过调制区内三电平SVPWM与CBPWM算法的统一性研究

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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。

三电平逆变器SVPWM过调制控制策略综述

ｇｅｎｄｄｉａａａｓｗｅｅｄｓｕｓｅｅｐｅｔｖｅｙＦｉａｌｙｐｏｂｌｍｓｏｆｔｘｉｔｎｇｏｒｏｓａｓｄｖｎｔｇｅｒｉｃｓｄｒｓｃｉｌ．ｎｌｒｅｈｅｅｓｉｖｅｍｄｕｌｔｏｎｓｒｔｇｉｓａｉｔａｅｅｗｅｅｐｏｎｅｕｔｒｉｔｄｏ．
各自的优缺点，指出了现有过调制控制策略中存在的问题。并
关键词：电平逆变器；调制；间电压矢量脉宽调制三过空中图分类号：Ｍ４４Ｔ６文献标识码：Ａ
ＯｖｒｉｗｆｔｅＳＰＷＭｖｒｏｌｔｏｒｔｇｅｆＴｈｒｅｌｖｌＩｖｒｅｅｖｅｏｈＶＯｅｍｄｕａｉｎＳｔａｅｉｓｏｅ —ｅｅｎｅｔｒＬＩＹａｇ，ｎＤＡＩＰｅｇ，ｎＹＵｅｓｎ，Ｙｕ —ｅＣＡ０ｎＪＡＮＧｅｇｙｕＸｉｇ，ＩＺｈｎ — ｏ
量分类技术过调制［７、于叠加原理ＳｗＭ５］基￣ＶＰ过调制ｌ等。在不增加任何硬件的情况下，效＿８有的ＳＷＭ过调制策略可以用非线性过调制区ＶＰ将线性调制区和系统最大可能输出（６阶梯波）进行平滑衔接，统的调制范围能够由线性调制区系
满足多数高转矩输出或低电压场合的需求，是但
过调制策略不可避免地引起了逆变器输出电流畸
变，别是６次谐波Ｌｎ。特１］钆本文分析了过调制产生的原因，结了几种总

三电平svpwm的等效简化控制算法

三电平svpwm的等效简化控制算法1三相SVPWM的简易控制算法三相SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种三电平的有效调制技术，该技术可以实现完全电平控制。

在这种技术中，模拟功率可以由六个不同的电平信号组成，从而对电源进行可控。

尽管SVPWM具有很好的优势，但是使用SVPWM进行控制会产生大量的运算量和复杂性，因此尝试简化该控制算法。

为了简化SVPWM控制算法，研究者们提出了一种名为“等效SVPWM”的控制算法。

等效SVPWM是一种基于交流逆变器算法的分析，它可以有效地实现多级ZVT的功率控制。

等效SVPWM的思想是，在整个逆变器行程的每个阶段，只控制其中一个独特的三角形，而不是六个相互交替的三角形，从而实现简单的控制算法，减少控制的负载和复杂性。

2等效SVPWM的工作原理等效SVPWM的工作原理是，它把输入端的电子逆变器抽象为一个ABC结构，这个ABC结构有三个节点，A，B和C。

等效SVPWM控制算法从A节点到BC，依次做6次变换，然后从BC到A，即由一个负边依次切换到另一个负边，从而实现输入端的电压的变换。

在等效SVPWM的控制算法中，每个阶段只控制一个三角形，而不是六个相互交替的三角形，这样可以简化控制算法，减少调制模块中的逻辑，节省功耗，并降低计算复杂度。

3等效SVPWM的优势等效SVPWM控制算法具有许多优势，这些优势在于它比传统SVPWM 控制算法具有更低的运算复杂度，可以实现快速的响应，并有可能更大限度地提高效率。

同时，等效SVPWM比其他常见的低阶调制技术具有更高的调制步长，更准确的调制效果，更好的利用率。

针对有源补偿，等效SVPWM技术可以进一步提高系统的效率，同时通过改善功率损耗质量来提高系统性能。

此外，由于等效SVPWM技术可以大大降低复杂性，因此也可以用于削减体积，减少成本。

4结论从上面的讨论可以看出，等效SVPWM控制算法是目前最先进和最有效的三电平SVPWM控制算法，它具有低复杂度，快速响应，高调制步长，准确调制，有效利用率，有效的功率损耗质量和低成本的优势。

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。

三相三电平逆变器SVPWM控制研究

如图1所示，三电平逆变器每个桥臂有4个开关管，因此每个桥臂可以有三种开关状态，用 S a、 S b、 S c表示
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

一种单相三电平SVPWM调制与载波SPWM内在联系

一种单相三电平SVPWM调制与载波SPWM内在联系宋文胜;冯晓云【摘要】针对单相三电平二极管钳位（NPC）电压型整流器,为了减小其开关切换次数和开关切换损耗,本文提出了一种单相三电平空间电压矢量调制（SVPWM）方法和一种基于零序分量注入的单相三电平单极性载波叠层的正弦脉宽调制（TLC-SPWM）调制方法。

分别给出了该SVPWM的详细设计方法和该TLC-SPWM的零序分量设计方法。

并通过理论分析和计算,证明该SVPWM与该零序分量注入的TLC-SPWM本质上为同一类脉宽调制方法,仅实现方式不同。

与传统的单极性TLC-SPWM相比,这两种调制方法能够有效地减小开关切换次数,从而减小开关切换损耗。

最后,分别搭建了基于Matlab/Simulink的仿真模型和基于TMS320F2812为控制器的1.3kW实验样机,仿真和实验结果都验证了该SVPWM 算法及其中点电位控制的可行性和有效性。

%For single phase three-level neutral-point-clamped （NPC）voltage source rectifiers： in order to reduce switching times and losses during communication, A single phase three-level space vector pulse width modulation（SVPWM） technique and a single phase unipolar three-level carrier sinusoidal PWM（TLC-SPWM） technique with zero-sequence voltage injection are proposed in this paper. The design method of SVPWM is shown in detail, and the selection method of zero-sequence voltage in TLC-SPWM is discussed in detail too. Theoretic analysis and calculation results show that the SVPWM method and TLC-SPWM method with zero-sequence voltage injection are the same PWM scheme essentially, and both of the implementing methods are different. The SVPWM and TLC-SPWM methods can effectively reduceswitching times and losses during communication compared with traditional TCL-SPWM. Finally, Simulation model in Matlab/Simulink and a 1.3kW experimental prototype with TMS320F2812 controller are designed for the single phase three-level NPC rectifier. The simulation and experimental results verify the feasibility and effectiveness of the proposed SVPWM and neutral point controller.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2012(027)006【总页数】8页(P131-138)【关键词】三电平;中点电位控制;SVPWM;载波SPWM调制;零序电压分量注入【作者】宋文胜;冯晓云【作者单位】西南交通大学电气工程学院,成都610031;西南交通大学电气工程学院,成都610031【正文语种】中文【中图分类】TM921.451 引言近年来，随着我国京津城际、武广客专、合武客专和京沪客专等高速客运专线的开通运营和新建，我国铁路已步入了高速电气化时代。

基于调制比跟踪的三电平变换器VSVPWM策略研究

第50 卷第 10 期2023年10 月Vol.50，No.10Oct. 2023湖南大学学报（自然科学版）Journal of Hunan University（Natural Sciences）基于调制比跟踪的三电平变换器VSVPWM策略研究李伟1†，王辉2，刘斯嘉1（1.湖南大学机械与运载工程学院，湖南长沙 410082；2.湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙 410082）摘要：在采用虚拟空间矢量调制策略的二极管钳位型三电平变换器中，参考矢量经过的小三角形区域多，电压畸变率高，且虚拟中矢量幅值无法随着调制比的变化而调节电压畸变率.针对该问题，提出了一种减小线电压谐波畸变率的基于调制比跟踪的虚拟空间矢量调制策略.首先分析了传统虚拟空间矢量调制策略的小三角形区域划分方法，指出其参考矢量经过的小三角形区域多，电压畸变率高；然后提出了一种基于调制比跟踪的虚拟空间矢量调制策略，该策略在虚拟中矢量幅值与传统中矢量幅值的比值等于调制比时线电压总谐波畸变率取得的最小值；最后在Matlab/Simulink平台上验证了所提虚拟空间矢量调制策略，仿真结果证明所提出的调制策略简单、正确、有效.关键词：电力电子；变换器；二极管钳位型三电平变换器；空间矢量调制；交流侧电压谐波中图分类号：TM46 文献标志码：AResarch on a Virtual Space Vector Pulse Width Modulation Strategy for 3L-NPC Converter Based on Modulation Ratio TrackingLI Wei1†，WANG Hui2，LIU Sijia1（1.College of Mechanical and Vehicle Engineering， Hunan University， Changsha 410082， China；2.College of Electrical and Information Engineering， Hunan University， Changsha 410082， China）Abstract：The three-level neutral point clamped （3L-NPC） converters with conventional virtual space vector pulse width modulation （VSVPWM） scheme have some inherent disadvantages. For example， its reference voltage frequently passes through small triangle regions and it has a high total harmonic distortion （THD）of ac voltage which cannot be tuned by the amplitude of the virtual space vector. Aiming to solve the above issues， a modulation ratio tracking-based VSVPWM is proposed in this paper to reduce THD. First，the disadvantages of the division method of small triangle regions in the convention VSVPWM strategy are analyzed in detail. It is found that the THD of the line voltage in the 3L-NPC converter is very high when the conventional VSVPWM strategy is adopted. Second，the proposed VSVPWM strategy based on modulation ratio tracking is proposed in detail. It can be concluded that in the 3L-NPC converter with the proposed VSVPWM strategy when the modulation ratio is equal to the ratio of the virtual medium vector amplitude to medium vector amplitude，the minimum harmonic of the line voltage is achieved. At last， a 3L-NPC converter model in Matlab/Simulink is built to verify the proposed VSVPWM∗收稿日期：2022-06-12基金项目：国家自然科学基金资助项目（52107044）， National Natural Science Foundation of China（52107044）作者简介：李伟（1989—），男，湖南长沙人，湖南大学助理研究员，博士† 通信联系人，Email：*******************.cn文章编号：1674-2974（2023）10-0101-11DOI：10.16339/ki.hdxbzkb.2023243湖南大学学报（自然科学版）2023 年strategy， and the simulation results demonstrate that the proposed VSVPWM strategy is very simple， correct， and effective.Key words：power electronics；converter；3L-NPC converter；SVPWM；harmonic of the AC voltage相对于两电平电压源型变换器，二极管钳位型三电平（Neutral Point Clamped Three-Level，3L-NPC）变换器具有较低的输出电压谐波含量、开关管电压应力与电磁干扰等优点，已经被广泛应用于新能源发电、有源电力滤波器、高压直流输电、电机驱动等中高压、大功率场合［1-2］.交流侧电压的总谐波畸变率（Total Harmonic Distortion，THD）是衡量3L-NPC变换器性能优劣的重要指标，它与调制策略的关系密切［3-6］.3L-NPC变换器调制策略主要有载波调制和空间矢量调制（Space Vector Pulse Width Modulation， SVPWM）两种，国内外众多研究者对这两种调制策略进行了广泛、深入的研究［6-10］.文献［7］对载波调制、SVPWM策略之间的关系及其统一理论进行了研究，发现相比于载波调制策略，SVPWM策略的电压利用率提高了15%.但是，SVPWM策略无法根据调制比的变化实时控制交流侧电压谐波与钳位电容电压.虚拟空间矢量调制（Vir⁃tual Space Vector Pulse Width Modulation， VSVPWM）策略是解决这些问题的有效方法［8-9］.有很多文献对VSVPWM策略进行了深入研究［10-15］.文献［10-11］通过构建包含优化因子的最近三虚拟空间矢量模型合成参考电压矢量，并根据中点电压实时反馈较好地实现了钳位电容电压平衡与交流侧电压谐波控制，但是方法复杂，计算量大.文献［12］通过重新定义虚拟矢量，能够使共模电压减小一半，但是所提VSVPWM策略的电压谐波控制能力弱.文献［13］对增大开关损耗、交流侧电压谐波畸变率的窄脉冲进行了研究，并通过对开关矢量作用时序进行优化调整，在不影响空间矢量合成的前提下避免了绝大部分的窄脉冲.文献［14-15］对采用VSVPWM策略的3L-NPC变换器钳位电容电压、线电压谐波等进行了优化，但是都没有考虑虚拟矢量幅值、调制比与线电压谐波之间的关系.总之，传统VSVPWM策略中，由于参考矢量经过的小三角形区域太多导致该策略在减小开关损耗、抑制交流侧电压畸变率方面存在较大的局限性.针对采用VSVPWM策略的3L-NPC变换器交流侧电压谐波抑制难题，本文设计了一种基于调制比跟踪的高效VSVPWM策略.首先分析了传统VSVPWM策略中小三角形区域划分方法的不足；然后详细设计了基于调制比跟踪的VSVPWM策略，分析了该策略抑制交流侧线电压谐波的机理及该策略与传统VSVPWM策略之间的关系.所设计的改进VSVPWM策略简单、有效，且在虚拟中矢量幅值与传统中矢量幅值的比值等于调制比时线电压总谐波畸变率取得的最小值.最后，在基于Matlab/Simulink的仿真实验平台上对本文所设计的VSVPWM策略进行了验证.1 3L-NPC拓扑与传统SVPWM策略1.1 3L-NPC变换器拓扑结构典型3L-NPC变换器的拓扑结构如图1所示.该变换器由三个单相二极管钳位型三电平变换器桥臂（a、b、c）并联组成，S1a~S4a、S1b~S4b、S1c~S4c为全控型开关，D1~D6为钳位二极管；交流侧连接三相对称交流，R、L分别为电阻、电感；直流端由两个钳位电容C1、C2串联组成.1.2 传统SVPWM策略定义每相的开关函数S i（i=a、b、c），P、O、N为开关函数状态，当S i=P时，S1i、S2i开通，S3i、S4i关段；当S i=图1 3L-NPC变换器拓扑结构Fig.1 Topology of 3L-NPC converters102第 10 期李伟等：基于调制比跟踪的三电平变换器VSVPWM策略研究O时，S2i、S3i开通，S1i、S4i关段；当S i = N时，S3i、S4i开通，S1i、S2i关段，Si的表达式如式（1）所示.S i=ìíîïïïP，S1i，S2i onO，S2i，S3i on i=a，b，cN，S3i，S4i on（1）显然，每相的S i有三种取值，表示每相桥臂具有三种开关状态，因此，三相桥臂具有27种开关状态，分别对应27种基本电压矢量，包括3个零矢量、6个负小矢量、6个正小矢量、6个中矢量、6个大矢量，如表1所示.SVPWM策略的空间矢量图与这27个电压矢量在该矢量图中的关系如图2所示.定义调制比m为：m=d=d式中：U ref为交流侧a、b、c三相相电压幅值；Uα为三相交流电压转换为αβ两相后在α轴的电压分.在SVPWM策略的电压矢量图中，一般将基本电压矢量图分成6个扇区，每个扇区分成6个小三角形区域，如图2所示［6-7］.这种方法虽然简单，但是无法灵活地选择基本矢量，无法灵活地控制钳位电容电压与三相交流侧电压谐波.因此，一些能够灵活地调节交流侧电压谐波、并能更好地控制钳位中点电压的算法得到了广泛关注，如VSVPWM策略［8-9］.1.3 传统VSVPWM策略VSVPWM策略的基本思想是用小矢量和中矢量合成虚拟矢量，并构造新的虚拟空间矢量图；然后在新构造的虚拟空间矢量图中确定合成参考矢量的基本虚拟矢量，并计算各基本虚拟矢量的作用时间；最后确定各基本矢量的作用时间与作用顺序.VSVPWM策略中大扇区的划分方法与传统SVPWM策略相同；小三角形区域的划分方法与传统SVPWM策略不同，如图3所示.VSVPWM中每个扇区被分成5个小三角形区域.传统VSVPWM策略中，大矢量不变，A扇区的虚拟小矢量和虚拟中矢量的表达式为：ìíîïïïïïïV V1=12V1p+12V1nV V2=12V2p+12V2nV V7=13(V2p+V1n)+13V7=23V7（2）式中：V1p、V2p为正小矢量；V1n、V2n为负小矢量；V7为中矢量；V V1、V V2为虚拟小矢量；V V7为虚拟中矢量.由图3（b）与式（2）可知，基本虚拟矢量能够增加各小三角形区域中合成参考电压矢量的基本电压矢量数，从而增加钳位电容电压控制能力.在传统VSVPWM策略中，虚拟中矢量幅值与调制比之间的关系影响参考矢量经过的小三角形区域，进而影响基本矢量的选择，如图4所示.当0.5 < m<3/3时，小三角形分布如图4（a）所示，V经过扇区A的路径为A1→A2→A1.当3/3 < m < 2/3时，小三角形分布如图4（b）所示，V经过扇区A的路径为A3→A2→A4.当m = 2/3时，小三角形分布如图4（c）所示，V经过扇区A的路径为A3→A4.同理，当m > 2/3时，V经过扇区A的路径为A3→A5→A4.显然，当m =表1 SVPWM的基本电压矢量Tab.1 Basic voltage vectors of SVPWM分类零矢量负小矢量正小矢量中矢量大矢量基本电压矢量V0（［OOO］，［PPP］，［NNN］）V1n（［POO］），V2n（［PPO］），V3n（［OPO］），V4n（［OPP］），V5n（［OOP］），V6n（［POP］）V1p（［ONN］），V2p（［OON］），V3p（［NON］），V4p（［NOO］），V5p（［NNO］），V6p（［ONO］）V7（［PON］），V8（［OPN］），V9（［NPO］），V10（［NOP］），V11（［ONP］），V12（［PNO］）V13（［PNN］），V14（［PPN］），V15（［NPN］），V16（［NPP］），V17（［NNP］），V18（［PNP］）图2 3L-NPC空间电压矢量及其电压矢量图Fig.2 Voltage vectors and voltage vector diagram of SVPWMstrategy in 3L-NPC converter103湖南大学学报（自然科学版）2023 年2/3时，V 经过的小三角形区域最少，因此基本电压矢量变化次数最少，电压波形的畸变率最小.但是，当m ≠ 2/3时，无法得到最小的交流侧电压谐波，即传统VSVPWM 策略无法随着调制比的变化优化交流侧电压谐波.2 基于调制比跟踪的VSVPWM 策略针对传统VSVPWM 策略的问题，本文提出了一种基于调制比跟踪的VSVPWM 策略，该策略能够显著减小交流侧电压谐波.在该策略中，6个大扇区的划分方法与SVPWM 和传统VSVPWM 策略一致.大扇区中小三角形区域的划分方法如图5（a ）、5（b ）、5（c ）所示，当m <3/3时，V 落在小三角形区域A 1，如图5（a ）所示，此时q 不随m 的变化而变化；当m >3/3时，V 落在小三角形区域A 2~A 5，当q 取两种不同值q 1、q 2时，得到如图5（b ）、5（c ）所示的A 扇区小三角形划分.在所提出的VSVPWM 策略中，图6为V 在A 扇区的运动情况，由图6可知，当m =q 时，V 经过扇区A 的路径为A 3→A 4，显然此时V 在A 扇区经过的小三角形区域最少，电压谐波最小.在基于调制比跟踪的VSVPWM 策略中，虚拟大矢量不变；虚拟小矢量由正、负小矢量合成；虚拟中矢量由正、负小矢量和中矢量合成.虚拟小矢量和虚拟中矢量的表达式如式（3）所示.ìíîïïïïV V1=p V 1p +(1-p )V 1n ，0≤p ≤1V V2=p V 2p +(1-p )V 2n ，0≤p ≤1V V7=r (V 2p +V 1n )+s V 7=(r +s )V 7=q V 7，0<q ≤1（3）式中：p为正小矢量在虚拟小矢量中的比重；r 为正、负小矢量合成的矢量在虚拟中矢量中的比重；s 为中矢量在虚拟中矢量中的比重，q = r +s .由式（3）可知，正、负小矢量幅值大小可变，虚拟（a ）VSVPWM 的空间矢量图（b ）A 扇区空间矢量图图3 3L-NPC 中传统VSVPWM 的空间矢量图Fig.3 Voltage vector diagram of conventional VSVPWM strategy in 3L-NPC converter（a ）0.5 < m < 3/3 （b ）3/3 < m < 2/3 （c ）m = 2/3图4 传统VSVPWM 策略中不同m 时A 扇区小三角形的划分方法Fig.4 Division method of triangular regions of sector A with different m in conventional VSVPWM strategy104第 10 期李伟等：基于调制比跟踪的三电平变换器VSVPWM 策略研究中矢量幅值大小可变，中矢量在虚拟中矢量中的比重可变.此外，在所提出的VSVPWM 策略中，A 扇区不同小三角形区域的基本电压矢量如表2所示，依此类推，可以得到其他扇区对应的基本电压矢量.在所提出的VSVPWM 策略中，当m <3/3时，V 所在的位置为小三角形区域A 1，当1 > m > 3/3时，V 只会经过A 3、A 4小三角形区域，为了计算各小三角形区域的位置，本文定义图7所示的坐标系.通过判断小三角形与辅助直线的位置关系，可以得出小三角形位置计算公式，如：小三角形A 3的位置条件如式（4）所示.3U r β-3U r α<0（4）采用与式（4）类似的方法可以得到A 4小三角形区域的位置计算公式如表3所示.本文所提出的VSVPWM 策略采用最近三矢量法合成参考电压矢量，然后根据伏秒平衡原理计算各基本电压矢量的作用时间.例如，图8中，当参考矢量V 落在小三角形区域A 3时，令V V1、V V7、V V13作用图6 A 扇区中m 、q 之间的关系Fig.6 Relationship between m and q in sector A表2 A 扇区不同三角形区域的基本电压矢量Tab.2 Basic voltage vectors of Sector A区域A 1A 3A 4基本电压矢量V 1n （［POO ］），V 1p （［ONN ］），V 2n （［PPO ］），V 2p （［OON ］）V 1n （［POO ］），V 1p （［ONN ］），V 2p （［OON ］），V 7（［PON ］），V 13（［PNN ］）V 2n （［PPO ］），V 2p （［OON ］），V 1n （［POO ］），V 7（［PON ］），V 14（［PPN ］）图7 计算小三角形位置的A 扇区Fig.7 Sector A to calculate small triangle regions （a ）q =q 0 （b ）q =q 1 （c ）q =q 2图5 基于调制比跟踪的VSVPWM 策略中A 扇区小三角形划分方法Fig.5 Division method of triangular regions of sector A in proposed VSVPWM strategy表3 A 扇区各小三角形区域位置的判断方法Tab.3 Method to decide triangle regions of sector A小三角形区域A 1A 3A 4条件m < 3/3ìíîïïm >3/33U r β-3U r α<0ìíîïïm >3/33U r β-3U r α>0105湖南大学学报（自然科学版）2023 年一段时间产生的矢量在αβ坐标轴上的投影与V 在αβ坐标轴上的投影分别相等，即可得到式（5）.ìíîïïïïïïïïïïïU α=T 1T s ||V V1+T 13T s ||VV13+T 7T s ||V V7cos (π6)U β=T 7T s ||V 7sin (π6)T 1T s +T 7T s+T 13T s =1（5）式中：T 1为电压矢量V V1的作用时间；T 7为电压矢量V V7的作用时间；T 13为电压矢量V V13的作用时间；T s 是开关周期.由式（5）得到T 1、T 7、T 13分别与T s 的比值的计算公式如式（6）所示.ìíîïïïïïïïïT 1T s =-3qu α+3(3q -4)u βqu dc +2T 7T s=T 13T s =dc -1（6）同理，当参考电压矢量V 落在A 扇区其他小三角形区域时，采用相同的方法可以得到各基本矢量的作用时间与开关周期的比值如表4所示.本文采用九段法确定基于调制比跟踪的VSVPWM 策略中各基本电压矢量的作用顺序.表5为参考电压矢量落在扇区A 不同小三角形区域时，在一个周期内，各基本电压矢量的作用顺序.由表5可知，采用基于调制比跟踪的VSVPWM 策略时，每个小三角形区域中的电压矢量包含所有的基本电压矢量，且所有电压矢量的作用顺序遵循相邻两个开关状态之间只有一相的状态发生变化，并且只在P 和O 或O 和N 之间变化的开关规则.图9为参考矢量在A 3小三角形区域时，S 1a -S 2a 、S 1b -S 2b 、S 1c -S 2c 的PWM 信号.由于S 1a 、S 3a 互补导通，S 2a 、S 4a 互补导通，所以通过求反，由S 1a 、S 2a 开关信号可以直接得出S 3a 、S 4a 开关信号；同理，可以得出S 3b 、S 4b ，S 3c 、S 4c 的开关信号.由图9可知，在一个开关周期内，各开关对应的PWM 脉冲沿T s /2轴对称，且最多分别开通/关断一次，非常容易由微控制器（如单片机、数字信号处理器等）实现.开关矢量在其他扇区、其他小三角形区域时，具有相同的特性.综上所述，从工程角度看，本项目所提出的调制策略具有较强的实用性 .此外，由所设计的基于调制比跟踪的VSVPWM 策略可知，该方法只需计算三个小三角形区域的作用时间与开关矢量作用顺序，因此简单，能够大幅减小调制算法的计算量.3 中点电压平衡在3L-NPC 变换器中，钳位电容电压不平衡是由于流入和流出钳位中点的不平衡电流造成的.当采用SVPWM 策略时，大矢量和零矢量引起的中点电流为零，中矢量和小矢量引起的中点电流可为正也可为负.图1中，定义流出中点为i o1一致电流方向、流图8 计算参考矢量作用时间的A 扇区Fig.8 Sector A to calculate vector action time表4 A 扇区各小三角形区域中三个基本电压矢量的作用时间Tab.4 Vector action time of each small triangle region of sector A小三角形区域A 1A 3A 4矢量1T 0T=-3u -3u +1T 1T s =+2T 2T s =dc+2矢量2T 1T s =3u -3uT 7T s =T 7T s =dc矢量3T 2T =23u T 13T=-1T 14T s =dc-1106第 10 期李伟等：基于调制比跟踪的三电平变换器VSVPWM 策略研究入中点为i o1非一致电流方向，得到中矢量和正、负小矢量及其开关状态对应的中点电流信息如表6所示.由表可知，每对正、负小矢量引起的中点电流方向相反；中矢量引起的中点电流方向取决于负载电流的方向.在所提出的调制策略中，矢量作用产生的钳位电容电压差与中点电流满足如下关系式：ΔV o1=1C∫ττ+T s i o1d t（7）式中：ΔV o1为两个钳位电容电压差值的变化量；C 是单个钳位电容的电容值.由式（7）可知，采用所提出的VSVPWM 策略，当矢量V 落在任意扇区、任意小三角形区域时，ΔV o1在一个周期内的变化量计算公式如下：Δ(ΔV o1)=T us i us+T ls i ls +T m i mC（8）式中：T us 、T ls 、T m 分别为正、负小矢量，中矢量在一个周期内的作用时间；i us 、i ls 、i m 分别为正、负小矢量，中矢量单独作用时，中点电流在一个周期内的值.在三相交流电平衡工况时，发电机输出三相交流电流满足如下关系：i a +i b +i c =0（9）根据式（8）、式（9），得到V 落在A 、B 扇区的不同小三角形区域时调制策略产生的钳位电容电压差，分别如表7、表8所示.其中，T x_Ay 、T x_By 分别为A 、B 扇区，y 小三角形区域中，基本三矢量中矢量x 的作用时间，其中，x 可以取1、2、3.为了使中点电压平衡，本文令第n 次采样得到的钳位电容电压差Δu c （n ）与第n +1次VSVPWM 策略产生的Δ（ΔV o1）（n +1）满足如下关系：Δ(ΔV o1)(n +1)=Δu c(n )（10）采用本项目所提出的基于调制比跟踪的VSVPWM 策略时，q =m ，所以，根据式（10）、表7与三表8 B 扇区时的Δ（ΔV o1）Tab.8 Δ（ΔV o1） in sector B小三角形区域B 1B 3B 4Δ（ΔV o1）(2p -1)T 2_B1i c +(1-2p )T 3_B1i b C(2p -1)T 1_B3i c +T 2_B3i aC(1-2p )T 1_B4i b +T 2_B4i aC表5 A 扇区各小三角形区域中电压矢量作用顺序Tab.5 Voltage vector action sequence of each smalltriangle region of sector A小三角形区域A 1A 3A 4电压矢量作用顺序PPO ， POO ， OOO ， OON ， ONN ， OON ， OOO ， POO ， PPO PPO ， POO ， PON ， PNN ， ONN ， PNN ， PON ， POO ， PPO PPO ， PPN ， PON ， OON ， ONN ， OON ， PON ， PPN ， PPO表7 A 扇区时的Δ（ΔV o1）Tab.7 Δ（ΔV o1） in sector A小三角形区域A 1A 3A 4Δ（ΔV o1）(1-2p )T 2_A1i a +(2p -1)T 3_A1i cC(1-2p )T 1_A3i a +s -rq T 2_A3i bC(2p -1)T 1_A4i c +s -rq T 2_A4i bC图9 S 1a -S 2a 、S 1b -S 2b 、S 1c -S 2c 的PWM 脉冲Fig.9 PWM pulse of S 1a -S 2a 、S 1b -S 2b 、S 1c -S 2c表6 中、小矢量产生的中点电流Tab.6 Midpoint currents of medium and small vectors正小矢量V 1p （［POO ］）V 2p （［PPO ］）V 3p （［OPO ］）V 4p （［OPP ］）V 5p （［OOP ］）V 6p （［POP ］）i o1-i a i c -i b i a -i c i b 负小矢量V 1n （［ONN ］）V 2n （［OON ］）V 3n （［NON ］）V 4n （［NOO ］）V 5n （［NNO ］）V 6n （［ONO ］）i o1i a-i c i b -i a i c -i b 中矢量V 7（［PON ］）V 8（［OPN ］）V 9（［NPO ］）V 10（［NOP ］）V 11（［ONP ］）V 12（［PNO ］）i o1i b i a i c i bi a i c107湖南大学学报（自然科学版）2023 年相电流即可确定参数p、r、s的值.此外，为了避免窄脉冲，p取值小于0.8且大于0.2，r、s的取值小于0.8q且大于0.2q，其他扇区中参数p、r、s的计算方法与此类似.传统VSVPWM中，s=r，由表7可知，此时在A2~A4区域，虚拟中矢量对钳位电容电压没有影响，因此传统VSVPWM策略的钳位中点电压平衡能力差.在本文所提出的VSVPWM策略中，s ≠ r，因此具有更强的矢量调节能力以及中点电压平衡能力.由表8可知，B扇区中，中点电压与s、r无关，表明当V落在B扇区时，改变s、r无法改变钳位电容电压差，只能通过调节p调节中点电压.因此，相比于A 扇区，参考矢量在B扇区时的中点电压调节能力相对较弱；同理D、F扇区的中点电压调节能力弱于C、E扇区.因为扇区A、C、E具有相似的性质，所以通过扇区A的坐标平移变换可以直接得到C、E扇区中p、s、r 的计算方法.同理，在B、D、F扇区，通过扇区B的坐标平移变换可以直接得到D、F扇区中p、s、r的计算方法.4 仿真实验验证为了证明本文所提出的基于调制比跟踪的3L-NPC变换器VSVPWM策略的正确性和有效性，本文搭建了基于Matlab/Simulink的3L-NPC变换器仿真模型，并进行了仿真实验，仿真参数见表9.图10为m=0.9时，小三角形区域与时间的关系，表明参考矢量只在小三角形区域3、4之间交替变化.图11（a）为采用传统VSVPWM调制策略时，线电压的THD图，此时线电压的THD为43.18%.图11（b）、图11（c）为采用本文所提出的基于调制比跟踪的VSVPWM策略时，线电压的THD图.图11（b）中，m=q=0.9、THD为36.64%；图11（c）中，m=0.9，q= 0.99THD，为39.49%.显然，采用本文所提出的基于调制比跟踪的VSVPWM策略可以显著降低线电压的THD值.m不变时，采用本文所提出的基于调制比跟踪的VSVPWM策略产生的线电压THD与q之间的关系如图12所示，其中，m = 0.9.由图12可知，当m确定，q变化时，线电压THD存在一个最小值点，当q取0.9表9 3L-NPC变换器Matlab/Simulink参数Tab.9 Parameters of 3L-NPC converter inMatlab/Simulink参数额定输入电压/V额定功率/kW钳位电容C1和C2 /μF交流侧电感L /mH交流侧电阻R /Ω开关频率/kHz钳位电容电压采样周期 /ms 数值5 0008004 7005105 0000.000 2图10 m=0.9时的小三角形区域Fig.10 Small triangle region when m=0.9（a）采用传统VSVPWM调制策略产生的线电压THD（b）采用本文所提VSVPWM策略且q=m=0.9产生的线电压THD（c）采用本文所提VSVPWM策略且q=0.99，m=0.9产生的线电压THD图11 3L-NPC线电压THD图Fig.11 THD of line voltage in 3L-NPC108第 10 期李伟等：基于调制比跟踪的三电平变换器VSVPWM 策略研究约等于m 时，得到最小的线电压THD.图13为3L-NPC 变换器最小线电压谐波对应的q 与m 之间的关系，由图13可知，当m = q 时，取得最小线电压谐波.显然，仿真结果证明本文所设计的基于调制比跟踪的VSVPWM 策略是正确有效的.图14、图15为3L-NPC 变换器相电压、线电压波形图，其中m = q = 0.9；图16为m = 0.57 <3/3时的线电压波形.由图14~图16可知，仿真实验得到的电压、电流波形与理论分析一致.图17为采用本文所提出的基于调制比跟踪的VSVPWM 策略，且q =m =0.9时，不同扇区对应的钳位电容电压波形.由图可知，B 、D 、F 扇区对应的钳位电容电压差较大，表明这些扇区的中点电压调节能力较弱，与本文理论分析结论一致，且中点电压波动幅度=15/5 000=0.3%，在常规工程要求范围之内.图18为采用本文所提出的基于调制比跟踪的VSVPWM 策略，且q =m =0.9时，参考矢量在A 3区域时，S 1a ~S 4a 在一个周期内的PWM 脉冲.由图可知，这些PWM 脉冲与本文的理论分析结论一致，表明本文所提出的VSVPWM 策略容易在单片机、数字信号处理器等硬件平台上实现.图12 q 取不同值时的线电压THDFig.12 THD of line voltage when different qis implemented（a ）最小线电压THD 与m之间的关系（b ）最小线电压THD 对应的q 、m图13 最小线电压THD 与m 、q 之间的关系Fig.13 Relationship between minimum THD of linevoltage and m ，（a ）a相电压（b ）ab 两相间的线电压图14 m = q = 0.9时的相电压、线电压Fig.14 Phase voltage and line voltage when m = q= 0.9（a ）三相相电流（b ）线电压图15 m = q = 0.9时的三相相电流、线电压Fig.15 Phase currents and line voltages when m = q = 0.9109湖南大学学报（自然科学版）2023 年5 结论本文针对采用传统VSVPWM 策略的三相3L-NPC 变换器交流侧线电压谐波污染严重的问题，提出了一种基于调制比跟踪的VSVPWM 策略；通过分析调制比与虚拟中矢量之间的关系，提出了一种优化线电压谐波的方法；并在Matlab/Simulink 仿真平台上对该方法进行了仿真实验验证.理论分析和仿真实验结果表明，相比于传统SVPWM 与VSVPWM策略，所提出的VSVPWM 策略简单、有效；当虚拟中矢量幅值与传统中矢量幅值的比值等于调制比时，线电压总谐波畸变率取得最小值；所提出的调制策略能够有效地控制中点电压.参考文献［1］陈仲，许亚明，那显龙．基于中点电流的三电平NPC 逆变器电容电压均衡控制分析［J ］．中国电机工程学报，2016，36（19）：5308-5317．CHEN Z ，XU Y M ，NA X L ．Analysis of a new voltagebalance（a ）ab相间线电压（b ）ab 、bc 、ca 相间线电压图16 m = 0.57时的线电压Fig.16 Line voltages when m =0.57图17 钳位电容电压与扇区Fig.17 Voltages of the clamped capacitors and sectors（a ）S 1a 开关信号（b ）S 2a 开关信号（c ）S 3a 开关信号（d ）S 4a 开关信号图18 S 1a ~S 4a 在一个周期内的PWM 脉冲Fig.18 PWM pulse of S 1a ~S 4a in a cycle110第 10 期李伟等：基于调制比跟踪的三电平变换器VSVPWM策略研究method for three-level NPC inverters based on neutral-pointcurrent［J］．Proceedings of the CSEE，2016，36（19）：5308-5317．（in Chinese）［2］吴可丽，夏长亮，张云，等．二极管钳位型三电平逆变器共模电压抑制［J］．电工技术学报，2015，30（24）：110-117．WU K L，XIA C L，ZHANG Y，et al．Common-mode voltagesuppression for neutral-point-clamped three-level inverter［J］．Transactions of China Electrotechnical Society，2015，30（24）：110-117．（in Chinese）［3］肖牧轩，欧阳红林，朱颖达，等．基于载波实现的多电平SVPWM调制策略［J］．湖南大学学报（自然科学版），2020，47（8）：82-95．XIAO M X，OUYANG H L，ZHU Y D，et al．An multilevelSVPWM implementation based on carrier modulation［J］．Journalof Hunan University （Natural Sciences），2020，47（8）：82-95．（inChinese）［4］王辉，谭维胜，瞿超杰．中点钳位H桥五电平逆变器空间矢量脉宽调制方法研究［J］．湖南大学学报（自然科学版），2012，39（4）：42-47．WANG H，TAN W S，QU C J．Research on SVPWM method forfive-level neutral-point-clamped（NPC）H-bridge inverter［J］．Journal of Hunan University （Natural Sciences），2012，39（4）：42-47．（in Chinese）［5］张越雷，高剑，黄守道，等．SVPWM调制策略下永磁同步发电机损耗分析［J］．湖南大学学报（自然科学版），2016，43（10）：87-93．ZHANG Y L，GAO J，HUANG S D，et al．Stator losses ofpermanent magnet synchronous generator under SVPWMmodulation［J］．Journal of Hunan University （Natural Sciences），2016，43（10）：87-93．（in Chinese）［6］姜卫东，王群京，陈权，等．考虑中点电压不平衡的中点箝位型三电平逆变器空间矢量调制方法［J］．中国电机工程学报，2008，28（30）：20-26．JIANG W D，WANG Q J，CHEN Q，et al．SVPWM algorithm forNPC three-level VSI considering unbalance neutral point voltage［J］．Proceedings of the CSEE，2008，28（30）：20-26．（inChinese）［7］刘云峰，何英杰，陈娟，等．二极管钳位多电平空间矢量与载波调制策略统一理论研究［J］．中国电机工程学报，2015，35（5）：1203-1210．LIU Y F，HE Y J，CHEN J，et al．Research of the unity theorybetween space vector and carrier-based PWM modulation strategyin diode clamped multilevel inverters［J］．Proceedings of theCSEE，2015，35（5）：1203-1210．（in Chinese）［8］JIANG W D，DU S W，CHANG L C，et al．Hybrid PWM strategy of SVPWM and VSVPWM for NPC three-level voltage-sourceinverter［J］．IEEE Transactions on Power Electronics，2010，25（10）：2607-2619．［9］姜卫东，赵德勇，胡杨，等．基于载波实现的二极管钳位型三电平逆变器虚拟空间矢量脉宽调制方法［J］．电工技术学报，2016，31（12）：153-160．JIANG W D，ZHAO D Y，HU Y，et al．Carrier-based virtualspace vector pulse width modulation for diode clamped three-levelinverter［J］．Transactions of China Electrotechnical Society，2016，31（12）：153-160．（in Chinese）［10］范波，赵伟刚，刘刚，等．基于优化虚拟矢量的三电平逆变器中点电位平衡闭环控制［J］．电工技术学报，2015，30（4）：179-186．FAN B，ZHAO W G，LIU G，et al．Closed-loop control of neutral-point voltage balance based on the optimized virtual space vectorfor three-level inverter［J］. Transactions of China ElectrotechnicalSociety，2015，30（4）：179-186．（in Chinese）［11］桂石翁，吴芳，万山明，等．变虚拟空间矢量的三电平NPC变换器中点电位平衡控制策略［J］．中国电机工程学报，2015，35（19）：5013-5021．GUI S W，WU F，WAN S M，et al．A strategy for consideringneutral-point potential balance for three-level NPC inverters withthe varied virtual space vector［J］．Proceedings of the CSEE，2015，35（19）：5013-5021．（in Chinese）［12］王志强，邓臣臣，谷鑫，等．基于中点钳位型三电平逆变器的改进型虚拟空间矢量调制策略［J］. 电工技术学报，2017，32（18）：230-238．WANG Z Q，DENG C C，GU X，et al．The improved virtual spacevector modulation strategy based on neutral-point-clamped three-level inverter［J］．Transactions of China Electrotechnical Society，2017，32（18）：230-238．（in Chinese）［13］李敏裕，马晓军，魏曙光，等．三电平虚拟空间矢量脉宽调制算法窄脉冲抑制研究［J］．电工技术学报，2018，33（14）：3264-3273．LI M Y，MA X J，WEI S G，et al．Research on narrow pulsesuppression of three-level virtual space vector pulse widthmodulation algorithm［J］．Transactions of China ElectrotechnicalSociety，2018，33（14）：3264-3273．（in Chinese）［14］WU X，TAN G J，YE Z B，et al．Virtual-space-vector PWM for a three-level neutral-point-clamped inverter with unbalanced DC-links［J］．IEEE Transactions on Power Electronics，2018，33（3）：2630-2642．［15］XIANG C Q，SHU C，HAN D，et al．Improved virtual space vector modulation for three-level neutral-point-clamped converter withfeedback of neutral-point voltage［J］．IEEE Transactions onPower Electronics，2018，33（6）：5452-5464．111Copyright©博看网. 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三电平NPC变流器SVPWM算法研究

三电平NPC变流器SVPWM算法研究多电平变流器是目前电力电子技术研究的焦点之一，相对于传统两电平变流器优点明显，但其常用的空间电压矢量控制算法（SVPWM）也更加复杂。

文章阐述了三电平SVPWM算法的基本原理以及1 概述随着新能源的不断发展，尤其是风电技术等新能源电力技术的发展，变流器在电力系统中的重要性也越来越高。

而相对于传统两电平变流器，三电平变流器具有明显的优点，如主开关器件承受的电压和du/dt减小一半，输出电压谐波小等优点，具有广阔的前景和应用价值[1]。

空间矢量脉宽调制[1][2]具有输出电流谐波少、转矩脉动小、直流利用率高等优点，是三电平变流器控制的首选方案。

相对传统算法，文章阐述了一种相对简单的方式来得到所需的作用时间，只需一个大区域的18个作用时间即可得到所需的所有作用时间，另外以60度坐标系来判断扇区简化计算，使算法变得简单。

2 SVPWM算法三电平SVPWM算法根据参考电压矢量由幾个基本矢量合成的原则来进行三电平变流器的控制，根据所需量的先后顺序，可以分为区域判断、作用时间计算以及作用时间分配三个部分。

2.1 参考矢量所在区域判断与传统算法类似，我们将基本空间矢量区域划分为6个大扇区、24个小区域。

但与传统算法不同，这里采用60度g-h坐标系来划分区域，简化计算。

以公式（1）转换到60度g-h坐标系后，以下列规则判断大扇区：N=1时，Vg>0且Vh>0；N=2时，Vg0且Vg+Vh>0；N=3时，Vg0且Vg+Vh0且Vh0且Vh0；2.2 作用时间计算判断完参考矢量在具体某一个区域之后，我们就可以根据伏秒平衡原理预先计算各个基本矢量所需的时间。

首先需要找到合成参考矢量所需的三个基本矢量V1、V2、V3，然后根据下面进行计算：V1T1+V2T2+V3T3=VrefTs （2）T1+T2+T3=Ts （3）类似地可以得到参考电压矢量在其他区域时的各基本矢量的作用时间，需要将各个区域所有基本矢量作用时间都计算出来，方便在使用时直接提取数据。

基于三电平的优化SVPWM算法研究

基于三电平的优化SVPWM算法研究周磊;郭前岗;周西峰;马永【摘要】For the basic relationship between SVPWM and SPWM modulation strategy theory, the three-level fast equivalent SVPWM algorithm based on the increase of zero voltage vector is put forward.The algorithm is based on the increase of the time to zero voltage vector function, and directly uses the reference voltage instantaneous value to calculate each phase bridge arm switch tube conduction time, thus not only removing the traditional calculation of trigonometric functions of SVPWM algorithm, but also reducing the THD.Finally, in the environment of MATLAB/Simulink simulation experiment, simulation results show that compared with traditional SVPWM algorithm, the three-level fast equivalent SVPWM algorithm has the advantages of simple implementation, short computing time, and small THD.%基于SVPWM与SPWM调制策略之间的基本关系原理,提出一种依据增加零电压矢量作用的三电平逆变器的快速等效SVPWM算法.此算法根据增加的零电压矢量作用时间的长短,并且直接利用参考电压的瞬时值来计算每相桥臂开关管的导通时间,不仅免去了传统SVPWM算法中的复杂三角函数计算,也减少了THD.最后,在MATLAB/Simulink 环境下进行系统的仿真实验.实验结果清楚地表明,所提的三电平逆变器的快速等效SVPWM算法相对于传统SVPWM算法具有实现简单、计算量少、THD小的优点.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2016(035)022【总页数】4页(P88-91)【关键词】SVPWM;SPWM;零电压矢量;瞬时值【作者】周磊;郭前岗;周西峰;马永【作者单位】南京邮电大学自动化学院,南京 210023;南京邮电大学自动化学院,南京 210023;南京邮电大学自动化学院,南京 210023;南京邮电大学自动化学院,南京 210023【正文语种】中文【中图分类】TM921在三电平调制策略的研究中，应用最广的依旧是正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation, SPWM)策略和空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM)策略[1]。

三电平NPC变流器SVPWM算法研究

三电平NPC变流器SVPWM算法研究作者：李兴熊明来源：《科技创新与应用》2016年第21期摘要：多电平变流器是目前电力电子技术研究的焦点之一，相对于传统两电平变流器优点明显，但其常用的空间电压矢量控制算法（SVPWM）也更加复杂。

空间矢量脉宽调制[1][2]具有输出电流谐波少、转矩脉动小、直流利用率高等优点，是三电平变流器控制的首选方案。

2 SVPWM算法三电平SVPWM算法根据参考电压矢量由几个基本矢量合成的原则来进行三电平变流器的控制，根据所需量的先后顺序，可以分为区域判断、作用时间计算以及作用时间分配三个部分。

2.1 参考矢量所在区域判断与传统算法类似，我们将基本空间矢量区域划分为6个大扇区、24个小区域。

但与传统算法不同，这里采用60度g-h坐标系来划分区域，简化计算。

三电平SVPWM与CBPWM算法的内在联系研究

三电平SVPWM与CBPWM算法的内在联系研究方辉;宋文胜;冯晓云;葛兴来;丁荣军【摘要】由于三电平中点钳位逆变器能有效提高逆变器系统容量和耐压水平,减少输出电压的谐波,所以其在中高压大容量电能变换领域中得到了广泛应用.为了揭示三电平中点钳位逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)和载波脉宽调制(CBPWM)算法的内在联系,本文首先分析了三电平SVPWM算法的原理,并根据调制度的大小将整个线性调制范围分为3段,然后根据脉宽调制的规则采样法,分别推导出了3个调制段内与SVPWM等效的CBPWM调制函数形式.理论研究表明:三电平SVPWM 算法是一种特殊形式的CBPWM算法.最后仿真和实验结果证明了理论分析的正确性和有效性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2014(029)010【总页数】8页(P19-26)【关键词】空间矢量脉宽调制;载波脉宽调制;三电平;调制函数【作者】方辉;宋文胜;冯晓云;葛兴来;丁荣军【作者单位】西南交通大学电气工程学院成都 610031;西南交通大学电气工程学院成都 610031;西南交通大学电气工程学院成都 610031;西南交通大学电气工程学院成都 610031;西南交通大学电气工程学院成都 610031;南车株洲电力机车研究所有限公司株洲 412001【正文语种】中文【中图分类】TM4641 引言脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）技术是交流调速系统的关键环节，其设计的好坏直接关系到整个系统的性能。

在高速列车牵引传动系统的变频调速系统中，牵引变流器的控制一般采用PWM 技术，常用的调制策略有载波脉宽调制（Carrier-Base PWM，CBPWM）和空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM）两种[1-6]。

SVPWM 从电机的角度出发，着眼于让电机获得幅值不变的圆形磁场，其直流电压利用率高，逆变器输出波形的谐波性能好。

三相三电平SVPWM整流装置的研究与设计的开题报告

三相三电平SVPWM整流装置的研究与设计的开题报告一、选题背景三相三电平SVPWM整流装置是电力系统中常用的一种高效、高可靠性变流方案，具有输出电压稳定、波形纹波小、噪声低等优点，广泛应用于交流传动和照明控制等领域。

但现有的SVPWM整流装置在控制策略和电路拓扑上仍存在一些问题，如复杂的控制算法、高成本的元器件、系统容易失稳等，因此对其进行改进和优化，提高其性能和可靠性，具有重要的实际意义。

二、选题目的本课题旨在针对现有SVPWM整流装置中存在的问题，采用新的控制策略和电路拓扑，设计出一种高效、低成本、稳定性强的三相三电平SVPWM整流装置，为实际工程应用提供一种可行的解决方案。

三、研究内容1. 研究SVPWM的基本原理、特点及其在三相三电平变流器中的应用。

2. 对比分析不同拓扑结构的三相三电平SVPWM整流装置，选择合适的电路结构。

3. 设计高性能、低成本的驱动电路，确保系统能够稳定工作。

4. 采用先进的控制算法，提高系统的响应速度和抗扰性。

5. 对整个系统进行仿真和实验验证，分析其性能及可靠性。

四、研究意义1. 优化SVPWM整流装置的控制策略和电路拓扑，提高其性能和可靠性。

2. 探究先进的控制算法在SVPWM整流装置中的应用，为实际工程应用提供借鉴和参考。

3. 设计成本低廉、性能稳定的三相三电平SVPWM整流装置，为交流传动和照明控制等领域提供节能、环保的解决方案。

五、研究方法1. 基于MATLAB等软件平台，进行理论求解和仿真分析。

2. 进行实验研究，收集实验数据，对结果进行分析。

3. 持续学习新的控制算法和电路设计技术，不断改进和优化方案。

六、研究进度安排阶段 | 完成时间 | 任务-|-|-第一阶段 | 2022.3-2022.5 | 研究SVPWM的基本原理、特点及其在三相三电平变流器中的应用，对比分析不同拓扑结构的三相三电平SVPWM整流装置。

第二阶段 | 2022.6-2022.8 | 设计高性能、低成本的驱动电路，并采用先进的控制算法。

三电平NPC变流器SVPWM算法研究

三电平NPC变流器SVPWM算法研究
李兴;熊明
【期刊名称】《科技创新与应用》
【年(卷),期】2016(0)21
【摘要】多电平变流器是目前电力电子技术研究的焦点之一，相对于传统两电平变流器优点明显，但其常用的空间电压矢量控制算法（SVPWM）也更加复杂。

文章阐述了三电平SVPWM算法的基本原理以及具体的算法步骤，并在MATLAB中进行了仿真验证，验证了三电平SVPWM算法的优点，对于进一步研究三电平变流器控制策略有一定参考价值。

【总页数】1页(P84-84)
【作者】李兴;熊明
【作者单位】西华大学电气与电子信息学院，四川成都 610000;西华大学电气与电子信息学院，四川成都 610000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.一种三电平NPC变流器SVPWM策略的新型等效算法研究
2.Ⅰ型NPC式三电平变流器的SVPWM算法研究
3.NPC三电平逆变器中点平衡SVPWM简化算法研究
4.基于60°坐标系的两电平和NPC型三电平逆变器SVPWM算法研究
5.NPC三电平逆变器SVPWM控制算法研究
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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。

三电平逆变器SVPWM过调制控制策略研究

策略在过调制范围内特性的上的应用。在六拍阶梯
矢量类型分布见表１。
ｉｐｎｏｐｎｐｐｎ
波工作状态下三相电压型逆变器输出的相电压基波
幅值为０．６３７Ｖｄ相比在线性调区输出的电压基波矢量最大幅值０．５７７。高出了１０％＿５］因此可知降低电
ｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｍｏｔｏｒｓｐｅｅｄａｎｄｅｘｐａｎｄｓｔａｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｒｅａ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒＵＳｅＳａｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ
位，较之ＳＰＷＭ技术，ＳＶＰＷＭ技术以其控制的简单
１三电平逆变器空间矢量与过调制
图１为三电平逆变器电压空间状态矢量图，其中
性，数字化的易实现性和具有良好的工作特性等优点，所以ＳＶＰＷＭ技术更适合于在数字化控制系统中应用。部分学者从２０世纪９０年代初开始研究ＳＶＰＷＭ
Ｘ／ｅＹｉｃｈｅｎ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｒｉｎｇ，ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ，ｔｈｉｓａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｗａｖｅｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅａｍｐｌｉｔｕｄｅ

具有中点电位平衡的船用变频器三电平SVPWM过调制技术

具有中点电位平衡的船用变频器三电平SVPWM过调制技术船用变频器是将电源直流电转化为交流电，用于控制船舶电机的速度和方向。

在控制电机时，为了保证电机运行的稳定性和效率，需要使用一种高效的过调制技术。

其中，三电平SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）是一种具有中点电位平衡的高效过调制技术，能够有效地控制电机的速度和方向，提高电机的运行效率。

三电平SVPWM通过调整电极上的电压，使得电机在不同的工作状态下产生不同的电压波形，从而实现对电机的控制。

其中，三电平SVPWM的中点电位平衡是指通过调整电压波形中的中点电位，使得电机在工作时不会出现电位偏移，从而保证电机运行的稳定性和效率。

具体来说，三电平SVPWM通过将三个相位的电压交错输出，来形成一个完整的电压波形。

其中，电压波形由两个相邻的电极和一个中点电位组成。

通过调整中点电位，可以实现对电机的控制，从而实现对电机的速度和方向的控制。

三电平SVPWM不仅具有中点电位平衡的优势，还具有高效、稳定、精度高的优点。

在实际的船舶应用中，三电平SVPWM 能够有效地提高电机的运行效率，延长电机的使用寿命，为船舶的安全运行提供了有力保障。

总之，作为一种高效的过调制技术，三电平SVPWM通过调整电压波形中的中点电位，实现了对电机的精准控制，具有高效、稳定、精度高等优点。

在船用变频器中的应用，能够提高电机的运行效率，延长电机的寿命，保障船舶的安全运行。

为了更清晰地了解三电平SVPWM对船用变频器的影响，下面列出相关的数据进行分析。

首先，我们可以考虑电机效率的提高。

通过使用三电平SVPWM，电机的效率可以得到提高。

根据相关统计数据，使用三电平SVPWM的船用变频器，其电机效率可以提高约10%。

这是因为三电平SVPWM具有中点电位平衡，可以避免电位偏移和电机的不稳定运行，从而提高电机的工作效率。

其次，我们可以考虑电机的寿命。

使用三电平SVPWM的船用变频器，其电机的寿命可以得到延长。

基于SVPWM算法的数字控制三电平逆变器的研究

基于SVPWM算法的数字控制三电平逆变器的研究【摘要】三电平逆变器属于电压型逆变器，它是多电平逆变器中比较有实用意义的一种电路，本文通过深入论述三电平逆变器SVPWM的基本原理及算法特点，总结了SVPWM的应用特点，为其能在工程领域应用提供一定的工程参考价值。

【关键词】逆变器；SVPWM；数字控制1.引言与传统的两电平逆变器相比，三电平逆变器自从上世纪80年代提出以后，逐步成为目前在系统设计和工程应用研究的热点之一。

三电平逆变器属于电压型逆变器，它是多电平逆变器中比较有实用意义的一种电路。

三电平逆变器具有好的输出电压、电流波形；器件具有两倍的正向阻断电压能力；能降低开关频率，从而使系统损耗减小让低压开关器件应用于高压逆变器中，然而由于其逆变状态比传统的两电平逆变器多若干倍，以及中点电压的不均衡问题给三电平逆变器带来了很多控制方面的复杂性。

多电平逆变器的思想提出至今，出现了许多控制方法，但归纳起来主要有三种：正弦载波PWM（SPWM）、选择性消谐波PWM （HEPWM）、空间矢量PWM（SVPWM）。

2.三电平逆变器SVPWM方法的原理空间矢量PWM（SVPWM）是国外学者在交流电机调速中提出的，是由磁通轨迹控制思想发展而来的，其物理概念清晰，能明显减少逆变器输出电流的谐波成分，以及输出电压利用率高、中点电位易于控制平衡和功率管的开关次数较少，更容易且适合数字化实现。

SVPWM一经问世，就成为三相逆变器中最重要的调制方式。

它用空间矢量的概念来计算开关作用时间，是一种简化的数字PWM 调制。

SVPWM又称磁链追踪型PWM法，它是从电动机的角度出发，其着眼点是如何使电动机获得圆磁场。

具体地说，它是以三相对称正弦波电压供电下三相对称电动机定子理想磁链圆为基准，由三相逆变器不同开关模式下所形成的实际磁链矢量来追踪基准磁链圆，在追踪的过程中，逆变器的开关模式作适当的切换，从而形成PWM波。

2.1 空间电压矢量的定义交流电机绕组的电压、电流、磁链等物理量都是随时间变化的，分析时常用空间矢量来表示。