高压大功率三电平逆变器的SPWM数字化技术研究
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。
三相三电平逆变器SVPWM控制研究
作者简介：王璨(1986-)，女，硕士研究生，主要研究方向电力电子.
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船舶机电设备 2011/06
图 1 中点箝位三电平逆变电路图
图 2 三电平逆变器空间电压矢量分布图
A 、 B 、 C 各桥臂的三态开关变量。以 A 相桥臂为例，若 Sa=0，则表示开关管T1、T2关断，T3、T4导通；Sa=1，则 表示开关管T1、T4关断，T2、T3导通；Sa=2，则表示开关 管T3、T4关断，T1、T2导通 。 A相输出端A对电源中点O的电压UAO可以用A相开关 变量结合输入直流电压Udc来表示：
V1 t1 + V2 t2 + V7 t7 = Vref T t1 + t2 + t7 = T
v v v v
其中， Vref 为目标电压矢量。
v
图 3 参考电压矢量的分解
用，且开关矢量的作用是对称的。 3）零矢量的作用时间是等份分配的。 在三电平逆变电路中，每相的开关状态有三种， 即-1（N），0（O），1（P），对应的交流侧输出电压 为-Udc/2，0，Udc/2。综合考虑以上因素，表1给出了当参 考矢量在空间逆时针转动时第一扇区开关矢量的作用顺 序，表中每一列从上到下为矢量的作用顺序。
2空间矢量pwm算法将如图2所示的电压空间矢量按大六边形的六个大矢12aaodcsvu?12bbodcsvu?12ccodcsvu?1100112101abadcbcbcacvsuvsvs?????????????????????????????????2111216112anadcbnbcncvsuvsvs????????????????????????????????????0203mmu1234323coscossinsin323coscossinsin34sinsin33coscossinsinmmmm??????????????66船舶机电设备201106academicresearch技术交流图3参考电压矢量的分解可知当1mm时坐标属于区域1
三相逆变器SPWM调制原理
三相逆变器SPWM调制原理PWM控制技术在逆变电路中的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM技术。
常用的PWM技术主要包括：正弦脉宽调制(SPWM)、选择谐波调制（SHEPWM）、电流滞环调制（CHPWM）和电压空间矢量调制（SVPWM）。
在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
图1.1中各个形状的窄脉冲在作用到逆变器中电力电子器件时，其效果是相同的，正是基于这个理论，SPWM调制技术才孕育而生。
重要理论基础——面积等效原理a)矩形脉冲 b)三角脉冲c)正弦半波脉冲 d)单位脉冲函数图1.1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲把接收调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形，通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波，其中等腰三角波应用最多。
因为等腰三角波上任何一点的水平宽度和高度呈线性关系且左右对称，当它与任何一个平缓变化的调制信号波相交时，这正好符合PWM控制的要求。
在调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形。
2.电压型SPWM逆变电路控制方法2.1单极性与双极性控制（1）如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。
（2）如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也是在正负之间变化，叫做双极性控制方式（图2.1所示）。
图2.1双极性PWM控制方式2.2同步调制与异步调制在同步调制与异步调制中主要是对载波比进行调制，载波比就是载波频率f c与调制信号频率f r之比N，既N = f c / f r；另一个相关的概念就是调制度，调制度是调制波幅值Ar与载波幅值Ac之比，即Ma＝Ar/Ac。
（1）同步调制——N 等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步。
基本同步调制方式，f r 变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定；三相电路中公用一个三角波载波，且取N 为3的整数倍，使三相输出对称；为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数；f r 很低时，f c 也很低，由调制带来的谐波不易滤除；f r 很高时，f c 会过高，使开关器件难以承受。
三电平分析
电力电子系统仿真报告题目三电平H桥级联型逆变器专业班级学生指导教师2016年3月10日三电平H桥级联型逆变器一、摘要级联型多电平变频器输出电压谐波含量小，易于实现模块化，适用于高压大功率场合。
本文主要针对三电平H桥级联型逆变器的拓扑结构和控制方式的相关问题进行分析与研究。
级联个数不同，对控制方法也有不同的要求。
提出了基于载波层叠调制和载波移相调制的混合载波调制方法，三电平桥臂内采用反相层叠载波调制，级联单元间及桥臂间均采用载波移相调制。
本文根据级联个数的奇偶性，在级联单元间分别采用不同的载波移相控制方法，并通过PSIM软件仿真验证了这种采取不同控制方法的正确性，同时也对输出电压的谐波进行了分析。
二、选择PSIM仿真软件PSIM是趋向于电力电子领域以及电机控制领域的仿真应用软件。
PSIM是由SIMCAD 和SIMVIEM两个软件来组成的。
它具有仿真高速、用户界面友好、波形解析等功能，为电力电子电路的解析、控制系统设计、电机驱动研究等有效提供强有力的仿真环境。
PSIM还提供了一个强有力的对功率电子学、模拟及数字控制、磁以及电机驱动系统进行研究的仿真环境，需要用户确定的参数极少，仿真速度快，界面友好。
与基于SPICE的仿真软件不同，PSIM并不是为一般的电子电路仿真而设计的，而是针对性很强的一种仿真软件。
与SPICE相比，它具有更快的仿真速度和更强的收敛性。
PSIM几乎不会出现仿真不收敛的情况。
根据其用户界面直观、易于使用，用PSIM直观、简单的操作界面可迅速搭建电路图，PSIM相比其它仿真软件的最重要的特点是仿真速度快，可仿真任意大小的电力变换电路和控制回路等这些特点。
根据本文的要求以及仿真软件的特点，要想达到预期的仿真效果，我就选择用PSIM进行仿真来实现其仿真结果。
三、选择所需的仿真步长我们知道仿真时的时间概念与真实的时间并不一样，它只是计算机在仿真中对时间的一种表示，比如10秒的仿真时间，如果采样步长定为0.1，则需要执行100步，若把步长减小，则采样点数增加，那么实际的执行时间就会增加。
解析三电平光伏并网逆变器共模电压SVPWM抑制
对于三电平逆变器而言, 必须保证输出电压的基波分量幅值与输出频率成一定的正比关系变化，其共模电压的计算与它们的触发方式有关。
设Ua、Ub、Uc分别为逆变器的三相相电压。
根据三相三线制的对称性原理，推得三相输出电压波形的共模电压为：(1)因而，对应三相三电平每一种开关序列的共模电压大小如表1所示。
图3 普通SVPWM下共模电压波形通常的空间矢量调制策略都会使用图2中所记载的19种有效矢量，以达到直流母线电压利用率高，输出谐波小。
但是会带来较大的输出共模电压，最高VCM幅值会达到了Vdc/3。
图3显示的是母线电压Vdc=600V时，一种普通SVPWM产生的共模电压最大幅度达到了200V，这样大的共模电压会对系统造成很大的不利影响。
抑制共模电压SVPWM原理从表1中的27种状态可以看出，对于可控的PWM输出波来讲，其输出共模电压的幅值在0Vdc～Vdc/2之间变化。
欲减小共模电压，应尽量不使3个输出端与同一“+”极性端或“-”极性端连接，避免2个端子一起接到“+”极性端或“-”极性端，而另一个端子接到直流中性点，如使用表中D类的7个状态字，此时逆变器的输出共模电压为0，但不能只选用D 类矢量，因为那样虽能很好的抑制共模干扰，但却因为少的合成矢量会造成参考电压过渡不平滑，使得逆变器输出线线间电压波形变差，因此需要均衡考虑共模差模问题。
本文所研究的SVPWM算法中，就是选择合理输出共模电压较小的矢量来合成参考电压矢量。
由表1可见(111、-1-1-1)，(110、101、011、0-1-1、-10-1、-1-10)八个开关状态造成了很大的共模干扰，因此，本研究就避开这八个开关状态(即图2中方框中的矢量)，这样就能从源头上降低逆变器的共模输出电压。
本文具体采用CDE三类矢量，这样，理论上即可以把逆变器输出共模电压幅值降为Vdc/6。
然而可用矢量的减少使得无法采用传统的七段式脉冲触发序列，因此，本策略采用五段式脉冲触发序列。
三电平逆变器控制算法的研究及仿真的开题报告
三电平逆变器控制算法的研究及仿真的开题报告一、研究背景和意义随着功率电子技术的发展，逆变器已被广泛应用于各种领域，包括交流电机驱动、电力转换、太阳能和风力发电等。
逆变器的控制算法是逆变器性能的关键，其在功率电子系统中的应用更是至关重要。
三电平逆变器是一种高性能的逆变器，可以实现高质量的输出波形和低谐波失真。
因此，三电平逆变器已经成为工业和商业应用的重要逆变器之一。
它能够满足工业应用中对高性能、高效率和低噪声的要求，是目前电力电子领域中的研究热点之一。
本项目旨在研究三电平逆变器控制算法，提高逆变器的性能和可靠性，对现代工业生产具有重要意义。
二、研究内容和方法（一）研究内容1. 三电平逆变器的基本原理和结构2. 三电平逆变器控制算法的研究现状和发展趋势3. 基于PID控制的三电平逆变器控制算法设计4. 结合Matlab/Simulink平台进行逆变器控制算法的设计和仿真5. 仿真实验结果分析和总结，对三电平逆变器控制算法的性能进行评估和优化（二）研究方法1. 文献研究法：对三电平逆变器控制算法的研究现状和发展趋势进行综合分析，并结合相关文献资料进行深入探讨。
2. 系统设计法：针对三电平逆变器的结构和控制算法进行系统设计，包括模型建立、控制器设计等。
3. 算法仿真法：使用Matlab/Simulink软件平台对所设计的控制算法进行仿真实验，模拟不同工况下的控制性能并进行分析。
三、预期成果和意义本项目预期将能够：1. 建立较为完整和准确的三电平逆变器控制模型，实现针对不同负载的优化控制。
2. 结合PID控制，设计高性能的逆变器控制算法。
3. 使用Matlab/Simulink平台进行仿真实验，分析三电平逆变器控制算法在不同工况下的性能表现。
4. 对逆变器的性能和可靠性进行深入评估和分析，为三电平逆变器的应用提供理论依据和技术支持。
本项目的成功实施将对电力电子领域的研究和应用产生积极的影响，促进工业和商业应用的发展。
SPWM逆变器双环数字控制技术研究开题报告
SPWM逆变器双环数字控制技术研究开题报告1. 研究背景随着电力电子技术的不断发展和应用的广泛推广， SPWM逆变器已经成为电力电子领域中最常用的一种逆变器，广泛应用于电力变换、电机控制、绿色能源等领域。
当前， SPWM逆变器的研究主要集中在控制策略、效率提升、电磁干扰、热管理等方面。
然而，采用传统模拟控制方法的逆变器在控制精度、动态响应和抗干扰能力方面存在较大的局限性。
因此，提高逆变器控制系统的自适应性、稳定性和可靠性，以及降低系统的传感器数目，成为逆变器研究的重点方向。
2. 研究目的本文的研究目的是采用双环数字控制技术，结合SPWM逆变器的特点，设计一种具有高性能和高精度的SPWM逆变器控制模块，提高逆变器的控制精度、动态响应和抗干扰能力，降低系统的传感器数目，提高系统的整体性能和可靠性。
3. 研究内容（1）SPWM逆变器原理及其控制策略研究本文对SPWM逆变器的原理和控制策略进行了研究，详细分析和阐述了SPWM逆变器的结构、原理、输出调制方式及其影响因素；介绍了传统的SPWM逆变器控制策略和其优缺点，分析了控制误差、动态响应、抗干扰性等问题，并对SPWM逆变器进行了状态空间控制理论分析。
（2）双环数字控制技术研究本文采用双环数字控制技术，构建SPWM逆变器控制模块，利用数字控制器采集逆变器的反馈信号，实现逆变器的电流控制和电压控制。
采用飞行时间测量技术，采集电压反馈信号，引入PI控制器并进行参数整定，实现稳定的电压控制；采用电流采样技术，应用双环控制策略，对逆变器输出电流进行控制，提高逆变器控制系统的稳定性和抗干扰能力。
（3）SPWM逆变器控制实验验证本文设计了实验平台，验证了所提出的SPWM逆变器控制模块的可行性。
实验结果表明，所设计的SPWM逆变器控制模块的电流控制和电压控制均具有很好的稳定性和控制精度，同时也具有良好的抗干扰能力。
与传统的模拟控制方式相比，所提出的数字控制方式具有更好的动态响应和整体性能，具有很好的应用前景。
FPGA 实现三电平逆变器的高性能数字化SPWM 控制
稳定性能好等诸多优点。本文将重点讨论 FPGA 芯片实现高压大功率三电平逆变器的高性能数字 化 SPWM 控制部分。
1 三电平逆变器结构及其不对称规则采样 SPWM 原理
电压源型多电平逆变器输出端可以得到更多 级的输出电压波形，直流电压由多个开关器件共 同承担，因此具有输出电压谐波含量少，系统输 出功率大等优点。三电平逆变器就是其中一种， 其拓扑结构的特点在很多文献 [2][3]中都有介绍。 图 1 为电压源型三电平逆变系统拓扑结构。与低 压小功率变换系统不同，在高压大功率场合，为 了保证各器件安全正常工作，提高系统可靠性， 逆变电路除了三电平逆变桥路以外，还增设了一 些额外电路，例如，在变换器上电时用来限制直 流电容两端过电流而配置的充电电阻 R1， R2 以及 配套的旁路开关；再如，为保证 IGCT 反并联二 极管正常恢复以及限制器件开通过程中电流上升 率而配置的 di/dt 抑制电路。各部件如图 1 所示。
SA1 _ OFF PWM _ TM SA1 _ ON SA3 _ ON (t 2 t 0) (1 / 2) PWM _ DT SA3 _ OFF PWM _ TM SA3 _ ON
图3
数字化 SPWM 功能框图
2.2 同步信号发生电路 不对称规则采样在三角波顶点和底点完成正 弦调制波的采样以及各种计算，三角载波的频率 确定以后（三角载波的频率与功率器件的开关频 率相等[5]） ，FPGA 程序将在三角波顶点和底点的 时刻产生一个同步信号， 如图 2 （b） 中所示， FPGA 内部所有的计算和查表功能均以该信号为基准。 在 FPGA 中三角波利用计数器产生，计数器按照 FPGA 的时钟信号进行累加，一旦数值达到半个 三角波周期时间所对应的数值， 则输出同步信号， 并且将三角波计数器清零。图 3 中所示的开关周 期 PWM_TM 即为根据 PWM 开关频率计算得到 的半个三角波周期的时钟数，计算公式如下：
三电平变换器SVPWM算法综述
三电平变换器SVPWM算法综述1引言随着高压大功率电力电子装置的发展，PWM逆变器从两电平向三电平、多电平的方向发展[1-5]。
三电平逆变器引起了越来越多的关注，其相对于传统两电平电压型逆变器表现出明显的优势，如每个开关管承受的电压仅为直流母线电压的一半，可以使用耐压等级低的器件，并避免了器件串联使用时的动态均压问题[4]；相同调制频率下，交流侧电流谐波含量低，直流电压纹波小，器件损耗小，效率高，故有着广泛的应用前景和重要的研究价值。
三电平变换器的PWM调制方法主要有两类：载波调制法和电压空间矢量调制法[1][2]，三电平PWM逆变器输出性能主要取决于调制算法，空间矢量PWM（Space Vector PWM，SVPWM）方式由于其直流电压利用率高、电流纹波小并且输出电压形式丰富，得到了广泛应用。
但它的计算十分复杂，特别是在电平数较多时难以实现实时控制，这一缺点大大限制了它的运用[5]。
传统的三电平SVPWM算法是直接采用类似两电平的方法，其中涉及到较多的三角函数和查表。
随着电平数增多，传统算法会变得越来越复杂。
目前国内外专家对此问题进行了深入的研究，提出了许多改进算法。
本文首先介绍了三电平SVPWM基本原理，然后根据空间电压矢量调制的规律，重点介绍了五种三电平SVPWM算法：古典算法；参考电压分解SVPWM算法；基于线电压坐标系的SVPWM算法；基于60°坐标系的SVPWM算法；基于120°坐标系的SVPWM算法。
最后针对上述五种算法，对三电平变换器中点电压的平衡控制进行了研究。
2三电平SVPWM基本原理三电平的PWM调制方法主要有载波法和空间矢量法，载波法主要有正弦波调制PWM(SPWM)和选择性消谐PWM(SHEPWM)。
空间矢量法(SVPWM)因其电压利用率高、输出波形谐波含量低、易于数字化实现等诸多优点，得到了广泛的应用。
定义三相定子电压空间矢量为v a、v b、v c，由于三相异步电动机的定子绕组空间上呈互差120度分布，故空间电压矢量可以定义为正常情况下，以电机中性点为变换器零电位参考点，引入开关函数S a，S b，S c代表各相桥臂的输出状态，对应的输出相电压分别表示为其中，V dc为直流侧电压；故三相三电平逆变器合成电压状态有33=27种组合，对应的空间矢量数为27种，其中有效电压矢量有19种。
SPWM逆变器控制技术研究
毕业设计说明书SPWM 逆变器控制技术研究专业 电气工程及其自动化学生姓名 赵进军班级 BMZ 电气071学号 0761402105指导教师 阚加荣完成日期2011年6月1日SPWM逆变器控制技术研究摘要：首先对逆变器控制的发展状况以及应用场合进行了概述，对逆变器的发展前景以及意义进行了略述，本设计采用脉宽调制式（SPWM）逆变器，采用电压瞬时值控制。
对各部分模拟单元电路进行了设计选取，介绍了各部分电路的工作原理和结构。
对电路芯片的选取，对LC低通滤波器进行了参数设计。
脉宽调制技术的触发脉冲由模拟电路生成，建立了逆变器的数学模型；对电压瞬时值内环，电压平均值外环控制参数进行了设计，并对PI控制器进行了设计；最后运用MATLAB进行了仿真，给出主电路，控制电路，低通滤波器的仿真模型，并给出了空载，阻性满载，感性满载，容性满载仿真波形。
并对系统性能进行了分析。
脉宽调制技术不但具有较高的功率因数和较好的输出波形而且即可以调节其输出电压的大小，又可以连续调节其输出功率，内环通过瞬时值控制获得快速的动态性能，保证输出畸变率较低，外环使用输出电压的平均值控制，具有较高的输出精度。
仿真结果证实了该逆变器具有开关频率固定，输出电压波形质量好，外特性较硬，输出电压随负载的变化很小。
关键词:瞬时值控制； SPWM ；逆变器；电压平均值反馈SPWM inverter control technology researchAbstract: First this article summarized the development of control for inverter as well as the applications and makes a rudeness statement of the prospects and significance of development of inverters. This strategy uses pulse width modulation technique and control the instantaneous value and then the simulation of electric circuit units are established to design and select each part. The structure and operating principle of the above-mentioned systems devices, selection of electric circuit chips, are introduced. The parameters of LC low-pass filter are designed. The SPWM signal is generated by electronic circuit. The simulation and mathematic model of inverters are established with Matlab6.5. The model included an instantaneous voltage inner-loop, control parameters of average voltage outer loop and PI controller. At last, simulated by using MATLAB, main electric circuit, control circuits, the simulation model of low-pass filter and no-load resistive full-load, perception full load the simulation waveforms of capacity full load have been given. Not only PWM technology has higher power factor and a good output waveforms but also can regulating its size of output voltage and output power. The inner loop can get a quick dynamics properties by controlling of instantaneous value. That makes the output distortion rats lower. It has higher precision by using the controlling of average value voltages.The simulation results confirmed that the switching frequency converter with a fixed output voltage of good quality and characteristics of hard, the output voltage with the load of little change.Key words: instantaneous control; SPWM; inverter; average voltage feedback目录1 前言 (1)1.1逆变器的发展状况 (1)1.2逆变器的发展趋势和前景 (2)2 课题研究的背景与意义 (2)2.1课题研究背景 (2)2.2课题研究的意义 (3)3 电路设计 (3)3.1主电路 (4)3.2基准正弦信号发生电路 (7)3.3控制电路设计 (7)3.4功率管的选取 (8)3.5驱动电路 (9)3.6保护电路 (10)3.6.1输入过流保护 (10)3.6.2输入过/欠压保护 (11)3.6.3输出过/欠压保护 (11)3.6.4保护电路的综合 (12)3.7低通滤波器设计 (12)4 控制参数设计 (14)4.1瞬时值内环参数设计 (15)4.2平均值外环设计 (18)5 仿真模型 (20)5.1系统性能分析 (23)5.2系统动态性能 (24)6 结束语 (24)6.1本课题的总结 (24)6.2存在的问题及进一步工作 (25)致谢 (26)参考文献 (27)附录1 (28)附录2 (29)SPWM逆变器控制技术研究1 前言电力电子技术的发展迅速，对电气设备控制性能要求越来越高。
数字控制SPWM逆变器研究
数字控制SPWM逆变器研究数字控制SPWM逆变器研究1.引言近年来，随着电力电子技术的不断发展，逆变器作为高效能电能转换设备，在各种实际应用中发挥着重要作用。
逆变器能将直流电转换为交流电，其输出波形质量、输出电压稳定性以及输出功率效率对于各种电力电子设备的性能和使用寿命都有着重要影响。
本文将围绕数字控制下的SPWM逆变器展开研究，并探讨其在电力领域的应用前景。
2.数字控制SPWM逆变器概述2.1 SPWM调制技术SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）技术是一种常用的逆变器调制技术，通过控制逆变器的开关管的开关周期和开关占空比，使得输出波形接近于正弦波。
SPWM技术具有输出波形质量好、谐波含量低等优点，因此被广泛应用于电能转换领域。
2.2 数字控制技术数字控制技术是指通过数字电路对电力系统进行监测和控制的技术手段。
数字控制技术具有精度高、可靠性强、抗干扰能力强等优点，因此被广泛应用于逆变器的控制系统中。
3.数字控制SPWM逆变器的优点3.1 输出波形质量高数字控制SPWM逆变器能够通过精确控制开关管的开关周期和开关占空比，使得输出波形接近于正弦波。
与传统的模拟控制方法相比，数字控制SPWM逆变器的输出波形质量更高，谐波含量更低，能够更好地满足各种电力设备的需求。
3.2 系统可靠性强数字控制技术能够提高逆变器的系统可靠性。
数字控制SPWM逆变器可以通过数字电路对输出电压、电流等参数进行实时监测和控制，及时发现并纠正系统中出现的异常情况，保证逆变器的稳定工作。
3.3 控制灵活性高数字控制SPWM逆变器具有较高的控制灵活性，可以通过参数调整和算法优化等手段对逆变器进行控制。
数字控制技术为逆变器的控制系统提供了更多的扩展空间，使得逆变器可以更好地适应各种使用场景的需求。
4.数字控制SPWM逆变器的应用前景数字控制SPWM逆变器具有广泛的应用前景。
在太阳能发电系统中，数字控制SPWM逆变器可以将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电供应给电网，实现对太阳能的高效利用。
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算法研究及仿真一、引言近年来，随着电力电子技术的不断发展，交流调速系统在工业领域得到广泛应用。
为了实现高精度的交流调速，研究人员提出了各种调制技术。
在这些技术中，多电平逆变器作为交流调速系统中最重要的部分之一，其控制算法的研究和优化具有重要意义。
三电平空间矢量调制（SVPWM）算法作为一种较为有效的调制技术，广泛应用于多电平逆变器中，本文主要围绕三电平SVPWM算法的研究及仿真展开。
二、三电平SVPWM算法原理三电平SVPWM算法是采用空间矢量图形方法决定逆变器输出电压矢量的调制技术。
它通过将逆变器的输出电压矢量离散化为六个等效矢量，进而形成一种或多种适用于逆变器的控制信号。
在三电平逆变器中，根据电网的工作状态和逆变器的负载需求，可以得到逆变器的输出电压的各个组分，进而得到逆变器的输出电压矢量。
三、基于三电平SVPWM算法的控制策略在三电平逆变器应用中，SVPWM算法可用于控制逆变器输出电压的矢量。
具体而言，SVPWM算法包含以下三个步骤：1. 根据电网的输入电压和逆变器的输出电压需要，确定合适的工作模式；2. 确定逆变器输出电压矢量；3. 根据逆变器输出电压矢量，确定合适的控制信号。
四、三电平SVPWM算法的仿真实验本文采用MATLAB/Simulink软件对三电平SVPWM算法进行仿真实验。
仿真电路包括电网、三电平逆变器和负载三个部分。
仿真实验的主要目的是验证三电平SVPWM算法在逆变器输出电压调制方面的优势。
在仿真实验中，通过改变电网的输入电压、逆变器输出电流以及负载的变化来观察三电平SVPWM算法的性能。
五、仿真结果分析仿真结果表明，三电平SVPWM算法能够有效地通过控制逆变器的输出电压矢量，实现对电机的精确控制。
在不同工作负载下，三电平SVPWM算法能够实现较低的失真度和较高的功率因数。
此外，仿真结果还显示，三电平SVPWM算法具有较高的效率和稳定性，在实际应用中具有一定的可行性。
级联式多电平逆变器SPWM控制技术的研究及仿真实现
级联式多电平逆变器SPW M控制技术的研究及仿真实现张东宁廖学理戎麒高宇(昆明电器科学研究所，昆明650221)研究与开发摘要在高压大功率交流变频调速领域，级联式多电平逆变器目前处于主导地位，而三角载波移相控制技术又是其较适合的控制方略。
本文在详细推导级联式多电平逆变器输出波形的基础上，研究分析了其实现的技术方法，并进行了仿真验证，得出了相应的结论。
关键词：多电平逆变器；sPw M；三角载波移相控制法Si m ul at i on and R es ear ch on SPW M C ont r olT echnol ogy of C as caded M ul t i l eV el I nV er t er sZ而4，lg D D，曙疗打zg￡肠D．X“P丘尺D胛g Q f G口D玩(K unm i ng El ect nc A ppar at us R es ear ch I n s t i t ut e，K u nm i n g650221)A bs t r act C as ca ded m ul t i l e V e l i nV e rt er s w hi ch is connD l l ed by t r i a ngul a r cal lr i er phas e shi f tt echni q ue is i n t he l ea di ng r o l e of h蟾h V ol t age and hi g h pow e r A C V a r i abl e f r equ ency s peed r egul a t i ng．Th i s pap er r es ea r ch and anal yze t he t echno l ogy m e t hod of achi eV em ent by usi ng obt a i ni ng out putw a V ef o眦．A nd s i m ul a t e i t，gi V e t he concl usi on．K ey w or ds：m ul t i l eV el i nV er t er s；SP W M；t r i angul ar ca r r i e r phase shi f t t echni q uel引言在高压大功率交流电动机的变频调速系统中，为了很好的解决开关管的耐压，输出砌／出、共模电压、输入输出谐波含量、电磁干扰(E M I)、逆变效率、开关损耗等一系列问题，大多采用功率单元串联叠加的级联式多电平逆变结构，其电路的拓扑结构如下图1所示。
三相SPWM逆变器的仿真与研究
三相SPWM逆变器的仿真与研究[摘要]随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，PWM技术得到了迅速发展，SPWM正弦脉宽调制法这项技术的特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，设计简单等一系列优点，是一种比较好的波形改善法。
它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。
SPWM技术成为目前应用最为广泛的逆变用PWM技术。
因此，研究SPWM逆变器的基本工作原理和作用特性意义十分重大。
本论文介绍了三相电压型SPWM逆变器的工作原理，仿真电路及matlab仿真。
文中还给出了用此逆变器构成的三相交流电动机变频调速系统，并对仿真结果进行分析。
[关键词]正弦脉宽调制，逆变器，电机变频调速，matlab仿真Three-phase SPWM inverter simulation and researchAuthor: Huang Fei(Grade9, Class1, Major Automation , Electrical EngineeringDept, Shaanxi University of Technology , Hanzhong 723003，Shaanxi)Instructor: Zhang Peng Chao[Abstrac]With the power electronics technology, computer technology, the rapid development ofautomatic control technology, PWM technology is developing rapidly, SPWM sine pulse width modulation principle of this technology is characterized by simple, versatile, with a fixed switching frequency, control and regulation performance, eliminate harmonics thatcontain only a fixed output voltage of high frequency harmonic components, simple design and a series of advantages, is a good waveform improvement Act. It was a smallinverter played an important role. SPWM technology become the most widely usedinverter with PWM technology. Therefore, the study of SPWM inverter characteristics ofthe basic working principle and the role of great significance.This paper describes the three-phase voltage SPWM inverter works, simulate circuits and matlab simulation. The article also gives the composition with this three-phase ACinverter motor frequency control systems, and simulation results were analyzed.[Key words]Sinusoidal pulse width modulation, inverters, motor speed, matlab simulation目录引言经过大约30多年的发展，交流调速电气传动已经上升为电气调速传动的主流。
逆变器中的SPWM
四、正弦波信号和三角波信号的产生由调制电路可知，要产生SPWM信号，必须要有正弦波信号和三角波信号。
由于正弦波UPS在无市电时也要向负载提供正弦电压，而此时并无市电，所以正弦波信号和三角波信号必须由UPS 电路自身产生。
其中三角波的产生比较容易，比较困难的是正弦波信号。
这种由UPS自身产生的正弦波信号称为本机正弦波信号。
对本机正弦波的主要要求是：频率为50Hz（或可选）、幅度要稳定，失真度要小，要能被市电同步。
本机正弦波信号的产生方式有多种，本文将介绍3中常见方式。
即用运放电路产生本机正弦波信号、用数字电路产生本机正弦波信号和由电脑芯片产生本机正弦波信号。
㈠、用运放电路产生本机正弦波信号用运放组成的电路可以产生正弦波信号，在3中方式中电路最简单，但失真度也最大，约为5%左右。
图7所示为PULSE（保时）500型后备式工频机的正弦波形成电路。
电路主要由正弦波发生电路、三角波发生电路、差分放大器、Vz电压发生电路等构成。
4.1 Vz电压的产生和作用图中运放IC3C及周边元件组成了Vz电压发生电路。
IC3C接成跟随器电路，其同相输入端○10脚接有R56、R57 组成的分压器，R56、R57的数值相等，将+12V电压分压为1/2，即6V，因此跟随器○8脚输出即为6V。
C43、C44为滤波电容，可使Vz电压更加稳定。
我们知道有些信号，例如正弦信号是有正负半周的双极性信号，运放电路要处理双极性信号必须使用双极性电源，但这会使电路复杂化。
为了使运放在采用单电源的情况下也能处理双极性信号，采用了Vz电压。
采用Vz电压后，在12V电源电压系统中，相当于将信号的X轴沿着Y轴升高了6V，正好位于+12V的中间，给负半周信号留出了空间，于是单电源运放也能处理双极性信号。
4.2 方波信号发生器方波发生电路由IC3B、W5及周边元件组成，任务是产生合乎要求的50Hz方波信号，参见图7。
图中IC3B及周边元件组成自激振荡电路，输出为方波。
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第28卷第27期中国电机工程学报 V ol.28 No.27 Sep. 25, 20082008年9月25日 Proceedings of the CSEE ©2008 Chin.Soc.for Elec.Eng. 35 文章编号：0258-8013 (2008) 27-0035-07 中图分类号：TK 228 文献标志码：A 学科分类号：470⋅40高压大功率三电平逆变器的SPWM数字化技术研究刘健，尹项根，张哲，熊卿(电力安全与高效湖北省重点实验室(华中科技大学)，湖北省武汉市 430074)Study of SPWM Digital Technologies for High-voltage High-power Three-level NPC InverterLIU Jian, YIN Xiang-gen, ZHANG Zhe, XIONG Qing(Hubei Electric Power Security and High Efficiency Key Lab(Huazhong University of Science and Technology),Wuhan 430074, Hubei Privince, China)ABSTRACT: With the application of digital sinusoidal pulse width modulation(SPWM)control technologies, the precision, responding time, security and stability of the pulse width gating signals can be improved conspicuously. In this paper, the digital theory of triangular carrier and sinusoidal modulation wave generation, PWM duty cycle calculation, switching states configuration and gating signals fault diagnosis were studied with the combination of characteristics of high-voltage high-power three-level neutral point clamped (NPC) inverter. At the same time, the simplified calculation method, all round dead state configuration, universal over-modulation principle and fast output block technology of fault PWM signals have been put forward. At last, the DSP+FPGA+CPLD based new digital implementation circuit of the control system is presented. The simulation and experimental results are given to verify the correctness, feasibility of the digitization assumption.KEY WORDS：three-level neutral-point-clamped inverter; sinusoidal pulse width modulation; asymmetrical regular sampling; digital control theory摘要：数字化的正弦脉宽调制(digital sinusoidal pulse width modulation，SPWM)，能够提高脉宽控制信号输出精度，缩短控制响应时间，增加系统安全稳定性。
结合高压大功率中性点箝位(neutral point clamped，NPC)三电平逆变电路的特点，对其SPWM数字化过程中三角载波形成、正弦调制波发生、器件开关时间计算、开关状态组合配置以及脉宽信号故障诊断的数字化原理进行了研究。
提出了简化的开关时间计算方法、完善的死区设置、通用的超调制原则以及故障信号高速闭锁的实现方法。
最后利用DSP+FPGA+CPLD的新型结构实现了三电平逆变器的高性能数字化控制，仿真和试验结果证明了该文数字化构想的正确性和可行性。
关键词：中性点箝位三电平逆变器；正弦脉宽调制；不对称规则采样；数字化控制理论0 引言随着电力电子技术以及大功率、全控型半导体开关器件的不断发展，各种高压大功率变换器的应用越来越广泛[1-2]，拓扑结构也由传统的两电平向着多电平、多重化的方向发展。
中性点箝位三电平拓扑结构便是其中一种[3]，其多电平脉宽调制技术的原理更复杂[4-5]、影响调制性能的因数更多[6-7]、系统安全稳定性要求更高[8]、实现方法也更加多样[9]，主要的特点和关键问题包括：1）高压大功率场合开关频率低(1000Hz以下)，死区时间与最小脉冲宽度设置较大(几十µs)，自然采样与规则采样方法、同步调制与异步调制之间的性能差距已不明显，而减小输出电压谐波，提高直流母线电压利用率成为重点。
2）当要求逆变器输出电压的频率、相位、幅值均快速(ms等级)且大范围变化时，优化的调制算法和实现技术成为关键。
3）多载波技术的引入，使主电路脉宽控制信号组合和约束条件增加，系统死区设置更复杂；同时，局部短路现象的存在，使得合理的死区设置必须加以采用。
4）高压大功率场合对脉冲触发的安全稳定性要求远高于低压小功率场合。
完善的故障识别和容错处理非常必要。
解决好以上问题是三电平逆变器数字化技术理论研究的几个重点。
文献[10-11]对低压小功率场合两电平逆变器的脉宽调制的数字化理论进行了研36 中 国 电 机 工 程 学 报 第28卷究，并利用现场可编程门阵列(field programmable gate array ，FPGA )芯片加以实现。
文献[12-14]分别对多种三电平脉宽调制技术进行了研究，其中文献[13-14]还利用集成PWM 功能的专用数字信号处理(DSP)芯片对设计方案进行了实现。
但以上方法尚不能完全满足系统功能复杂、计算量大、稳定性要求高的高压大功率场合的要求。
本文将针对上述几个理论问题，结合当前技术现状，对三电平逆变电路SPWM 数字化技术的理论进行研究，并采用DSP+FPGA+CPLD 的新型组合结构加以实现。
1 三电平逆变器拓扑结构及其2种SPWM采样法的原理和性能比较中性点箝位三电平拓扑结构在文献[3]中有详细介绍，该拓扑结构直流母线电压由多个开关器件共同承担，逆变系统具有输出谐波含量低、功率大、d u /d t 变化率小等优点，目前已成为高压大功率变换系统的主要拓扑结构之一，主电路如图1所示。
C C R R a b c图1 三电平逆变器主电路拓扑结构Fig. 1 Main circuit of three-level NPC inverter三电平逆变桥路的正弦脉宽调制(SPWM)方法有很多，自然采样法和不对称规则采样法是其中2种。
图2(a)给出了一相桥臂SPWM 的调制原理，根据调制方法控制A 相桥臂4个开关器件，可以将A 相输出端接至直流母线的正极、负极和中性点位置从而输出三种电平状态。
图2(b)中给出了正弦调制波大于零时的不对称规则采样和自然采样的原理图。
图2(c)、(d)是不对称规则采样与自然采样之间直流母线电压利用率和总谐波畸变系数的对比分析(输出频率为50 Hz ，开关频率为900 Hz ，幅值调制比为0.9)。
其中直流母线电压利用率U dc_cofe 和总谐波畸变系数THD(ηTHD )计算公式为dc_cofe 1dc 21/2THD 2,3,4,...1/1()n n U U U U Uη∞==⎧⎪⎨=⎪⎩∑ (1) 式中：U dc 为直流母线电压；U 1和U n (n =2,3,4…)为逆变器线电压基波和各次谐波的有效值。
S S S S U a600.2406080死区时间/谐波次数计算至100次时总谐波畸变=35.9%0(d) 总谐波畸变系数比较(c) 直流母线电压利用率比较死区时间：50U d c _c o f esµs µ图2 三电平SPWM 原理与2种采样法对比 Fig. 2 Multi-level SPWM principle and performancecomparison of the two sampling method由图2(c)、(d)可以看到，2种方法在直流母线电压利用率上基本相同，但受死区时间的影响较大。
规则采样法在40次以前的总谐波含量略大于自然采样法，随着谐波分析次数的提高，2者之间已经趋向相等。
可见在高压大功率场合2种实现方法的性能的差距已不明显。
但不对称规则采样在计算量、对称死区设置、超调制实现上均优于自然采样法。
因此，研究不对称规则采样SPWM 的数字化实现方法具有重要的理论意义和应用价值，下面文章将对其原理与算法、死区设置和超调制等问题进行研究与分析。
2 不对称规则采样SPWM 数字化理论研究2.1 基本算法与开关状态图3为基于双载波、双边对称死区的三电平不对称规则采样数字化算法示意图。
在数字化过程中，核心内容是开关器件的开通与关断时间计算以及开关状态选择。
首先对图3(a)中调制波大于零，载波斜率小于零区间的开关时间计算进行分析，根据图2(a)中的调制原理，此时S A2器件一直开通，S A4一直保持关断，因此，该区间内只需对S A1和S A3的开通关断时间进行计算。
令变量：S A1_ON ，S A1_OFF ，S A3_ON ，S A3_OFF 分别为2个器件加入死区处理后的最终开通关断时间，则有第27期刘健等： 高压大功率三电平逆变器的SPWM 数字化技术研究 370123A2A44(a) 正弦波大于零(b) 正弦波小于零A1A301234图3 基于双载波的三电平不对称规则采样算法示意图Fig. 3 Double carrier wave based asymmetrical regular sampling SPWM algorithm of three-level NPC inverterA1_ON 42WM_DT A1_OFF WM_TM A1_ON WM_DTA3_ON 20WM_A3_OFF WM_TM A3_ON WM_DTS ()(1/2)S S S ()(1/2)SS DT t t P P P t t P P P =−−⎧⎪=−−⎪⎨=−−⎪⎪=−−⎩ (2) 式中：P WM_DT 为死区时间；P WM_TM 为半个载波周期时间(即BC 段时间)；t 4−t 2段为S A1的理论开通时间；t 2−t 0段为S A3的理论开通时间；根据图3 (a)中阴影部分的2个相似三角型ABC 与ADF 有如下关系。