电力驱动系统逆变器实时仿真

电力驱动系统逆变器实时仿真

摘要：因为电力驱动系统逆变器其自身在降低电流的谐波，并且对于电压其自

身存在的波形给予改善等方面和两电平并网逆变器相比有着较大的优势，基于此，本文将两级式的三相的电力驱动系统逆变器作为重点的研究对象，去对二极管钳

位型三电平逆变器主电路其自身的拓扑结构以及相关的工作原理，设置了三电平SVPWM算法的相关数学模型，同时使用Matlab去对其给予仿真的分析，去对电

力驱动系统逆变器实时仿真的可行性进行分析与总结。

关键词：三电平逆变器；空间电压矢量脉宽调制；simulink仿真

本文研究的并网逆变系统采用两级结构。第一阶段是用于降压 - 升压和最大

功率跟踪控制的直流转换电路。后一级是用于DC电源的DC-AC逆变器电路。反

转到AC，最后过滤输出与电网电压同步的电能。当前电驱动系统逆变器其自身的核心调制策略主要有正弦波脉冲宽度调制（SPWM）以及空间矢量脉冲宽度调制。尽管使用的SPWM这样的一种调制方法相对来说比较的简便，可是其自身的电压

使用效率相对要低一些。SVPWM的调制策略主要是使用空间电压矢量去进行切

换从而得到一个准圆形旋转的磁场，使其能够对于逆变器所需要实现的驱动控制

给予实现。电压利用率高并且其自身输出的谐波相对较小，算法比较灵活。因此，逆变器能够使用较低的频率去将更好的功率给予输出。

1 三电平SVPWM并网逆变器拓扑结构

三电平SVPWM拓扑结构使用两个串联电容器。两个串联电容用于将DC总线

电压二等分，以获得中间的第三级零电平。三相桥臂为A，B和C桥臂，每个桥

臂由四个串联的开关管组成，每个桥臂与一对串联钳位二极管并联连接到内部两

个开关管。中心抽头连接到中间的零电平以实现中点钳位，形成中点钳位型转换器。这种拓扑结构大大增加了电平数量，并且电平数量的增加导致更丰富的开关

矢量分量，并且由这些开关矢量合成的电压谐波分量将显着减小，并且将获得电

能质量有非常大的改善。

2 三电平SVPWM载体的合成

三相三电平逆变器可输出总共27个电压状态，包括6个长矢量，6个中矢量，12个小矢量和3个零矢量。由于这些向量的冗余，实际上只有19个基本向量。

实际上，Vref在三电平NPC逆变器的空间矢量图中逆时针旋转。在某一时刻，Vref将处于特殊三角形中以确定Vref所在的区域，从而确定用于合成它的基本矢量。

3 三电平SVPWM算法实现

Vref落入的正六边形主要是将其分成了6个不同的区域，而这几个区域每一

个还被分成了6个不同的小区域。首先，对于给定参考电压矢量其自身会被落入

到那个大的区域中，然后再去按照条件去对参考的矢量进行判断。然后再对于大

区域其中的哪一个小区域去对三个基本的复合矢量进行决定进行分析。然后按照

伏秒平衡原理去对三个基本矢量其自身的动作时间进行计算，同时对于给每一个

矢量其自身的时间进行分配，然后去对开关状态和以及合成Vref的三个基本矢量

其相对的动作序列进行有效的分析，最后去对开关设备其自身的驱动控制给予实现。

4 三电平SVPWM并网逆变器的仿真分析

为了能够说明级拓扑驱动信号的相关调制方法，在MATLAB中设置了三电平SVPWM并网逆变器的仿真模型。电流系统自身的仿真参数具体设置如下：直流

母线自身电压为400V，直流侧分流调节器值约为4700μF，采样时间保持在

0.00001；LC滤波器有自己的电感。滤波电容为IS；输出频率约为50 Hz，电阻负

载为RN =9Ω。通过仿真能够去对相电压以及线电压其自身的波形图进行获得，主要如图1所示。其自身获得的单极调制4管的驱动信号，还有就是最终被输出的

电压以及电流波形图其自身住可以说也是使用滤波电感作用而获得的一种滤波的

电容器。

图1 相电压和线电压所产生的仿真波形

图2 逆变器的驱动信号和输出的电压所产生的电流波形

通过仿真和比较分析，得到了两级三级谐波特性，证明三级具有谐波含量小，电能质量好的特点。

图3 两电平与三电平谐波对比分析

总结：

本文通过对于二极管钳位式逆变器拓扑结构所进行的分析，使用比较传统的

计算方式去对Simulink模型进行有效的搭建，并且使用和两电平的SVPWM逆变

器去完成对比和分析，其获得了三电平方案其自身所输出的电压波形相对较好并

且电流其自身的谐波更小等多种优势，明显地对于逆变器其多个方面的性能给予

改善，同时也对于本文所要进行研究的可行性进行了有效的验证。

参考文献：

[1]蔡凯，程善美.三电平SVPWM方案的实现[J].电气传动自动化，2008（4）：5.

[2]赵燚.离岸风电场大功率风能变换器及直流连接环节研究[D].河北科技大学

硕士学位论文，2015.

[3]王旭.基于FPGA的三电平SVPWM逆变器的设计[D].济南大学硕士学位论文，2014.