三电平逆变器SVPWM仿真
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逆变器仿真原理及介绍
I. INTRODUCTION
T HREE-LEVEL insulated-gate-bipolar-transistor (IGBT)or gate-turn-off-thyristor (GTO)-based voltage-fed converters have recently become popular for multimegawatt drive applications because of easy voltage sharing of devices and superior harmonic quality at the output compared to
J. O. P. Pinto was with the Department of Electrical Engineering, The University of Tennessee, Knoxville, TN 37996-2100 USA. He is now with the Universidade Federal do Mato Grosso do Sul, Campo Grande, MS 79070-900 Brazil (e-mail: jpinto@).
Subrata K. Mondal, Member, IEEE, João O. P. Pinto, Student Member, IEEE, and Bimal K. Bose, Life Fellow, IEEE
Abstract—A neural-network-based implementation of space-vector modulation (SVM) of a three-level voltage-fed inverter is proposed in this paper that fully covers the linear undermodulation region. A neural network has the advantage of very fast implementation of an SVM algorithm, particularly when a dedicated application-specific IC chip is used instead of a digital signal processor (DSP). A three-level inverter has a large number of switching states compared to a two-level inverter and, therefore, the SVM algorithm to be implemented in a neural network is considerably more complex. In the proposed scheme, a three-layer feedforward neural network receives the command voltage and angle information at the input and generates symmetrical pulsewidth modulation waves for the three phases with the help of a single timer and simple logic circuits. The artificial-neural-network (ANN)-based modulator distributes switching states such that neutral-point voltage is balanced in an open-loop manner. The frequency and voltage can be varied from zero to full value in the whole undermodulation range. A simulated DSP-based modulator generates the data which are used to train the network by a backpropagation algorithm in the MATLAB Neural Network Toolbox. The performance of an open-loop volts/Hz speed-controlled induction motor drive has been evaluated with the ANN-based modulator and compared with that of a conventional DSP-based modulator, and shows excellent performance. The modulator can be easily applied to a vector-controlled drive, and its performance can be extended to the overmodulation region.
(整理)三电平逆变器的SVPWM控制与MATLAB仿真研究.
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。
SVPWM算法控制三电平逆变器仿真
田玉超 ,刘 勇 ,丛 望
(哈尔滨工程大学 自动化学院 ,黑龙江 哈尔滨 150001)
摘 要 :三电平逆变器是目前电力电子与电力传动学科研究的热点之一 ,但其控制算法也要比传统的两电 平逆变器复杂得多 ,一般采用便于数字实现的空间矢量脉宽调制 ( SV PWM) 的方法来控制. 介绍了 SV PWM 算 法控制三电平逆变器的实现方法和具体步骤 ,最后给出了用 MA TLAB/ Simulink 仿真的结果 ,表明了三电平逆 变器的优点 ,同时对于深入理解算法原理和控制过程也具有一定的参考价值. 关 键 词 :SV PWM ;三电平 ;MA TLAB 中图分类号 : TM464 文献标识码 :A
(a) 输入参考电压 Ua
(b) 输出线电压 U uv
(c) 相对于直流端中点的相电压 U u
(d) 相对于负载中点的相电压 U u0 图 4 仿真结果
3 结 论
从仿真结果可以看出 ,三电平逆变器主要的 特点是由多个电平台阶合成的输出电压正弦波 形 ,这样在相同开关频率条件下 ,与传统的二电平 逆变器相比 ,谐波含量大为减少. 利用 MA TLAB/ Simulink 工具可以方便 、直观地实现这些算法步 骤 ,并可在此基础上对 SV PWM 控制算法和三电 平逆变器的特性进行深入的研究.
Tb = 2 K Ts sinθ Tc = 2 K Ts sin (π/ 3 - θ) - Ts
表中 : K 为调制比 , K = 2 Vref , Ts 为采样周期. 3 V dc
1. 6 作用时间分段 将每个 Ts 分成 7 段 ,使每个区域内的 3 种矢
量循环作用的时间分别为 Ta 、Tb 、Tc 、Ta 、Tb 、 42222
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。
根据SVPWM三相并网逆变器仿真报告
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。
三相SPWM逆变器仿真报告
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.docx
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。
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三电平逆变器SVPWM仿真
三电平逆变器拓扑有多种，主要有二极管钳位式、飞跨电容式、级联等。
主要分析二极管钳位式三电平逆变器的原理并进行SVPWM控制仿真。
一、三电平逆变器原理
二极管钳位式三电平逆变器基本拓扑
以A相为例，当s1、s2导通，s3、s4关断，输出端电压为Udc/2；
当s1、s4关断，s2、s3导通时，输出端电压为0；
当s1、s2关断，s3、s4导通时，输出端电压为-Udc/2；
三电平逆变器每相有三个工作状态，分别是1（Udc/2），0（0），-1（-Udc/2），仿照两电平可以定义Sx=1、0、-1，就可以类似得到三电平的矢量表达式：
由于三电平每相桥臂都有三个输出状态，所以共有27个矢量，其组合方式如矢量图所示：
二、三电平逆变器仿真
由两电平SVPWM原理推导三电平SVPWM原理，仍然要分为三步：（1）区域判断，判断出合成矢量的三个基本矢量
（2）时间计算，也就是每个矢量的作用时间即占空比
（3）时间状态分配，将矢量状态转换到时间状态，及桥臂的开关状态仿真原理图
SVPWM控制框图：
桥臂输出端线电压及相电压波形。