逆变电源的几种控制算法
SVPWM的原理和法则推导和控制算法详细讲解

SVPWM的原理和法则推导和控制算法详细讲解SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)是一种三相不对称多电平PWM调制技术。
其原理是将三相电压转换为空间矢量信号,通过调制的方式控制逆变器输出电压,以实现对三相电机的控制。
下面将详细介绍SVPWM的原理、法则推导以及控制算法。
一、原理:SVPWM的原理在于将三相电压分解为两相,即垂直于矢量且相互垂直的两个分量,直流坐标分量和交流坐标分量。
其中,直流坐标分量用于产生直流电压,交流坐标分量用于产生交流电压。
通过对直流和交流坐标的调制,可以生成所需的输出电压。
二、法则推导:1.将三相电压写成直流坐标系下的矢量形式:V_dc = V_d - 0.5 * V_a - 0.5 * V_bV_ac = sqrt(3) * (0.5 * V_a - 0.5 * V_b)2. 空间矢量信号通过电源电压和载波进行调制来生成输出电压。
其中,电源电压表示为空间矢量V。
根据配比原则,V_dc和V_ac分别表示空间矢量V沿直流和交流坐标的分量。
V = V_dc + V_ac3.根据法则推导,导出SVPWM的输出电压:V_u = 1/3 * (2 * V_dc + V_ac)V_v = 1/3 * (-V_dc + V_ac)V_w = 1/3 * (-V_dc - V_ac)三、控制算法:1. 设定目标矢量Vs,将其转换为直流坐标系分量V_dc和交流坐标系分量V_ac。
2.计算空间矢量的模长:V_m = sqrt(V_dc^2 + V_ac^2)3.计算空间矢量与各相电压矢量之间的夹角θ:θ = arctan(V_ac / V_dc)4.计算换向周期T和换相周期T1:T=(2*π*N)/ω_eT1=T/6其中,N为极对数,ω_e为电机的角速度。
5.根据目标矢量和夹角θ,确定目标矢量对应的扇区。
6.根据目标矢量和目标矢量对应的扇区,计算SVPWM的换相角度β和占空比:β=(2*π*N*θ)/3D_u = (V_m * cos(β) / V_dc) + 0.5D_v = (V_m * cos(β - (2 * π / 3)) / V_dc) + 0.5D_w=1-D_u-D_v以上步骤即为SVPWM的控制算法。
(完整)SVPWM的原理及法则推导和控制算法详解第五修改版

一直以来对SVPWM 原理和实现方法困惑颇多,无奈现有资料或是模糊不清,或是错误百出。
经查阅众多书籍论文,长期积累总结,去伪存真,总算对其略窥门径。
未敢私藏,故公之于众。
其中难免有误,请大家指正,谢谢!空间电压矢量调制 SVPWM 技术SVPWM 是近年发展的一种比较新颖的控制方法,是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波,能够使输出电流波形尽 可能接近于理想的正弦波形。
空间电压矢量PWM 与传统的正弦PWM 不同,它是从三相输出电压的整体效果出发,着眼于如何使电机获得理想圆形磁链轨迹。
SVPWM 技术与SPWM 相比较,绕组电流波形的谐波成分小,使得电机转矩脉动降低,旋转磁场更逼近圆形,而且使直流母线电压的利用率有了很大提高,且更易于实现数字化。
下面将对该算法进行详细分析阐述。
SVPWM 基本原理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在一个采样周期内分多次施加,从而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,通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通圆,并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态,从而形成PWM 波形。
逆变电路如图 2-8 示.设直流母线侧电压为dc U ,逆变器输出的三相相电压为AO U 、BO U 、CO U ,其分别加在空间上互差120°的三相平面静止坐标系上,可以定义三个电压空间矢量AO u 、BO u 、CO u ,它们的方向始终在各相的轴线上,而大小则随时间按正弦规律做变化,时间相位互差120°。
假设m U 为相电压基波峰值,f 为电源频率,则有:(23)(23)(23)(23)()cos ()2()cos(2[]2()cos(23)[]2j tj t m AO m j t j t m BO m j t j t m CO m U U t U t e e UU t U t e e U U t U t e e ωωωπωπωπωπωωπωπ----+-+==+=-=+=+=+ (1-1) 在三相静止坐标系下,0232()() ()=()()()j AO AO j BO BO j CO CO t U t e t U t e t U t eππ-==u u u三相电压空间矢量相加的合成空间矢量s ()t u 为02323s (2(23)2(2(23)23(23)(2()()()()()()()()[]22[]2[]232j j j AO BO CO AO BO CO j t j t j t j t j m m j t j t j m j t j t j t j t j t j t m m t t t t U t e U t e U t e U U e e e e e U e e e U e e e e e e U e ππωωωπωππωπωππωωωωπωωπ-----+-+---+--=++=++=+++++=+++++=u u u u j tω在αβ坐标系下(此处用到的clark 变换或称3/2变换为等幅值变换), α轴和β轴合成适量的分量如下,11cos 1cos 222cos(23)sin 3cos(23)022m r m m r m U t u t U t U u t U t αβωωωπωωπ⎡⎤⎡⎤--⎢⎥⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢=-=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎣⎦⎣⎦⎢⎥+-⎣⎦⎢⎣⎦此坐标系下,三相电压空间矢量相加的合成空间矢量s ()t u 为s ()j t m t U e ω=u (1-2)在αβ坐标系下(此处用到的clark 变换或称3/2变换为等功率变换)11cos 1222cos(23)333cos(23)022cos 3sin 2m r m r m m U t u U t u U t t U t αβωωπωπωω⎡⎤⎡⎤--⎢⎥⎡⎤⎢⎥⎢⎥=-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥+-⎣⎦⎢⎥⎣⎦⎡⎤=⎢⎥⎣⎦此坐标系下,三相电压空间矢量相加的合成空间矢量s ()t u 为s 3()2j tm t U e ω=u (1-3) 可见s ()t u 是一个旋转的空间矢量,且以角频率ω=2πf 按逆时针方向匀速旋转的空间矢量,而空间矢量s ()t u 在三相坐标轴(a,b ,c )上的投影就是对称的三相正弦量.图 1—1 逆变电路由于逆变器三相桥臂共有6个开关管,为了研究各相上下桥臂不同开关组合时逆变器输出的空间电压矢量,特定义开关函数Sx (x=a 、b 、c) 为:⎩⎨⎧=下桥臂导通上桥臂导通01x S (1—4) (Sa 、Sb 、Sc )的全部可能组合共有八个,包括6个非零矢量 Ul(001)、U2(010)、U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)、和两个零矢量 U0(000)、U7(111),下面以其中一种开关组合为例分析,假设Sx(x=a 、b 、c )=(100),此时矢矢U4矢100矢⎪⎩⎪⎨⎧=++=-=--===0,,0,cN bN aNc d cN aN dc bN aN dc ca bc dc ab U U U U U U U U U U U U U U (1-5) 求解上述方程可得:Uan=2Ud/3、UbN=-Ud/3、UcN=-Ud/3。
三电平逆变器调制方法

三电平逆变器调制方法1. 三电平逆变器调制方法是指一种将直流电能转换为交流电能的电子器件,它通过控制电路中的开关器件,将直流电源的电压转换为三个不同电平的交流电压。
2. 最常用的三电平逆变器调制方法是基于脉宽调制技术,其中包括两种主要调制方法:三角波脉宽调制(SPWM)和正弦波脉宽调制(SPWM)。
3. 在三角波脉宽调制方法中,参考电压信号通常是一个三角波形,它与待生成的交流电压进行比较,根据比较结果控制开关器件的通断情况,实现不同电平的输出电压。
4. 正弦波脉宽调制方法是基于生成与期望输出正弦波形相匹配的脉冲信号。
通常,通过选择适当的参数,如调制指数、频率等,来调整输出波形的质量。
5. 在三电平逆变器调制方法中,不同的开关状态会导致不同的输出电压水平。
在三电平逆变器中,有三种基本的开关状态:1) 上平态:正负中性电平之间的状态,2) 下平态:负中性和零中性之间的状态,3) 零平态:正中性和零中性之间的状态。
6. 三电平逆变器调制方法的目标是尽可能减小输出电压的谐波含量,以保证输出波形更接近理想的正弦波形。
7. 三电平逆变器调制方法可以采用单极性或双极性开关器件,具体选择取决于应用需求和性能要求。
8. 在三电平逆变器调制方法中,通常需要使用相应的控制算法来实现输出电压的精确控制。
9. 调制方法的选择取决于应用要求。
在某些高性能应用中,正弦波脉宽调制可能更适合,而在一些低成本应用中,三角波脉宽调制可能更为常见。
10. 在三电平逆变器调制方法中,需要注意的一个重要问题是开关器件的导通和关断损耗,以及这些损耗对转换效率的影响。
11. 在三电平逆变器调制方法中,常用的控制策略包括基于传统 PI 控制器、神经网络控制器、模糊逻辑控制器等。
12. 对于带有恒定负载的应用,三电平逆变器调制方法通常可以提供更稳定和高效的输出。
13. 对于带有非线性负载的应用,三电平逆变器调制方法可以降低输出谐波含量,减小对负载的干扰。
逆变器 数学模型

逆变器数学模型
逆变器是一种电子设备,用于将直流电(DC)转换为交流电(AC)。
它通常用于太阳能电池板系统或其他直流电源系统中,可以将直流电转换为适用于电网或其他交流电设备的交流电。
逆变器的数学模型可以用如下方程表示:
V_out(t) = V_dc×sin(ωt + φ)
其中:
- V_out(t) 是逆变器输出的交流电压;
- V_dc 是逆变器的输入直流电压;
- ω是角频率,用于控制输出交流电的频率,通常为2πf,其中 f 是所需的输出频率;
- t 是时间;
- φ是相位偏移,用于控制交流波形的相位。
逆变器的数学模型可以根据不同的控制策略和拓扑结构进行扩展和改进。
实际上,逆变器的数学模型通常是复杂的非线性系统,需要考虑到电路元件的特性、控制器的工作方式以及电力电子器件的非理想性。
因此,具体的数学模型会因逆变器的类型和设计而有所不同。
在实际应用中,逆变器的数学模型常用于仿真和控制算法的设计。
通过建立准确的数学模型,可以更好地理解逆变器的工作原理,优化系统的性能,并进行模拟和实验验证。
逆变器控制算法

摘要:阐述了一种小功率光伏并网逆变器的控制系统。
该光伏并网逆变器由DC/DC变换器与DC/AC变换器两部分组成,其中DC/DC变换器采用芯片SG3525来控制,DC/AC变换器采用数字信号处理器TMS320F240来控制。
由于DSP实时处理能力极强,采用合适的算法能确保逆变电源的输出功率因数非常接近1,输出电流为正弦波形。
该控制方案已经在实验室得到验证。
1 引言21世纪,人类将面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战。
在有限资源和保护环境的双重制约下能源问题将更加突出,这主要体现在:①能源短缺;②环境污染;③温室效应。
因此,人类在解决能源问题,实现可持续发展时,只能依靠科技进步,大规模地开发利用可再生洁净能源。
太阳能具有储量大、普遍存在、利用经济、清洁环保等优点,因此太阳能的利用越来越受到人们的广泛重视,成为理想的替代能源。
文中阐述的功率为200W太阳能光伏并网逆变器,将太阳能电池板产生的直流电直接转换为220V/50Hz的工频正弦交流电输出至电网。
2 系统工作原理及其控制方案2.1 光伏并网逆变器电路原理太阳能光伏并网逆变器的主电路原理图如图1所示。
在本系统中,太阳能电池板输出的额定电压为62V的直流电,通过DC/DC变换器被转换为400V直流电,接着经过DC/AC 逆变后就得到220V/50Hz的交流电。
系统保证并网逆变器输出的220V/50Hz正弦电流与电网的相电压同步。
图1 电路原理框图2.2 系统控制方案图2为光伏并网逆变器的主电路拓扑图,此系统由前级的DC/DC变换器和后级的DC/AC逆变器组成。
DC/DC变换器的逆变电路可选择的型式有半桥式、全桥式、推挽式。
考虑到输入电压较低,如采用半桥式则开关管电流变大,而采用全桥式则控制复杂、开关管功耗增大,因此这里采用推挽式电路。
DC/DC变换器由推挽逆变电路、高频变压器、整流电路和滤波电感构成,它将太阳能电池板输出的62V的直流电压转换成400V的直流电压。
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。
太阳能光伏逆变器控制策略

太阳能光伏逆变器控制策略太阳能光伏逆变器控制策略是指控制逆变器输出电压和频率以实现太阳能光伏发电系统的最大功率跟踪和电网连接。
逆变器控制策略的好坏直接影响着光伏电站的发电效率和发电质量,因此设计一种高效可靠的控制策略对于太阳能光伏逆变器的运行非常重要。
传统的太阳能光伏逆变器控制策略主要包括脉宽调制(PWM)和最大功率点跟踪 (MPPT)。
PWM控制策略通过调节逆变器的开关器件,将直流输入电压转换为交流输出电压,使其接近于正弦波。
这种控制策略具有简单可靠的特点,但是其输出电压和频率固定,无法适应光伏发电系统输出功率的变化。
而MPPT控制策略通过不断调整逆变器的工作状态,使其输出功率达到最大值。
这种控制策略可以有效提高光伏电站的发电效率,但是在运行过程中会产生大量的功耗,降低了系统的实际发电量。
针对以上存在的问题,近年来提出了一些新的太阳能光伏逆变器控制策略。
一种是基于直接功率控制 (DPC) 的策略。
这种策略通过对逆变器直接进行功率控制,实现了在变化的光照条件下发电功率的跟踪。
DPC控制策略可以大大减小系统的功耗,提高光伏电站的发电效率。
但是由于其控制器的复杂性和高成本,目前还没有得到广泛应用。
还有一些基于模型预测控制 (MPC) 和神经网络控制 (NNC) 的策略。
这些策略通过建立系统的数学模型或者利用神经网络模型来预测光伏电站的输出功率,然后采取相应的控制措施。
这种控制策略具有较高的鲁棒性和适应性,但是需要较高的计算资源和较长的响应时间。
太阳能光伏逆变器控制策略是太阳能光伏发电系统中非常重要的一环。
针对不同的应用场景和要求,可以选择不同的控制策略来实现最佳的发电效果。
但是需要注意的是,在实际的应用中,控制策略的选择应综合考虑电网连接要求、发电效率和成本等因素,以实现最佳的控制效果。
单片机逆变器程序

单片机逆变器程序标题:单片机逆变器程序简介:单片机逆变器是一种常见的电力转换装置,它能将直流电能转换为交流电能,广泛应用于太阳能系统、风力发电系统和电动车等领域。
本文将介绍单片机逆变器程序的设计和实现。
文章正文:一、逆变器原理概述逆变器的主要功能是将直流电源转换为交流电源。
其工作原理是通过控制电子开关管的导通和断开,改变电流流向和大小,从而实现直流到交流的转换。
常见的逆变器有PWM逆变器、SPWM逆变器和SVPWM逆变器等。
二、单片机逆变器程序设计单片机逆变器的程序设计主要包括以下几个方面:1. 硬件初始化:首先,需要对单片机的相关外设进行初始化设置,包括配置IO 口、定时器、ADC等模块。
通过这些硬件初始化,可以确保程序正常运行。
2. ADC采样:在逆变器中,通常需要对输入电流、输出电压等进行采样。
通过ADC模块对电压和电流进行采样,可以获取准确的采样值,并用于后续的控制算法。
3. 控制算法:逆变器的控制算法通常采用闭环控制,常见的控制方法有PI控制、模型预测控制等。
通过测量输入输出电流和电压的差异,计算控制信号,控制开关管的导通和断开,以实现电流、电压稳定。
4. PWM输出:逆变器的核心部分是通过高频的PWM信号控制开关管的导通和断开。
通过调整PWM波形的频率和占空比,可以实现输出电压的控制。
在程序中,需要设置PWM输出的频率和占空比,并通过IO口控制开关管的状态。
5. 保护机制:逆变器运行时可能面临过流、过压、温度过高等风险。
为了保护逆变器和相关设备的安全运行,需要在程序中添加相关保护机制,如过流保护、过压保护、短路保护等。
6. 调试和优化:在程序编写完成后,需要对逆变器进行调试和优化。
通过观察输出波形和测量电流、电压等参数,可以优化控制算法和PWM参数,使逆变器的性能更加稳定和高效。
总结:单片机逆变器程序的设计和实现需要考虑硬件初始化、ADC采样、控制算法、PWM输出、保护机制等方面。
通过合理的程序设计和优化,可以实现逆变器的稳定工作和高效转换。
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一. 逆变电源的几种控制算法
逆变电源广泛运用于各类:电力、通讯、工业设备、卫星通信设备、军用车载、医疗救护车、警车、船舶、太阳能及风能发电领域。
在电路中将直流电转换为交流电的过程称之为逆变,这种转换通常通过逆变电源来实现。
这就涉及到在逆变过程中的控制算法问题。
只有掌握了逆变电源的控制算法,才能真正意义上的掌握逆变电源的原理和运行方式,从而方便设计。
在本篇文章当中,将对逆变电源的控制算法进行总结,帮助大家进一步掌握逆变电源的相关知识。
1.1.逆变电源的算法主要有以下几种。
1.1.1.数字PID控制
PID控制是一种具有几十年应用经验的控制算法,控制算法简单,参数易于整定,设计过程中不过分依赖系统参数,鲁棒性好,可靠性高,是目前应用最广泛、最成熟的一种控制技术。
它在模拟控制正弦波逆变电源系统中已经得到了广泛的应用。
将其数字化以后,它克服了模拟PID控制器的许多不足和缺点,可以方便调整
PID参数,具有很大的灵活性和适应性。
与其它控制方法相比,数字PID具有以下优点:
PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息,控制过程快速、准确、平稳,具有良好的控制效果。
PID控制在设计过程中不过分依赖系统参数,系统参数的变化对控制效果影响很小,控制的适应性好,具有较强的鲁棒性。
PID算法简单明了,便于单片机或DSP实现。
采用数字PID控制算法的局限性有两个方面。
一方面是系统的采样量化误差降低了算法的控制精度;另一方面,采样和计算延时使得被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统,造成PID控制器稳定域减少,增加了设计难度。
1.1.
2.状态反馈控制
状态反馈控制可以任意配置闭环控制系统的极点,实现了逆变电源控制系统极点的优化配置,有利于改善系统输出的动态品质,具有良好的瞬态响应和较低的谐波畸变率。
但在建立逆变器的状态模型时将负载的动态特性考虑在内,因此状态反馈控制只能针对空载和已知的负载进行建模。
由于状态反馈控制对系统模型参数的依赖性很强,使得系统的参数在发生变化时易导致稳态误差的出现和
以及动态特性的改变。
例如对于非线性的整流负载,其控制效果就不是很理想。
1.1.3.重复控制
重复控制是近几年发展起来的一种新型逆变电源控制方案,它可以克服整流型非线性负载引起的输出波形周期性的畸变。
重复控制的思想是假定前一周期出现的基波波形畸变将在下一个周期的同一时间重复出现,控制器根据给定信号和反馈信号的误差来确定所需的校正信号,然后在下一个基波周期的同一时间将此信号叠加到原控制信号上,以消除后面各个周期将出现的重复性畸变。
该控制方法具有良好的稳态输出特性和非常好的鲁棒性,但该方法在控制上具有一个周期的延迟,因而系统的动态响应较差。
自适应重复控制方案,已经成功地应用于逆变器的控制中。
1.1.4.滑模变结构控制
滑模变结构控制利用不连续的开关控制方法来强迫系统的状态变量沿着相平面中某一滑动模态轨迹运动。
该控制方法最大的优点是对参数变化和外部干扰的不敏感性,即强鲁棒性,加上其开关特性,特别适用于电力电子系统的闭环控制。
但滑模变结构控制存在系统稳态效果不佳、理想滑模切换面难于选取、控制效果受采样率的影响等弱点。
如今,逆变电源的滑模变结构控制的研究方兴未
艾,特别滑模变控制和其它智能控制策略相结合所构成的符合控制策略的研究倍受关注。
1.1.5.无差拍控制
无差拍控制是一种基于微机实现的PWM方案,它根据逆变电源系统的状态方程和输出反馈信号来计算逆变器的下一个采样周期的脉冲宽度,80年代末引如到正弦波逆变电源控制系统中。
对于线性系统来说,该控制方法具有很好的稳态特性和快速的动态响应。
其缺点也十分明显:它对系统参数的变化反应灵敏,即鲁棒性较差。
一旦系统参数出现较大波动或系统模型建立不准确时,系统将出现很强的震荡。
为此,在无差拍控制之中引入智能控制是当今的研究热点之一。
1.1.6.智能控制
智能控制技术主要包括模糊控制、神经网络和专家系统,对于高性能的逆变电源系统,模糊控制器有着以下优点:
具有较强的鲁棒性和自适应性,模糊控制器的设计不需要被控对象的精确数学模型。
查找模糊控制表占用处理器的时间很少,因而可以采用较高采样率来补偿模糊规则的偏差。
模糊控制的优势在于,能够根据不同精度的需求开靠近非线性函数,但相对的,其规则树和分档都收到了一定程度的控制。
同事也包含人为控制的因素,所以模糊控制在控制方面的精度仍然有待改善。