基于闭环控制的三相SVPWM逆变器设计
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。
基于Simulink的三相逆变SVPWM的仿真实现(精)
Simulink 是MTALAB 最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
在实际设计之前利用Simulink 进行仿真不仅可以降低设计成本，还能及时发现设计中存在的问题，加以改正。
本文给出了基于Simulink 的SVPWM控制策略仿真的全过程和结果。
1SVPWM 的原理介绍SVPWM ，即空间电压矢量控制法，它的主要思想［1］是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM 波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。
传统的SPWM 方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而空间电压矢量控制法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。
相比于传统的SPWM 法，SVPWM 有如下特点［2］：1）在每个小区间虽有多次开关切换，但每次开关切换只涉及一个器件，所以开关损耗小。
2）利用电压空间矢量直接生成三相PWM 波，计算简单。
3）逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，比一般的SPWM 逆变器输出电压高15％SVPWM 控制的实现［3］通常有以下几步：（1）坐标的变换三相逆变系统有三组桥臂，设a 、b 、c 分别表示三组桥臂的开关状态，上桥臂导通下桥臂关断时其值为1，反之则为0。
那么可以得到三相逆变器输出的相电压和线电压之间的关系如下：V a V b V c 22222222＝V dc 2－1－1－12－1－1－1222a b 22c（1）其中，V dc 为逆变桥直流电压，令U＝[a，b ，c]表示一个矢量，当a 、b 、c 分别取1或者0的时候，该矢量就有8中工作状态，分别为[0，0，0]，[0，0，1]，[0，1，0]，[0，1，1]，[1，0，0]，[1，0，1]，[1，1，0]，[1，1，1]，如果我们用U 0和U 7表示零矢量，就可以得到6个扇区，三相控制可以用一个角速度为W＝2πF 的空间矢量电压U 表示，当U 遍历圆轨迹时，形成三相瞬时输出电压，理论证明，当U 落入某一扇区后，用该扇区两边界矢量和零矢量去合成U 可以得到最佳合成效果。
三相光伏并网逆变器SVPWM电流控制技术研究
１ 引 言 光伏 并 网发 电系 统核心 是三相 电压 型并 网逆变
器， 其控制 系统的设计 直接影 响整个 系统性 能。为获 得 高品质并 网 电流 ， 统一般采 用双 闭环 控制 。 中 系 其
电流 内环 动态性 能直接பைடு நூலகம்影响 电压外 环 的控 制性 能和
稳 定性 ， 系统控 制关键 。 目前 ， 是 电压型逆 变器 的电 流控 制主 要分 为间接控 制和 直接控 制 。研 究 了 固定 开 关频 率空 间矢量 脉 宽调制 （ Ｖ ＷＭ） ＳＰ 电流 控制 ， 与
图 １ 主 电路 拓 扑 结 构
图 ２示 出三相 电网电压矢 量 旋转 角度 ０ 静止 及
０ ｂ ｃ与 同步旋转 ｄ ｇ坐标 系 间的关系 。 ，， ，
计， 并通过提高模数转换器 （ Ｄ ） Ａ Ｃ 采样频率减小控制延时。样机实验表明， 逆变器输 出电流谐波含量低 ， 控制方案具
有 良好 的稳 态和 动 态 性 能 。 关 键词 ： 变 器 ： 网 ： 间矢 量 调 制 ； 相 逆 并 空 锁
中 图分 类 号 ：Ｍ ６ Ｔ ４４ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：００ ｔ０ ２ １ ）４ ０ ０ — ２ １０ 一 ０ Ｘ（０ ００ — ０４ ０
钦
２０ ０ ） ３ ０ ９
摘 要 ： 立 了基 于 空 间 矢量 脉 宽调 制 （Ｖ ＷＭ） 建 ＳＰ 电流 控 制 的三 相 并 网逆 变 器数 学 模 型 ， 出 了 以电 网基 波 频 率 同步 旋 提 转 坐标 系 下 电网 电压 前 馈 和 电 流 比例 积 分 （ １控 制 相 结 合 的三 相 并 网逆 变器 控 制 方 案 。 出 了系 统 的 软 件锁 相 环 设 Ｐ） 给
基于DSPF2407A的三相感应电机SVPWM恒压频比控制
５ 、控制系统的主要硬件结构
图３ 为Ｆ２ ０ ＡＤＳ 控 制之下的小功率异 步 ４７ Ｐ 电机 变调速 系统试验平 台的硬件结构框 图。变
由式 （ ）可以看出，保持Ｖ／ 图１恒压频 ３ ｆ 比控制 恒定 ，则 Ａ就保持恒 定不变 。电Ｊ 频 制曲线率之 的比例关 系如图 １ 所示。
【 陶 然 ， 苏 建 微 三相Ｓ Ｐ ３ 】 Ｖ ＷＭ￣算法研
目 程术 技
基于Ｄ Ｐ ２０Ａ的三相感应 Ｓ Ｆ ４７ 电机Ｓ Ｐ Ｍ Ｖ Ｗ 恒压频比控制
许鹏飞 周孟然 吴宏伟 安徽理工大学电气与信启工程学院 、
。
Ｓ ＷＭ调制技术 使得系统具 有较 高的控制性 ＶＰ
能 ，充分 显示 丁其转矩脉 动小 、噪声低 、电压
利用率高等优点。
０｝ ：介绍了 ｉ 浸 恒压频比 控制技术以及空
静 止坐标 系下 的交流电流 。再通过 按转子磁场
定向旋转变换 ， 等效成同步旋转坐标 系下 的直流
相应 的控 制 系统 软件 流程和 主要 硬件 结构 框 图。
制 ；Ｆ２ ｏ Ａ ４７
然后模仿直 流电动机的控制 方法 ， 求得直 薯嚣 ≮嚣 关键词 恒压频比控制； 空间矢量脉宽调 电流 ， 流电动机的控制量 ，经过相应的坐标反变换 ， 实
作者简介 ： 许鹏飞 （９２ １８ ）男，汉族 ，河南南 阳人 ，在
读硕士，主要研 究方向为 电力传动控制技术。 周孟然 （９５ ）男，汉族 ，博 士、教授 ，研 １６一 究生导师，主要研究方向为智能检测与信息处
理。
电 压
义 。并且 由于 计算单 元采用 Ｄ Ｐ ２ ０ Ａ作为 Ｓ Ｆ ４７
３ 利用Ｆ ４ ７ ２ ０ 实现Ｓ Ｐ 算法 Ｖ ＷＭ 每个Ｆ ４ ７ ２ ０ 的事件管理 器Ｅ Ｖ模块 都具有操 作十分简单的对称空间矢量Ｐ ＷＭ波形产生的内
基于SVPWM电机控制系统中电流环的设计
基于SVPWM电机控制系统中电流环的设计摘要:介绍了SVPWM机理，设计了伺服电机的电流环控制的软硬件方案，对电流环伺服控制策略进行了研究，分析了电流采样原理，并对电机驱动中逆变器的死区补偿问题做了一些探讨，最后详细介绍了电流环中断的软件实现方法。
关键词:空间矢量脉宽调制; 逆变器; 死区补偿 Design of Current Loop for Motors Control System Based on SVPWMSUN Jie , LUAN Zhong-quanAbstract : Introduce the SVPWM, design the software and hardware scheme of current loop in servo motor, study the control strategy, analyze the current sampling, and do some research to keep the force ripple of load motor and compensate death-time in motor inverter. At last, the software realization plan about current loop interruption was focused on. Key words : space vector pulse width modulation (SVPWM) ; inverter ; d ead-time compensation0 引言近十几年来，DSP控制器广泛应用于电机控制中。
TI公司的TMS320F2812 DSP 具有更完备的外围控制接口和更丰富的电机控制外设电路。
它的事件管理器(EV)含有硬件SVPWM产生电路。
产生SVPWM具有硬件结构简单, 控制精度高, 实时性强, 软件编程容易等优点。
二电平和三电平逆变器svpwm调制方法-概述说明以及解释
二电平和三电平逆变器svpwm调制方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分应该对二电平和三电平逆变器svpwm调制方法进行简要介绍，说明其在逆变器领域中的重要性和应用。
可以按照以下方式编写该部分的内容：概述逆变器是一种将直流电能转换为交流电能的装置，广泛应用于电力电子领域。
在逆变器的调制方法中，svpwm是一种常用且有效的调制技术。
根据逆变器的拓扑结构的不同，svpwm调制方法可以分为二电平和三电平两种。
二电平逆变器svpwm调制方法通过对逆变器开关管的控制，使输出波形接近正弦波，并最大化功率输出。
其调制原理是将高频三角波与标准正弦波进行比较，通过控制开关管的导通时间实现输出波形的控制。
二电平逆变器svpwm调制方法具有简单、可靠的特点，在许多应用中得到广泛使用。
相比之下，三电平逆变器svpwm调制方法引入了一个额外的中点电压，可以提供更高的输出电压质量。
其调制原理是将标准正弦波与两个输出电压等级的三角波进行比较，通过控制开关管的导通时间和电平，实现输出波形的更精确控制。
三电平逆变器svpwm调制方法适用于高功率应用和对输出电压质量要求较高的场景。
本文将重点探讨二电平和三电平逆变器svpwm调制方法的调制原理和实现方式，比较其优缺点，并对其应用前景进行展望。
二电平和三电平逆变器svpwm调制方法的研究对提高逆变器效率、降低谐波失真以及满足不同应用需求具有重要意义。
1.2 文章结构文章结构部分的内容应该包括对整篇文章的结构进行概括和简要说明。
可以按照以下方式编写:本文主要围绕着二电平逆变器SVPWM调制方法和三电平逆变器SVPWM调制方法展开讨论。
文章结构如下：第一部分为引言，包括概述、文章结构和目的。
在概述中，将会介绍逆变器的作用和重要性，以及SVPWM调制方法在逆变器中的应用背景。
文章结构将会简要列举本文的章节和主要内容。
目的部分将明确本文旨在比较二电平和三电平逆变器SVPWM调制方法的优劣以及探讨其应用前景。
基于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 (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。
SVPWM算法详解_已标注重点_
SVPWM算法详解_已标注重点_Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM)是一种高性能的PWM调制技术，它通过合理地改变电压矢量的幅值和相位来控制三相逆变器输出电压的波形，从而实现对电机的精确控制。
以下是对SVPWM算法的详细解析，并标注了重点。
1.SVPWM基本原理SVPWM算法的基本原理是通过合理地选择电压矢量的幅值和相位，使得逆变器输出的电压矢量合成后的波形尽可能贴近所需的电压波形。
SVPWM将电压空间矢量分为了七个扇区，每个扇区由两个最近邻的标准矢量和一个零矢量组成。
2.SVPWM算法步骤a.确定电机的转速和电压矢量的大小，计算出所需的矢量角度θm。
b.将θm转换为电流矢量的角度θα和θβ，这需要对θm进行正弦和余弦变换。
c.计算出电流矢量的幅值iα和iβ，这需要通过电流的大小和电机的特性得出。
d.将iα和iβ分解为三个分量：iα_d、iβ_d和i0，其中iα_d 和iβ_d是两个正交轴上的电流分量，i0是零序分量。
e.根据电流分量iα_d、iβ_d和i0，可以计算出空间矢量的幅值和相位。
f.计算出三个最近邻的标准矢量和一个零矢量，这些矢量分别位于不同的扇区。
g.根据所需的电流分量和空间矢量的幅值，可以计算出各个标准矢量的幅值和相位。
h.通过插值计算出最终的电压矢量。
3.SVPWM算法的优点a.SVPWM算法实现了绝对最优的波形质量，可实现较低的失真和较高的电机效率。
b.由于SVPWM算法能够使得电机电流和电压保持正弦波形，因此可以减小电机的损耗和噪音。
c.SVPWM算法具有较高的控制精度和响应速度，可以实现准确的电机控制。
d.SVPWM算法可用于控制各种类型的电机，包括交流电机、直流电机和步进电机等。
4.SVPWM算法的应用a.SVPWM算法广泛应用于各种类型的电机控制系统，包括工业驱动、电力系统、电动汽车等领域。
b.SVPWM算法可以用于电机的速度闭环控制、位置闭环控制和扭矩闭环控制等。
三相逆变电源系统的SVPWM技术研究
同步旋转坐标系下 ， 建立状 态反馈控 制系统 ， 通过合理
选 择反馈增 益矩 阵对多个 反馈状 态变量 进行调 整 ， 同 时对不 同类 型的 三相 负载 作用 下 的情 况进 行 简 要讨 论． 通过仿 真实验 ， 分析逆变器 在该控制策 略的动态 响
分 量等效成 直流 分量 ， 分析 问题 时更 加方 便 ， 三相 逆 变器 的主电路状 态方 程 可转换 为 同步旋转 ｄ ｑ Ｏ坐 标
摘 要 ： 由一 种 三相 逆 变 电 源 的拓 扑 结 构 ， 抽 象 出其 数 学模 型 ， 建 立 了 两 相 同 步 旋 转 坐标 系 下 的 逆 变 系统 状 态模
型． 分 析 了相 关 参 数 的相 互影 响 ， 构 造 出 电感 电流 内环 电 容 电压 外 环 的 双 环 控 制 器 ， 并 结合 Ｓ ＶＰ ＷＭ 技 术 ， 将 其 应
一 ｃ ０ ０ ｏ ｏ ０
自身 的缺 陷 ］ ． 电压空间矢量 脉宽 调制 （ Ｓ Ｖ Ｐ ＷＭ） 技 术口 是 目前 为 止较 为理想 的调制方式． 本 文针对 一种三相 逆变 电 源拓扑结构 ， 利用 Ｓ Ｖ Ｐ ＷＭ 技术推导数学模 型 ， 在两相
图 １ 三 相 逆 变 器 的拓 扑结 构
将 （ １ ） 式 写成矩 阵方 程式 见 （ ２ ） 式． 为 了将交 流
１ ０
应、 精度及谐 波含量等性能指标 ］ ．
１ 三相 Ｓ Ⅵ ＷＭ 逆变 电源 的数学模 型
二布 Ｈ 逆 变 电源 的主 电 路 见 图 ｉ ． 图 １甲 ： ｒ为 逆
ｍ
变装置滤波电感的等效电阻； Ｚ 为负载． 根据基尔
ｊ ，
ｏ
Ｌ
霍 夫 定 律 得 状 态 方 程 为
基于SVPWM的电机控制系统仿真研究
武汉理工大学学报 � � � 信息与管理工程版 V . 28 N .7 J O URNAL O F WUT （ INF O R M � � ATIO N & M ANAG E M E NT E NG INE E RING ） J .2006
文章编号： 100 7- 144X （200 6 ） 0 7- 0 0 91 -0 4
基 于
的 电 机 控 制 系 统 仿 真研 究
罗文辉， 李 璇
（武汉理工大学 自动化学院， 湖北 武汉 43 00 7 0）
� � � � � 摘 要： 在分析 电压空间向量 （ SV P W M ） 的基本原理的基础上， 利用 M 6 . 5 软件建 立了 PM SM 矢量 控制系 统仿真模型。系统采用双闭环控制， 电流采用 P I 控制， 以及速度采用 P ID 控制。仿真结果表明， 采用 SV P W M 供电的 P M SM 变频调速系统有好的动态性能和稳态精度。 关键词： 永磁同 步电动机； SV P W M ； 电机控 制； 系统仿真 中图法分类号： TP 273 文献标识码： A
.
系统设计框图
收稿日期： 2006- 05 -15 . 作者简介： 罗文辉 （ 196 8-） ， 女， 湖北武汉人， 武汉理工大学自动化学院讲师 . 基金项目： 湖北省自然科学基金资助项目 （ 2005 A BA282） .
92
武汉理工大学学 报
Байду номын сангаас信息与管理工程版
20 0 6 年7 月
� 工具 � 箱 � 中 丰 富 的 模 块 库， 建立 式中， 、 分别为 、 轴电感系数； 为定子绕 � � � � 控制系 统仿真模型， � � 系统设计框 图如图 2 组电阻； 、 分别为 、 轴的定子电流； 、 分 � � � � 所示。 里面包含了永磁同步电机的 别为 、 轴的定子电压； 为转子角速度； 为 � � � 仿真和测量模块， 因此无需再对电机的仿真模型 � 转子永磁磁 极与定子绕组 匝连的磁链的幅 值； 进行编程， � 减少了研究时间。 为电机极对数； 为电磁转矩， 为转动部分的转 � � 动惯量； 为机械阻尼系数； 为机械负载转矩； � 为定子角位置。 中的永磁同步电机模块就是基于上述 � � � � � � � � � � � � � � � � � � 数学模型的。仿真过程中， � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 模块和 D 模块往往作为一个整体使用， 它们一起构 成永磁同步电机控制系统的仿真对象。由于和测 量模块相连， 该仿真对象可以观测到很多物理量： � � � � � 线电流 、 、 ；、 轴电流 、 ； 、 轴电压 、 � � � � � � � � ； 转子转速 ； 转子位置角 ； 电磁转矩 。这 � � � �
基于SVPWM技术的三相电压型整流器的控制研究
，
另外两 条矢量 （ ０， （ １由于模 为零 而被 称为零 矢量 。 ０） ０ １） １
扣ｌ ， ０ ２１口 （ｌ 】
２ＳＰ 的基本原理 、Ｖ删
电压 空 间矢 量脉 宽调 制 （ｐ ｃ － ｅ ｔｒ Ｐ ｌ ｅ Ｗ ｄ ｈ ｏｕ ａ Ｓ ａ ｅ Ｖ ｃ ｏ ｕ ｓ ｉｔ Ｍ ｄ ｌ— ｔｏ ， ｉｎ 简称 ｓ Ｐ Ｍ 是 ８ Ｖ ｗ ） Ｏ年代 中期 国外学者在交 流 电机调速 中提出 ， 由磁 通轨迹控制思想发展而来 的， 其物 理概念清晰 ， 算法 简单且适合数字化方 案。 其思路是把互差 １０度作正弦变化的三相 电压看作 由一个在 空间进行 ２ 旋 转 的 矢量 分 解 而 成 。 电 压 空 间矢 量 法 是 从 电动 机 的角 度 出发 ， 眼 于 如 何 使 电机 获 得 恒 定 着 的 圆形 磁 场 ， 正 弦磁 通 。它 以三 相 正 弦 波 电压 供 电时 交 流 电机 的 理 想 圆 即 形磁通轨迹为基准 ， 用逆变器不 同的开关模式产生的实际磁通去逼进基准 磁通 圆， 从而达到较高的控制性能， 使得电机 具有较好的调速性能。 三相半 桥 Ｖ Ｒ拓扑结构如图 １ Ｓ 所示 。
【 关键词】 ＳＰ Ｖ￣Ｉ 电压
整流器
１引言 、 传统的 Ｐｊ 控制技术多用于两电平 电路 的驱动控 制， １４ 『 ］ １ 其主要方 法是正 弦脉 宽调制 （Ｐ Ｍ ， ｓ ｗ ） 调制波 为正弦波， 依靠三角载波 和调制波的 比较得 出 交点实施控制 ， 电压利用率低 ， 其 谐波含量大 。 随着微处理器技术的发展 而 和 多 电平 电路 的 出现 ， 现 出 很 多新 的控 制 方 法 ， 涌 如优 化 Ｐ Ｍ方 式 、 环 电 Ｗ 滞 流 控 制方 式 、 间 电 压 矢 量控 制 方 式 等 等 。 中 ， 间 电 压 矢 量控 制通 过 合 空 其 空 理 地 选择 、 安排 开 关 状 态 的 转 换 顺 序 和通 断 持 续 时 间 ， 变 多个 脉 冲 宽 度 改 调制电压 的波形宽度及其组合 ， 达到较好的控 制。其中，Ｖ Ｗ ＳＰ Ｍ技术具有 电 压利用率高 、 谐波含量 小、 大大改善 了系统的静态和动态性能， 具有结构简 单、 容易实现、 控制精度高等特点。
基于优化的VSVPWM_三电平NPC_逆变器控制策略
第41卷 第3期吉林大学学报(信息科学版)Vol.41 No.32023年5月Journal of Jilin University (Information Science Edition)May 2023文章编号:1671⁃5896(2023)03⁃0417⁃10基于优化的VSVPWM 三电平NPC 逆变器控制策略收稿日期:2022⁃07⁃18基金项目:国家自然科学基金资助项目(51474069)作者简介:付光杰(1962 ),女,吉林通化人,东北石油大学教授,博士生导师,主要从事电力电子技术应用㊁电机调速控制技术和电力系统节能技术等研究,(Tel)86⁃139****0179(E⁃mail)fgjmhw@㊂付光杰,后乐云(东北石油大学电气信息工程学院,黑龙江大庆163318)摘要:针对中点箝位(NPC:Neutral⁃Point⁃Clamped)型三电平逆变器直流侧上下两个电容电压不一致,以及传统的空间矢量脉宽调制(SVPWM:Spatial Vector Pulse Width Modulation)虽然可在一定的调制度范围内解决两个电容电压不一致,但在较大的调制比下中点电位无法维持平衡的问题,在传统SVPWM 和虚拟空间矢量脉宽调制(VSVPWM:Virtual Space Vector Pulse Width Modulation)的基础上优化控制方法㊂该方法依据电流的流向对不同的正㊁负小矢量采用不同大小的平衡因子,同时根据中点电位差值,引入电压调差系数,并在此基础上与无差拍控制相结合㊂该闭环控制策略利用中点电位差值与逆变器三相电流输出值作为反馈量调整输出波形,抑制中点电位㊂仿真结果表明,该方法在三电平逆变器调制度较高时仍然可以维持直流侧中点电位的平衡,证明了控制策略的正确性和有效性㊂关键词:三电平逆变器;中点电位;无差拍控制;调差系数和平衡因子;虚拟空间电压矢量脉宽调制中图分类号:TP301.6;TM464文献标志码:AControl Strategy of Three⁃Level NPCs Inverter Based on Optimized VSVPWMFU Guangjie,HOU Leyun(School of Electrical and Information Engineering,Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China)Abstract :Aiming at the problem of inconsistencies between the voltages of the two capacitors on the DC(Direct Current)side of the midpoint clamping (Neutral⁃Point⁃Clamped)three⁃level inverter and the traditional SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation)can solve the problem of inconsistency of the two capacitor voltages within a certain modulation system,but the midpoint potential cannot be balanced under a large modulation ratio,the control method is optimized on the basis of the traditional SVPWM and VSVPWM (Virtual Space Vector Pulse Width Modulation).The method is based on the flow direction of current,different positive and negative small vectors using different size of balance factor,is in accordance with the midpoint potential difference value,and introduces voltage adjustment coefficient.On this basis,it is combined with the beat⁃free control.This closed⁃loop control strategy adjusts the output waveform by using the midpoint potential difference and the inverter three⁃phase current output value as the feedback to suppress the midpoint potential.Simulationresults show that the proposed method can still maintain the balance of the midpoint potential on the DC side when the three⁃level inverter modulation system is high,which proves the correctness and effectiveness of the control strategy.Key words :three⁃level inverter;midpoint potential;beat free control;adjustment coefficient and balance factor;virtual space vector pulse width modulation(VSVPWM)0 引 言两电平逆变器性能存在器件电压应力大㊁电压变化率大㊁共模干扰比较大㊁谐波含量较高等缺点㊂NPC(Neutral⁃Point⁃Clamped)三电平逆变器相比于前者电压变化率较小,共模干扰也比较小,输出的电压波形与标准的正弦波几乎一致,且波形谐波含量低,因此目前在中高压的场合下和功率较大的环境下普遍采用NPC 三电平逆变器[1⁃3]㊂但NPC 三电平逆变器在实际运行中会因为电路存在非理想因素出现一系列问题,其中中点电压波动和共模电压干扰的问题尤为突出,易造成器件的损坏,影响整个系统的工作㊂针对中点电压波动问题,国外学者基于SVPWM(Spatial Vector Pulse Width Modulation)的方法优化了控制策略,提出了多种改进型SVPWM [4⁃6]㊂付光杰等[7],王春民等[8]和石文启[9]的研究表明,电机控制系统的可靠性与合理正确设计脉宽调制控制系统相关,优化的SVPWM 应用在电机控制方面具有一定的优越性㊂李萍等[10]和张华赢等[11]采用调整基本矢量中的正负小矢量作用时间的策略,仿真结果表明该方法可有效抑制中点电压的波动,但在调制度较高的场合下,不可能在同一位置同时出现正负小矢量作用的情况,影响了该策略对于中点电位不平衡的抑制㊂文献[12⁃18]研究表明,由于电路存在非理想因素,影响了三电平逆变器中点电位的平衡,并研究VSVPWM (Virtual Space Vector Pulse Width Modulation)方法,在全调制度范围内该方法对电容电压不平衡的问题也是有效的㊂笔者提出了一种基于优化的VSVPWM 的中点电位控制策略,该方法根据检测直流侧的中点电流大小和方向,引入平衡因子和电压调差系数,对不同的小矢量设置不同的平衡因子,以增加基本矢量中的正或负小矢量控制中点电位的能力㊂预测控制在电力电子领域具有广泛应用,无差拍控制正是其中的一种[19⁃20]㊂笔者根据检测到的中点电位的偏差,结合无差拍控制与优化空间矢量脉宽调制,提出一种混合控制方法,最后通过仿真对上述混合控制方法进行分析㊂1 NPC 三电平逆变器主电路与传统VSVPWM1.1 NPC 三电平逆变器主电路三电平逆变器主电路的拓扑结构如图1所示㊂图1 三电平NPC 逆变器主拓扑图Fig.1 Main topology diagram of a three⁃level NPC inverter 图2 空间电压矢量图Fig.2 Space voltage vector diagram 图1中a㊁b㊁c 是三相桥臂,其共有12个功率开关管,每相4个㊂以a 相桥臂为例,S a1㊁S a2打开S a3㊁S a4关断,电压为V dc /2,该状态定义为P㊂S a2㊁S a3打开S a1㊁S a4关断,电压为0,该状态定义为O㊂S a3㊁S a4打开S a1㊁S a2关断,电压为-V dc /2,该状态定义为N㊂NPC 三电平逆变器有a㊁b㊁c 3相,每相有3种开关状态对应输出3种电平状态,分别为P㊁O 和N㊂则a㊁b㊁c 3相共有27种开关状态,27个基本空间电压矢量对应了这27种开关状态㊂图2是NPC 三电平逆变器的空间电压矢量图,在αβ坐标系下,矢量图分为814吉林大学学报(信息科学版)第41卷6个大扇区,即大扇区1~6㊂在图2中,将27个基本空间电压矢量依据其幅值的大小,可分为大矢量㊁零矢量㊁中矢量和小矢量4类,其中小矢量又可分为两种,分别为正小矢量和负小矢量㊂以负小矢量POO 进行分析,a 相流过的电流不经过中点,b 相和c 相流过中点的电流分别为i b 和i c ,因此负小矢量POO 作用下流过中点的电流就是b 相和c 相的电流之和即-i a ㊂同理,可得到其余26个基本电压矢量与流过中点电流的对应关系,基本空间矢量对应的中点电流如表1所示㊂表1 基本空间矢量对应的中点电流Tab.1 Midpoint current corresponding to basic space vector零矢量负小矢量正小矢量中矢量大矢量PPP(0)POO(-i a )ONN(i a )PON(i b )PNN(0)OOO(0)OON(-i c )PPO(i c )OPN(i a )PPN(0)NNN(0)OPO(-i b )NON(i b )NPO(i c )NPN(0)NOO(-i a )OPP(i a )NOP(i b )NPP(0)OOP(-i c )NNO(i c )ONP(i a )NNP(0)ONO(-i b )POP(i b )PNO(i c )PNP(0) 由表1可看出,对中点电位无影响的是零矢量和大矢量,其作用时不会有电流流过中点;对中点电位有影响的是小矢量和中矢量,其作用时会有电流流过中点且大小不为零㊂同一对的负小矢量和正小矢量作用形成的电流大小相等,方向相反,不同对的负小矢量和正小矢量作用形成的电流方向相反㊂1.2 传统虚拟空间矢量脉宽调制空间矢量脉宽调制采用7段式分配,对中矢量采用两个小矢量和一个中矢量的组合,同样实现了流过中点的电流为零的目标㊂但在调制度较大时,不能完全保证流过中点的电流为零㊂空间矢量脉宽调制图3 传统NTV 2法的空间矢量图Fig.3 Spatial vector diagram of the traditional NTV 2method 可与其他控制组合构成复合控制,有效控制逆变器的中点电位㊂空间矢量脉宽调制基本原理与虚拟空间矢量脉宽调制原理及各个部分计算基本相同,因此不做过多阐述㊂传统的虚拟空间矢量脉宽调制的原理是重新组合基本矢量中的正负小矢量㊁中矢量㊁零矢量和大矢量,4种矢量按要求组合成一个新矢量,在一个开关周期内在该重组矢量的作用下流过中点的电流为零,从而抑制中点电位的波动㊂改进型虚拟空间矢量(NTV 2:Nearest Three Virtual Vectors)的小扇区划分如图3所示㊂传统的VSVPWM 调制策略中,虚拟矢量的合成为V L 1=V PNN ,V L 2=V PPN ,V M =13(V ONN +V PON +V PPO ),V S 1=12(V ONN +V POO ),V S 2=12(V OON +V PPO ),V Z =V OOO ìîíïïïïïïïïïïïï㊂(1) 在传统虚拟矢量合成方法中,大矢量和小矢量仍为原矢量,而将原来各自边上的两个小矢量合成为一个矢量,这样因流过两个小矢量的电流大小相等而相位相反,流过中点的电流为零㊂该方法实现了流过中点的电流为零的目标,但在实际的电路系统中,三相电流完全对称的情况几乎不存在㊂所以,在一个控制周期内,会有中点电位差偏大的现象存在㊂914第3期付光杰,等:基于优化的VSVPWM 三电平NPC 逆变器控制策略2 优化VSVPWM 与无差拍控制优化的VSVPWM 与无差拍控制形成混合控制策略,可对三电平逆变器中点电位精确控制㊂该闭环控制策略通过中点电位差值与逆变器三相电流输出值作为反馈量调整输出波形,抑制中点电位㊂2.1 无差拍控制预测控制在电力电子领域中有着广泛的应用,无差拍控制正是其中一种,无差拍控制可解决电路控制系统延时问题㊂加入无差拍控制,可预测控制量的变化,减小延时导致的误差,针对本文的电路系统,其输出端的公式如下:v o =W 2LCRi o +Ld i o d t +v N ,(2)其中v o 为输出相电压,v N 为N 点电位,W 为角速度,i o 为电感电流,R 为负载为电阻值,L 为负载为电感值㊂式(2)离散化后,可得:v o (k )=W 2LCRi o (k )+L d i o (k )d t +v N (k ),(3)d i o (k )d t ≈i o (k +1)-i o (k )T s ,(4)其中T s 为采样周期,v ㊁i o ㊁v N 在k 时刻的采样值分别为v o (k )㊁i o (k )㊁v N (k ),i o (k +1)为i o 在k +1时刻的采样值㊂当采样频率较高时,可认为N 点电压不变,则有v N (k +1)≈v N (k )㊂(5) 所以最终有i o (k +1)=T s L [v o (k )-v N (k )]+1-W 2LCRT s æèçöø÷Li o (k ),(6)i o (k +2)=T s L [v o (k +1)-v N (k )]+1-W 2LCRT s æèçöø÷L i o (k +1)㊂(7)2.2 VSVPWM 策略的优化基于上述的传统虚拟空间矢量脉宽调制并不能使中点电流为零,所以对虚拟空间矢量进行重图4 优化的NTV 2法的空间矢量图Fig.4 Optimized NTV 2space vector graph 新构造,以第一大扇区为列,小扇区的划分如图4所示㊂为简化计算,采用g⁃h 坐标系㊂在此基础上引入平衡因子和调差系数,以达到VSVPWM 策略的优化㊂2.2.1 小扇区的划分基于中点电位不平衡时,电流的方向可能从中点流出,又可能从中点流入,为此仅分析给出q >0的情况,而q <0的情况完全相同㊂q 为调差系数㊂2.2.2 调差系数以第1扇区的矢量为例,中点电位平衡时,每个矢量的大小和方向都不会改变,但当中点电位不平衡时,负小矢量POO 变为(1+q )POO,正小矢量ONN 变为(1-q )ONN,因此中点电位不平衡仅影响小矢量大小,不影响其方向㊂中矢量PON 变为(PON-q NON),中点电位不平衡时矢量的大小和方向都会发生变化㊂零矢量和大矢量不受中点电位不平衡的影响㊂调差系数q =V c 1-V c 2V dc ,(8)其中V dc 为直流侧电压,V c 1和V c 2分别为上下电容电压㊂虚拟矢量的重构与合成为024吉林大学学报(信息科学版)第41卷V L 1=V PNN ,V L 2=V PPN ,V M =13(V ONN +V PON +V PPO ),V M 1=13(V PON +V OPN +V PNO ),V S 1=12(V ONN +V POO ),V S 2=12(V OON +V PPO ),V Z =V OOO ìîíïïïïïïïïïïïïïï㊂(9) 在调制度较低时,采用的虚拟中矢量为V M ,而在调制度较高时采用的虚拟中矢量为V M 1㊂2.2.3 平衡因子以第一大扇区第1小扇区为例,当参考矢量落在该区域时,引入平衡因子k ,与作用时间组合平衡中点电位的大小,具体如表2所示㊂表2 开关序列和作用时间优化后的虚拟空间矢量大扇区1被划分为8个小扇区,图4中的6条直线L 1⁃L 6的表达式为L 1:V g -V h =0,L 2:2V g +V h =2,L 3:V g +2V h =2,L 4:V g +V h =2,L 5:V g 1.5M 1-1+V h =M 11.5M 1-1,L 6:1.5(M 2-1)V g +V h =M 2ìîíïïïïïïïïïï,(10)其中M 1=1+kq ,M 2=1-kq ㊂如图4所示,当参考矢量落在第8小扇区时,根据伏秒平衡原理,在一个周期内,参考电压矢量可由3个最近的虚拟矢量在一定的时间内合成的原理进行分析,则有V ref T s =V L 1T L 1+V L 2T L 2+V Z T 0,T L 1+T L 2+T 0=T S {,(11)其中V L 1㊁V L 2㊁V Z 为虚拟矢量,T L 1㊁T L 2㊁T 0为虚拟矢量作用时间,两者一一对应,T s 为采样周期㊂所以电压矢量的作用时间为T 1=T s V g +0.5T s V h -T s ,T 2=0.5T s V g +T s V h -T s ,T 3=3T s -1.5T s V h -1.5T s V g ìîíïïïï㊂(12) 参考式(12)步骤,在第一大扇区中,可得参考矢量在8个小扇区的作用时间,如表3所示,发波顺序如表4所示㊂其余大扇区作用时间及发波顺序,可采用旋转变化得到,不做过多阐述㊂124第3期付光杰,等:基于优化的VSVPWM 三电平NPC 逆变器控制策略表3 大扇区1矢量作用时间Tab.3 Action time of vector in large sector 1小扇区T 1T 2T 31T s V g T s V h T s -T 1-T 22T s (V h -V g )/M 21.5T s V g T s -T 1-T 232T s -2T s V g -2T s V h 3T s V g +3T s V h -3T s T s -T 1-T 242T s -2T s V g -2T s V h 3T s V g +3T s V h -3T sT s -T 1-T 25T s (V g -V h )/M 11.5T s V h T s -T 1-T 26T s V g +2T s V h -2T s /(M 1-2)1.5T s V hT s -T 1-T 272T s -2T s V g -T s V h 1.5T s V g T s -T 1-T 28T s V g +0.5T s V h -T s 0.5T s V g +T s V h -T s T s -T 1-T 2表4 大扇区1开关序列3 仿真分析优化的控制策略原理图如图5所示㊂在Matlab /Simulink 中建立了所提出的优化SVPWM 与VSVPWM 闭环控制策略系统模型㊂仿真所带负载是三相对称的,主要仿真参数的设置如下:L =15mH,R =10Ω,V dc =600V,C 1=C 2=4.7mF,载波频率f s =10kHz,基波频率f =50Hz,设置两个调制度分别为m =0.866,m =0.95㊂图5 闭环控制策略原理图Fig.5 Schematic diagram of closed loop control strategy 调制度为0.866时仿真结果如图6~图9所示㊂图6 传统SVPWM 仿真结果Fig.6 Simulation results of traditional SVPWM 224吉林大学学报(信息科学版)第41卷图7 优化的SVPWM 仿真结果Fig.7 Optimized SVPWM simulation results 从图6a 可看出,采用传统SVPWM 时可输出稳定的线电压,图6b 所示中点的电位波动约为+3~-1V,由图7b 可看出,优化的SVPWM 中点电位的波动约在+1.5~-1.5V,且图7a 表明优化的SVPWM可以输出稳定的线电压㊂图8 传统VSVPWM 仿真结果Fig.8 Simulation results of traditional VSVPWM 从图8a 可看出,采用传统VSVPWM 稳定后可以输出稳定的三相电流,电流幅值大小约为40A㊂图8b 表明此时的中点电位波动在12V 左右,图8c 为相电流快速傅氏变换分析(FFT:Fast Four Transformation),可以看出此时相电流的电流总谐波畸变率(THD:Total Harmonic Distortion)为1.09%㊂ 从图9b 可看出,采用平衡因子㊁调差系数和无差拍控制的VSVPWM 时中点的电位波动在1.5V 左右,图9a 表明采用该方法控制下的VSVPWM 输出稳定的三相电流,幅值约为40A㊂从图9d 可看出采用平衡因子和调差系数的VSVPWM 中点电位波动在-0.2~0.5V 左右,且图9c 表明采用该方法控制下的VSVPWM 输出稳定的三相电流,幅值约为50A㊂图9e 表明采用平衡因子㊁调差系数和无差拍控制时相电流的THD 为2.54%㊂图9f 表明采用平衡因子㊁调差系数时相电流的THD 为0.64%,与图8c 对照可知,相对传统VSVPWM 方法相电流THD 低一些㊂调制度为0.95时,平衡因子和调差系数控制下的中电位差为-2~-4V(见图10a),而平衡因子㊁调差系数和无差拍的中电位差为2.5V 左右(见图10b)㊂324第3期付光杰,等:基于优化的VSVPWM 三电平NPC 逆变器控制策略图9 调制度为0.866时优化控制策略仿真结果Fig.9 Simulation results of optimal control strategy when the regulation system is 0.866图10 调制度为0.95时优化控制策略仿真结果Fig.10 Simulation results of optimal control strategy when the regulation system is 0.95仿真结果表明平衡因子㊁调差系数和无差拍控制方式下与平衡因子和调差系数控制方式下的VSVPWM 都可对中点电位进行有效控制,证明了优化VSVPWM 方法的有效性㊂而在调制度特别高的场合宜采用平衡因子㊁调差系数和无差拍控制三者结合的控制方法㊂4 结 语笔者以三电平逆变器为研究对象,针对传统的SVPWM 和VSVPWM 并不能完全使中点电位平衡问题提出了采用调差系数和平衡因子与无差拍控制结合的方法控制中点电位,该闭环控制策略可通过反馈值即中点电位差值和三相电流实时调整逆变器输出值的大小,从而对逆变器中点电位精确补偿和控制,同时引入g鄄h 坐标系简化了计算㊂通过仿真可知,采用调差系数和平衡因子与无差拍控制结合的方法对解决传统的SVPWM 和VSVPWM 中点电位不平衡的问题是有效和准确的,尤其当调制度较高时,该闭环控制策略的效果更加明显,输出的波形相对于传统算法更加平缓,而且输出波形的畸变率小,器件开关损耗小,因此该策略提升了逆变器的整体性能㊂424吉林大学学报(信息科学版)第41卷参考文献:[1]许春雨,刘梅.三电平逆变器中点电位平衡控制的研究[J].电气传动,2013,43(2):40⁃43.XU C Y,LIU M.Research on Midpoint Potential Balance Control of Three⁃Level Inverter [J].Electric Drive,2013,43(2):40⁃43.[2]范波,谢冬冬,赵伟刚.基于VSVPWM 的三电平中点电位补偿平衡控制[J].电气传动,2014,44(7):38⁃43.FAN B,XIE D D,ZHAO W G.Three⁃Level Midpoint Compensated Balance Control Based on VSVPWM [J].Electric Drive,2014,44(7):38⁃43.[3]CHOI UI⁃MIN,LEE JUNE⁃parative Evaluation of Lifetime of Three⁃Level Inverters in Grid⁃Connected PhotovoltaicSystems [J].Energies,2020,13(5):1227⁃1240.[4]MOHZANI Z,MCGRATH B P,HOLMES D G.A Generalized Natural Balance Model and Balance Booster Filter Design forThree⁃Level Neutral⁃Point⁃Clamped Converters [J].IEEE Transactions on Industry Applications,2015,51(6):4605⁃4613.[5]TAN G,DENG Q,LIU Z.An Optimized SVPWM Strategy for Five⁃Level Active NPC 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SVPWM三相电压型逆变器的仿真研究
ＳＰ Ｖ ＷＭ 三 相 电压 型 逆 变 器 的 仿 真 研 究
闰大新 ，于雁 南 ，姜 华
（ 黑龙 江科 技 学 院 电气 与 信 息 工 程 学 院 ， 龙 江 哈 尔 滨 黑 １０ ２ ） ５０ ７
摘
要 ：以 三相 电压 型 逆 变 器 为 基 础 ， 据 空 间 矢 量 脉 宽 调 制 （ Ｖ ＷＭ） 本 原 理 详 细 分 析 研 究 了 电压 矢 量 作 用 时 根 ＳＰ 基
配不 当， 间矢量 调制 产生 的将 不是 正 弦波 ， 空 如
果 在 实 现 数 字 化 控 制 之 前 ， 用 仿 真 处 理 方 法 对 采 ＳＰ Ｖ ＷＭ 控 制 规 律 进 行 仿 真 ， 为 数 字 控 制 器 的 可
实现提供参考。 在相 关 资 料 介 绍 中 ＳＰ Ｖ ＷＭ 一 般 采 用
闫大 新 ， ：Ｖ ＷＭ 三 相 电压 型 逆 变 器 的 仿 真 研 究 等 ＳＰ
５ ７
中 的 Ｍ 文 件 编 程仿 真 ， 仅 算 法 清 晰 ， 便 灵 活 ， 不 方 容 易 找 出 仿 真 中存 在 的 问 题 ， 且 执 行 效 率 高 ， 而
仿 真 中所 编 写 的 大 部 分 程 序 经 过 修 改 后 可 直 接 移植 到数 字 控 制 器 中 ， 高 了 开 发 效 率 。本 文 中 提
作用 时 间 ， ｔ 设 和 ｔ ：为
ｗ
和
的作 用 时 间 ，
为 开 关 周 期 ， 据 图 ３， 相 关 电 压 矢 量 应 根 则
满足：
ｔ ｌ
＝
ｎ
逆 变器 分 为 ８种开 关状 态 ， 由于每 相桥 臂 上 下 两个
开 关 为互 补 ， 以可 用 开 关 Ｓ ， Ｓ 的状 态 描 述 ８ 所 ，Ｓ ， 个 合成 基 本 矢 量 ， 中 ６个 为 非 零 矢 量 ， 值 为 其 幅 ２ Ｄ／ ， Ｖ ３ 相位 依 次 相 差 ６ ℃ ， ０ ２个 为零 矢 量 ， 图 ２ 如 所 示 。逆 变器 开关 状 态按 逆 时针 变换 ， 形 成 的 电 则 压 空 间矢 量轨 迹为 正 六 边 形 ， ６个基 本 电压 空 间矢 量 将平 面 分 成 ６个 扇 区 。在 不 同 扇 区 内合 成 矢 量 的矢 量 不 同 ， 用 时 间 也 不 同 。为 了判 断 ￡ 作 ， 所 在 扇 区 和作 用 时 间 ， 在取 一３坐 标 系 为 基本 坐 ／ 标 系 的 同 时 ， 立 相 差 １０Ｃ的 Ａ Ｂ 坐 标 系 及 建 ２￣ Ｃ
试论基于SVPWM技术的三相变频变幅逆变电源
试论基于SVPWM技术的三相变频变幅逆变电源摘要：在现在国内模拟电源领域，模拟电源仍是一个正在持续发展的阶段，大家在摸索着前进，故模拟电源在使用过程中存在许多问题，本文从空间矢量脉宽调制算法出发，试论一种基于 SVPWM 技术的三相变频变幅逆变电源。
通过对此实验结果的相关测试参数表明，基于 SVPWM 技术的三相变频变幅逆变电源不仅提高了电流的电压，也同时降低了相关器件的损耗。
由此可见，基于SVPWM技术的三相变频变幅逆变电源具有着非常好的发展前景。
关键词：SVPWM技术三相变频变幅逆变电源;引言随着中国经济的发展，更加重视可持续发展，对环境要求越来越高，推崇低碳、绿色、环保。
所以像基于SVPWM技术的三相变频变幅逆变电源这种新兴技术是重点研究对象，因为该技术的广泛运用可以实现更低的能量消耗和更高的使用效率，一旦投入使用，也将实现更高的经济价值。
所以，该技术值得大力投入人力和物力研究。
1、SVPWM技术简介SVPWM是近几年新兴发展的一种电源控制方法，这种电源控制方式主要是由特定的六个不同功率的开关元件组成的逆变器，再由这些功率元件组成独特的开关模式。
这种开关模式产生的调制波，是目前可以正常传输的电流波中最理想的正弦波形。
因为它的矢量PWM与之前研究输出的正弦PWM存在着很大的不同，它的出发点是三相输出电压的整体效果，与传统的SPWM技术相比较，其组成的电流波形和电机转矩脉动都得到了很大的改善，旋转磁场也更加理想化，它很大程度的提高整个直流母线电流电压的使用效率，而且更加容易实现信息化。
同时SVPWM技术可以实现每个小区间的开关每次开关时只需要一个器件，所以可以降低开关的损耗；再者SVPWM技术是利用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算简单。
SVPWM技术使用的逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，比一般的SPWM逆变器输出电压高15%。
2、总体方案SVPWM 主要依据于平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与既定电压矢量相等。
一种三相四桥臂逆变器的新型控制方案
Ａ Ｄｅｗ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ ｆｏｕｒ－ｌｅｇ ｉｎｖｅｒｔｅｒ
Ｓｕｎ Ｌｉｎｇｆａｎｇ，Ｌｉ Ｚｈｉｙｕａｎ，ｊｉ Ｈｕｉｃｈａｏ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｅｌｅｃｔｒ ｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｌｉｎ １３２０１２，Ｃｈｉｎａ）
非 线 性 负 载 条 件 下 输 出 三 相 对 称 电 压 ，其 第 四 桥 臂 直 接 控 制 中 性 点 电 流 ，具 有 控 制 简 单 ，电 压 利 用 率 高 ，无 需 大 容 量 电 容 器 等 优 点 ，日益 受 到 了 人 们 的 青 睐 ［１－３］，逆 变 器 电 路 拓 扑 结 构 如 图 １所 示 。 针 对 传 统 的 正 弦 脉 宽 调 制 （ＳＰＷＭ ）方 案 低 效 率 和 高 电 压 谐 波 等 缺 点 ，本 文 拟 提 出 一 种 ＳＶＰＷＭ 调 制 ［４１和 电 流 滞 环 调 制 ［５１相 结 合 的 新 型 闭 环 控 制 方 案 ，这 种 方 案 完 全 不 同 于 其 他 方 案 ，前 三 桥 臂 采 用 空 间 矢 量 调 制 ，第 四 桥 臂 单 独 采 用 电 流 滞 环 调 制 ；
电 力 电 子 设 备 当 中 ，而 传 统 线 性 负 载 条 件 下 会 产 生 不 平 衡 的 三 相 电 压 。为 了解 决 这 ， 个 问 题 ，许 多 学 者 提 出 了 一 系 列 拓 扑 结 构 ，如 模 块 化 三 相 逆 变 器 、带 中 间 变 压 器 的 三 相 逆 变 器 、分 电 容 逆 变 器 和 三 相 四 桥 臂 逆 变 器 。 其 中 ，三 相 四 桥 臂 逆 变 器 能 够 在
svpwm教学案例
svpwm教学案例在电力电子领域中，Space Vector Pulse Width Modulation （SVPWM）是一种常用的调制技术，用于控制交流电机的电压和电流。
下面是一个关于SVPWM的教学案例，以帮助理解该技术的原理和应用。
案例名称，SVPWM控制三相逆变器驱动交流电机。
案例描述：假设我们有一个三相逆变器，用于驱动一台交流电机。
我们希望通过SVPWM技术来控制逆变器的输出，以实现对电机的精确控制。
案例步骤：1. 确定逆变器参数，首先，我们需要确定逆变器的参数，包括输入电压、输出电压等。
这些参数将决定我们后续的控制策略。
2. 确定电机参数，接下来，我们需要确定被驱动的交流电机的参数，包括额定电压、额定频率、极对数等。
这些参数将用于计算SVPWM的控制参数。
3. 确定SVPWM控制参数，根据逆变器和电机参数，我们可以计算出SVPWM的控制参数，包括电压矢量的大小、角度等。
这些参数将用于生成逆变器的PWM信号。
4. 生成SVPWM信号，根据SVPWM的控制参数，我们可以生成逆变器的PWM信号。
SVPWM技术的核心思想是通过合理的PWM信号控制逆变器的输出电压，使其与期望的电压矢量尽可能接近。
5. 实现闭环控制，为了实现对电机的精确控制，我们需要将SVPWM与反馈控制相结合。
通常，我们会采集电机的转速、电流等反馈信号，并与期望的控制信号进行比较，从而实现闭环控制。
6. 调试和优化，在实际应用中，我们需要进行系统的调试和优化，以确保SVPWM控制能够达到预期的效果。
这可能包括调整控制参数、校准传感器、优化控制算法等。
7. 性能评估，最后，我们需要对SVPWM控制系统进行性能评估。
这可以通过测量电机的转速、电流响应时间、能效等指标来评估系统的性能。
总结：通过这个教学案例，我们可以了解到SVPWM技术在交流电机控制中的应用。
通过合理的控制参数和PWM信号生成，SVPWM可以实现对电机的精确控制，提高系统的效率和性能。
基于SVPWM的永磁同步电机调速系统设计
基于SVPWM的永磁同步电机调速系统设计宋宏帅;王佐勋【摘要】在掌握空间矢量脉宽调制原理（SVPWM）的基础上,建立永磁同步电机（PMSM）的双闭环调速系统,采用电压空间矢量调制获取三相PWM波形的脉冲宽度,进而通过电压源逆变器对电机速度进行调节。
搭建系统仿真模型,分析了基于SVPWM的PMSM调速系统的可行性。
以单片机STM32F103为控制核心进行实验设计,以实验结果来表明该PMSM调速控制系统在实际应用中的有效性。
【期刊名称】《齐鲁工业大学学报：自然科学版》【年(卷),期】2018(032)002【总页数】6页(P27-32)【关键词】空间矢量脉宽调制;永磁同步电机;数学模型;MATLAB仿真【作者】宋宏帅;王佐勋【作者单位】齐鲁工业大学（山东省科学院）电气工程与自动化学院,济南250353;齐鲁工业大学（山东省科学院）电气工程与自动化学院,济南250353;【正文语种】中文【中图分类】TM341随着现科学技术的快速速发展,永磁同步电动机(PMSM)因其具有简单的结构、强大的过载能力、快速的响应速度等优点,已经在伺服领域中占据重要地位。
因此对于PMSM的调速系统的要求也变得越来越高[1]。
SVPWM算法具有快速准确、效率高、易于实现数字化的优点。
因此对基于SVPWM的PMSM调速系统的研究具有重要的意义。
先对SVPWM的知识进行分析总结,然后介绍基于SVPWM的PMSM调速控制系统的实现过程,接着对该PMSM调速系统进行Matlab/Simulink仿真,最后以单片机STM32F103为核心进行实验设计。
仿真和实验结果表明了基于SVPWM的永磁同步电机调速控制系统的有效性,在相关电机调速系统的设计中具有重要的指导意义。
1 空间矢量脉宽调制(SVPWM)空间矢量调制就是根据确定位置的有限个空间矢量组合作用来产生满足任意位置和一定幅值范围需要的空间矢量的过程[2]。
空间矢量调制有两种情况,分别为电压空间矢量调制和电流空间矢量调制[3]。
用于微电网研究的三相逆变器的设计与实现
用于微电网研究的三相逆变器的设计与实现
梁斌;谢家祖;史君;王为
【期刊名称】《天津师范大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2018(038)001
【摘要】基于STM32F103RCT6微控制器设计制作了用于微电网研究的三相逆变器.对主电路的功率开关器件及驱动电路的参数和LC滤波器件进行了分析和选型;采用电压互感器ZMCT101B和电流互感器ZMCT103C买现了三相线电压和电流的采集与变换;使用基于SVPWM驱动控制的PI双闭环控制策略,实现了线电压谐波畸变率为1.44％、效率为87.7％、负载调整率为0.25％的技术指标.实验结果表明本文设计的逆变器效率和性能均较优.
【总页数】5页(P59-63)
【作者】梁斌;谢家祖;史君;王为
【作者单位】天津师范大学电子与通信工程学院,天津300387;天津师范大学电子与通信工程学院,天津300387;天津师范大学电子与通信工程学院,天津300387;天津师范大学电子与通信工程学院,天津300387
【正文语种】中文
【中图分类】TM464
【相关文献】
1.灵敏度分析应用于三相逆变器共模传导干扰研究 [J], 殷克全;肖昌汉;单潮龙
2.一种用于三相逆变器的新型数字单周期区间控制研究 [J], 程林;蒋真;陈新;姬秋
华
3.低压微电网三相逆变器功率耦合下垂控制策略 [J], 彭春华;王立娜;李云丰
4.微电网主控制器的设计与实现:一种IIT微电网实践 [J], Mohammad Shahidehpour;李知艺
5.基于组合三相逆变器的孤岛微电网电压平衡控制策略 [J], 卢绍群;田拥军;钟坤炎因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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湖北民族学院毕业论文（设计）基于闭环控制的三相SVPWM逆变器设计学生姓名：温伟林学号：0306513系别：信息工程学院专业：电气工程及其自动化指导教师：曾仑明评阅教师：论文答辩日期2010.5.29答辩委员会主席杨庆独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
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学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
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（请在以上方框内的“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要本文主要介绍了全数字化基于闭环控制的三相SVPWM逆变器系统的总体设计方案，包括逆变器主电路的设计和逆变器数字控制系统的软硬件设计两大部分。
逆变器主电路的设计包括能抑制输入浪涌电流的整流电路设计、具有无损吸收电路且适用于高开关频率的三相逆变器开关电路设计、变压器设计、LC输出滤波器设计四个部分。
逆变器控制系统在控制策略上采用的是电压型PWM逆变控制，并用TMS320LF2407A芯片及相应的驱动电路和高速数据采集电路等实现全数字化闭环控制。
在进行数字控制系统软件设计时，特别对应用于本系统中的SVPWM控制算法、数字PI算法两种重要的数字信号处理算法作了较为详细的推导和分析，并在算法的基础上给出了控制系统主程序流程图。
文中最后部分对适用于高电压大功率的三电平逆变器作了初步的探讨，并给出了三电平逆变器的Matlab模型和仿真结果。
关键词：逆变器，LC输出滤波器，SVPWM，数字PI算法，数字滤波AbstractThis article mainly introduced based on the DSP entire digitized SVPWM three-phase invertor closed-loop system's overall project design,designs two major parts including the invertor main circuit's design and the invertor numerical control system's software and hardware. The invertor main circuit's design including can the inhibitory input surge current leveling circuit design，have the lossless absorbing circuit，and is suitable for the high turn-on frequency three-phase invertor switching circuit design, the transformer design,the LC output filter designs four parts. What the invertor control system uses in the control policy is the voltage PWM inversion control, and chip and the corresponding driving circuit and the high speed data gathering electric circuit and so on realizes this kind of entire digitization closed-loop control with TI Corporation's TMS320LF2407A. When carries on the numerical control system software design, corresponded specially uses in this system's SVPWM control algorithm，the digital PI algorithm two kind of important digital signal processing algorithm making a more detailed inferential reasoning and the analysis, and has given the control system master routine flow chart and the experimental result in the algorithm foundation. In the article to was suitable partially finally has made the preliminary discussion in the high voltage high efficiency three level invertor, and has given three level invertor's Matlab model and the simulation result. Keywords：Inverter，LC output filter，SVPWM，digital PI algorithm，digital filter目录摘要 (I)ABSTRACT...................................................... I I 目录 .......................................................... I II 1 绪论1.1电力电子开关器件的发展 (1)1.2功率变换技术的发展 (3)1.3本文的主要研究内容 (4)2 三相逆变器主电路设计2.1整流和直流滤波电路 (5)2.2逆变开关电路 (6)2.3变压器的设计 (7)2.4逆变器输出滤波器的设计 (11)3 三相逆变器控制系统的硬件实现3.1三相逆变器控制系统结构 (14)3.2三相逆变器闭环系统的硬件组成 (16)3.3驱动电路 (17)3.4频率检测电路 (19)3.5输出电压检测电路 (20)3.6输出电流检测电路 (21)4三相逆变器控制系统的软件设计4.1SVPWM控制算法 (22)4.2数字PI算法 (32)4.3数字滤波技术 (39)4.4三相逆变器控制系统的主程序设计 (42)5 三电平三相逆变器的仿真研究5.1三电平逆变器主电路 (44)5.2三电平三相逆变器建模 (45)5.3三电平三相逆变器输出特性的仿真分析 (46)6 总结与展望 ................................................ - 48 - 致谢. (49)参考文献 (50)1 绪论在当今工业自动化社会中，电能起着十分重要的作用，人均消耗的电能量已成为衡量一个国家实力的重要指标。
为了高质量，有效地使用电能，生产的总电能中，越来越多的电能必须经过电力电子技术[1]实行能量变换后，再用于民用、工业、军事诸领域的需要。
因为，它在节能减排、节省原材料、改善工作条件、提高产量和降低成本等方面都有着十分显著的成效，所以，电力电子技术无论对改造传统工业（如电力、机械、轻纺等），还是对发展高技术产业（如航天、通信、机器人等）及能源的高效利用均至关重要，从而迅速地发展成为了一个独立的技术、学科领域和当今任何高科术系统中不可缺少的关键技术之一。
它的应用领域几乎遍布国民经济的每一个角落，它已经显示出，对一个国家工业和经济的发展起着重要的作用。
毫无疑问，在这个新世纪里，电力电子技术将成为重要关键技术之一。
近几年来，世界上经济高度发达的国家，尽管其经济总体的增长速度较慢，但这些国家中的电力电子技术的发展[2]仍一直保持着每年增长百分之十几的高速度。
逆变，是对电能进行控制和变换的一种基本形式。
现代逆变技术是包括了现代电力电子开关器件的应用、频率和相位调制技术、现代功率变换技术、数字信号处理技术、PWM技术、数字和模拟电子技术、开关电源技术和控制技术等的一门综合性技术。
逆变技术已被广泛地用于工业、民用或军事领域的各种能量变换系统之中。
1.1 电力电子开关器件的发展从电力电子发展的历史上看，电力电子开关器件对其起着的里程碑式的作用。
每一代新的电力电子开关器件出现，都会带来一场电力电子技术的革命。
因为电力电子开关器件堪称现代电力电子装置的心脏；尽管它的价值一般不会超过整台装置价值的20～35％，但是，它在装置中对总价值以及重量和技术性能却起着关键的作用。
因此，研究新型电力电子器件及其相关新型半导体材料，一直是该领域最为活跃的主要课题之一。
一个理想的功率器件，应当具有以下理想的静态和动态特性：在阻断状态能承受高电压；在导通状态具有低导通压降和高电流密度；在开关状态，转换时具有短的开通和关断时间，能承受高的di/dt和du/dt，并且具有全控功能。
自50年代硅晶闸管问世以后，为达到上述理想目标，功率半导体器件的研究工作者做出了不懈的努力，并已取得了非常显著的成就。
60年代后期，可关断晶闸管GTO实现了门极可关断功能，并使斩波工作频率达到了lkHz以上。
70年代中期，随着高功率晶体管和功率MOSFET的问世，功率器件实现了场控功能，促使高频化成为了可能。
80年代，绝缘门极双极型晶体管IGBT问世，它集合了功率MOSFET和双极型功率晶体管两者的功能。
IGBT的迅速发展，又激励了人们对MOSFET门控晶闸管的研究，它是综合功率MOSFET和晶闸管两者功能的功率器件。
自从硅晶闸管SCR的问世以来，其功率容量已提高了近3000倍。
现在已有很多国家已能够稳定生产8000V/4000A的晶闸管。
其中日本公司已经能够稳定生产8000V/4000A和6000V/6000A的光触发晶闸管LTT。
近十几年来，自关断器件的飞速发展使晶闸管的应用领域有所缩小，但是它在高电压、大电流的特性及在高压直流HVDC、大功率直流电源、静止无功补偿SVC及超大功率和高压变频调速应用方面仍然占有十分重要的地位。