三电平逆变器SVPWM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。
NPC三电平逆变器SVPWM的研究
当 三 相 正 弦 电压 加 在 交流 电机 的三 个 绕 组 上 时 ， 电机 磁链 在
ｃ【．Ｂ坐 标系 呈现 圆形 的运动 轨迹 。我 们 定义 空 间 电压 矢 量 ：
ｕ＝ ２／３（ｕ ＋ ｂ＋口 ）
（１）
式 中ａ＝Ｏｚ Ｕ。、Ｕ 、Ｕ 是 三相 交流 电。三 电平 电路 一个桥 臂 只
表 １基 本 矢 量 作 用 时 间
区间 号
Ａ
Ｂ Ｃ Ｄ
作用矢量
、 Ｄ、 。
、 、
作 用 时 间
Ｔｏ＝［卜２ｍｓｉｎ（Ⅱ／３＋０）ＩＴ Ｔｔｏ＝２ｍＴ ｓｉｎ（Ⅱ／３—０）
。
Ｔ ＝２ｍ１ Ｓｉｎ ０
Ｔ ０ （１ ２ｍｓｉｎ ０）Ｔ Ｔ２ｏ＝［１—２ｍｓｉｎ（Ⅱ／３—０）ＩＴ Ｔ ＝［２ｍｓｉｎ（Ⅱ／３＋０） １１Ｔ
图 １ ＮＰＣ型 三 电 平 逆 变 器 主 电路
图 １是 典型 的ＮＰＣ三 电平逆 变器 的拓扑 结构 ，ｖ 为直流 电源 ，直
流 侧有ｃ１、ｃ２两个容量 相等的 电容 ，每个 电容 分得的 电压 是Ｖ ／２；每
个 桥臂 由４个ＩＧＢＴ、两个 嵌位二极 管、４个续 流二 极管 组成 。
根 据 桥 臂 上 开 关 的三 种 导通 状 体 ，每 个 桥 臂 可 以输 出 三种 电
９０￣ 坐标 系ＴＳＶＰＷ Ｍ算 法的 仿 真 实验 ，并给 出了仿真 结 果。 【关键词 】ＳＶＰＷＭ；三电平逆变器；仿真
０ 引言
早 在２０世 纪 ８Ｏ年代 ，德 国 的Ｈ．Ｗｖａｎｄｅｒ Ｂｒｏｅｃｋ教授 等 就 已经 提 出 了 电压 空 间矢 量脉 宽 调 制策 略 ［１］。 随着 电力 电子 器件 的 发展 ， ＳＶＰＷＭ 算法 以 电压率 利 用 高 （通 常 比ＳＰｗＭ 高 １５％左 右 ）、极 易 数 字化 等优 点 ，被 广 泛 的应用 到 三 电平逆 变 器上 。三 电平逆 变器 的 空 间矢 量有 ２７个 ，合 成某 个 空间 矢量 的选 择 性很 多 ，设 计高 效 、简 单 的调 制方 法成 为 ＳＶＰＷＭ算法 的 研 究热 点盼 。
(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。
NPC三电平逆变器VSVPWM的研究
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。
60°坐标系下三电平SVPWM算法和中点电压控制研究
60°坐标系下三电平SVPWM算法和中点电压控制研究郜亚秋;肖鹏;张建;赵宇【摘要】The traditional space vector modulation algorithm using on N PC (neutral point clamped) three level inverter need a large number of trigonometric function calculations and sector judgment, and higher demands on the processor. For these problems, space vector pulse width modulation method (SVPWM) is applied on 60° coordinate system, this method can save a large number of trigonometric function calculations in traditional algorithm and the control resources of processors. Aiming atthe unbalance problems of neutral point voltage on three-level, the power balance algorithm is used. The simulation and experiments verify that this method has good inhibitory effect on neutral point voltage unbalance.%中点箝位式三电平逆变器采用传统空间矢量调制算法时，需要进行大量的三角函数运算和扇区判断，对处理器的要求较高，针对传统空间矢量控制算法计算量较大的问题，采用基于60°坐标系的空间矢量脉宽调制方法，此方法可以省去传统算法中的大量三角函数运算，节省了处理器的控制资源。
基于svpwm的三电平逆变器控制策略研究
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。
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。
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