可以得到如图3所示的电压空间矢量图。
它们将复平面分成了6个区 ,称之为扇区。
α
60(110)
U 0(100)
U 120(010)
U 180(011)
U 240(001)
U 300(101)
U Ⅴ
图2.3 电压空间矢量与对应的（abc ）示意图。