T型三电平变换器的虚拟SVPWM仿真研究毕业设计论文.doc

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1、 中国矿业大学徐海学院本科生毕业设计姓 名： 王瑞 学 号： 22110309 学 院： 中国矿业大学徐海学院 专 业： 电气工程及其自动化 设计题目：T型三电平变换器的虚拟SVPWM仿真研究 专 题： 指导教师： 叶宗彬 职 称： 副教授 年 月 徐州中国矿业大学徐海学院毕业设计任务书专业年级 电气11 学号 22110309 学生姓名 王瑞 任务下达日期：2014年 12 月 5 日毕业设计日期： 2015 年 3 月 7 日至 2015 年 6月 9 日毕业设计题目：T型三电平变换器的传统SVPWM仿真研究毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：【1】了解传统SVPWM调试的原理，理解

2、T型拓扑结构，三电平变换器功能【2】掌握传统SVPWM下的区域判断，时间计算【3】学会运用MATLAB/SIMULINK仿真【4】使用软件构建传统SVPWM的个个区域模块，时间模块构建，区域判断模块构建【5】在仿真构建T型拓扑下的三电平变换器并且通过传统SV调试导入其中12路脉冲出图【6】分析图像波形并且比较稳定性【7】寻找近5年的外文文献并且翻译指导教师签字：郑 重 声 明本人所呈交的毕业设计，是在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业设计的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人

3、和集体，均已在文中以明确的方式标明。本论文属于原创。本毕业设计的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期： 中国矿业大学徐海学院毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学徐海学院毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）

4、：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学徐海学院毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要 三相三电平逆变器具备输出电压谐波含量小及 小，EMI 小等优势，是高压大功率逆变器应用领域的专研的热门之一。三相二极管中点箝位型三电平逆变器是三相三电平逆变器的重点拓扑之一，已经在实践中运用。三相 T 型三电平变换器，是建立于三相二极管中点箝位型三电平逆变器中的一种改良拓扑构造。在这种逆变器（变换器）中，为

5、了使逆变器输出为三电平电压，每个桥臂经过反向串联的开关管完成中点箝位性能。该拓扑比三相二极管中点箝位型三电平拓扑每相减少了两个箝位二极管，能够降低耗损和缩减逆变器大小。 本文介绍了三相 T 型三电平变换器（逆变器）的拓扑，紧接着又解析了其工作原理和换流方式。并且通过运用Matlab的Simulink仿真出拓扑结构图，对空间矢量调制方法（svpwm）和实现具体步骤进行说明，其中包括空间矢量图的模型和各个区域矢量电压的时间和空间矢量的区域分类。通过Matlab/Simulink环境对这几种方法进行了仿真，仿真实验表明了这几种方法的有效性。 本文首先介绍了三电平逆变器的工作原理,以及空间电压矢量控制

6、技术的基本原理。其次,详细分析了传统三电平SVPWM算法,对每个主要模块都提出Matlab仿真方法,归纳总结仿真技巧关键词：三电平; 变换器（逆变器）; T型拓扑; 空间矢量脉冲调节ABSTACT There are several advantages of the three-phase three-level inverter. Its output voltage harmonic content as well as the value of dv/dt and EMI is quite small. So it is a hotspot in the high-pressure h

7、igh-power inverter application research. The three-phase diode-neutral-point-clamped three-level inverter is a main type of topology of three-phase three-level inverters and it has been widely applied. The three-phase T-type three-level inverter is an advanced type of topology based on the three-pha

8、se diode-neutral-point-clamped three-level inverter. The neutral point of the inverter is clamped by series-opposing switches of each bridge arm. In this way, the output voltage of the inverter has three levels.Compared with the three-phase diode-neutral-point-clamped three-level inverter, two clamp

9、ing diodes are reduced in each phase of the inverter, which can reduce the losses and inverter size. It is a very promising topology. Then simulations on the mentioned methods are conducted in the Matlab/Simulink environment,and the simulation results verify the effectiveness of these methods. At la

10、st, the hardware design of the three-phase T-type three-level grid-connected inverter is introduced. This paper firstly describes the operation Principle of Three一level Inverters,and the basic Principle of Space一Vector一PWM.Secondly,it analyses the common method of SVPWM,Provides two Simulation metho

11、ds for every important model,summarizes the simulation skills.Keywords:Diode: Three一level inverter. T-type SVPWM simulation目 录1 绪论11.1三电平研究的意义11.2三电平技术简介21.2.1定义21.2.2研究现状31.2.3拓扑结构41.2.4控制算法41.2.5优缺点42 三相 T 型三电平逆变器工作原理分析62.1三电平拓扑结构62.1.1概述62.2 多电平逆变器的拓扑研究62.2.1二极管箝位型逆变器62.2.2飞跨电容箝位型逆变器72.3三相 T 型三电平

12、逆变器原理分析82.3.1拓扑分析82.3.2换流过程分析93 三电平空间矢量原理123.1三电平空间矢量简绍123.2三电平 SVPWM 算法原理及控制策略133.2.1 两电平 SVPWM 算法原理143.2.2三电平 SVPWM 算法原理173.3 区域判断193.4时间计算213.5时间状态分配224 传统算法MATLAB仿真技巧及仿真实践244.1仿真思路244.1.1参考矢量采样运用合成法【9】24图4.1 参考电压矢量仿真图254.2区域判断254.3时间计算仿真264.4时间状态分配284.5 仿真波形分析314.6仿真总结345 总结与展望35参考文献37翻译部分38英文原文

13、38英文翻译45致 谢551 绪论1.1三电平研究的意义现在环境污染严重和能源资源短缺是人类当前面临的重大难题。从20世纪70年代以来前后度过了两次世界性能源危机。在现在环境状况十分糟糕的情况下世界各国已经对节能技术加大关注。我国动力能量消费和生产能名列世界前列,但还远远满足不了工业生产和人民生活日常所需。因为电能紧缺，正常的生产秩序被打乱,从而导致庞大的经济损失;在资源（能源）缺乏的情况下,仍然具有很严重的浪费现象。比如，在工业用电中，高压大功率电机下运行的风机、水泵这类设备就站很高的能源浪费比例，这些设施每天都在耗费大批的电能资源，假如采纳高压大容量变频调速安装策略拖动交流电机，对降低缩小

14、能耗能够带来显著效果2。在轧钢、水泥、煤炭、铁路及船舶等重工业和日常生活范畴也具备很大的一部分使用中容量高性能交流电机调速系统。此时,交流调速系统的使用可改善工艺条件，实现以整个系统功能最优为优先选择的情况下，明显增加产出效率和产品质量。此外，处理环境污染的重要途径开展高速公共交通系统(如电力机车、城市地铁和轻轨)，其重点是大容量交流电机调速技术。但是，在交流调速、电力电子设备等非线性工具设备在工业、交通及日常活动中的大批应用的情况下，会使电网中无功功率和谐波污染日益严重。电力系统中所具有的无功和谐波限制了电能的高效生产、传输和利用，同时很大方面制约了电器设施运转的可靠性，严重时会带来损坏设备

15、、危及电网安全的状况。以此研制出的以柔性交流输电系统(FACTS)技术为代表的大功率电力电子技术在电力系统中可大幅度改善电力系统可控性和增强其系统的可靠性以及加强输电线路的传输性能及系统的安全稳固功用。在柔性交流输电系统中，采纳高压大容量电力电子装置形成的无功补偿和电力有源滤波器无疑是一个发展趋势。从20世纪90年代以来,以高压IGBT、IGCT为代表的性能优异的复合器件的开展令人注目，并在此基础上产生了很多先进功能优异的高压大容量变动拓扑构造，成为国内外学者和工业界研讨的重要课题项目，使得传统意义上的大功率应用领域中占主导地位的SCR、GTO及其变换器结构遭到很大意义上的威胁。1980年,日

16、本长冈科技大学的等人在IEEE工业应用(IAS)年会上首次提出了中点箱位式三电平逆变器。它的出现在高压大功率逆变器的开发研讨路上开拓了一条新的思绪想法，之后在高压大容量变换器件下得到了广泛的使用1。通过实验对三电平逆变器拓扑构造的剖析，各国专家学者又提出了许多不同结构的构想列如，多电平变换器，如二极管箱位式、飞跨电容式和级联式等。这些拓扑形式是为了以尽量多的电平输出来的波形来接近理想的sin波形，以此来削弱输出波形中的谐波影响，在吸取高压的同时，也减少了器件上的高压应力。比较于传统的大容量逆变器（变换器）结构，多电平逆变器在扩大高压电压容量和提高性能之间实现了良好的结合，成为电力电子体系里的一

17、个新的范畴和重要分支。但是在研究和应用三电平及高电平电路中，因为很多的开关器件和电路自身问题，其中重要的难点就是中点电位不平衡问题，要想解决这个问题就得合理控制其开关状态。而高频脉冲序列替代期望输出电压及脉宽调制(PWM)控制技术随着电压型逆变器的应用逐渐受到广泛关注与应用，且逐渐成为变换器研发和应用中的共性且核心技术之一，同理多电平变换器更是如此3。PWM控制技术就是控制逆变器中电力电子器件的开通或关断，输出电压为幅值相等、宽度按一定规律变化的脉冲序列，用这样的高频脉冲序列代替期望的输出电压用来实现输出变频、调压并有效地控制和消除谐波的一种技术。在传统两电平变换器PWM控制技术有诸多成熟的P

18、WM方法比如包括载波调制法、谐波消除法和电压空间矢量调制法等。而这些PWM控制思维同样能够应用到控制多电平变换器中。多电平PWM控制关键核心技术是多电平技术的研究。但是多电平变换器PWM调控的特点和难点有指标多、性能指标要求高,其PWM控制技术较复杂等7。但是，多电平变换器的基础是三电平变换器的构造中，并且三电平变换器的研究是建立于多电平研究的方法之上的,而且三电平变换器的PWM控制技术简单方便于其他多余三电平的PWM控制技术，但高电平拓展用于起来更方便于两电平。所以,研究和应用多电平控制技术首先应先从三电平PWM控制技术的研究做起。综合上述，对于研究三电平变换器PWM控制技术为理论和工程应用

19、实践带了巨大价值9。1.2三电平技术简介1.2.1定义 三电平变换器()的桥臂上是由4个电力半导体器件组成。此技术在高压大功率变频调速方面运用广泛。虽然，未明确提出多电平变换器的概念，但是该逆变器本身就是二极管钳位三电平变换器()的雏形，是根据多电平变换器所构成。在过去两电平逆变器的高压大容量应用中,通常使用串并联方式的功率开关器件，要求一切串并联的开关器件要同时通断，所有开关器件的开关特质要完全一致。而因为器件匹配的吻合水平不能适时配合所以使开关器件的使用因数降低，利用这种计划实践起来十分费事且性能很难实现。交一直一交变频方式也被用于很多情况下，在这种形式中，或是将多个低压小容量变换器采纳多

20、重化取得高压大功率，或是采用低压变换器在交流输出侧和交流输入侧。能够看出以上两种措施均采用了笨拙、高价、耗能的变压器，且关于第二种方法还会呈现中间环节电流过大,系统效率降低，5可靠性降低,低频时能量传输艰难等诸多缺陷，人们想采纳快速直接的高压变换器形式，这就必须要求更高的器件对于变换器来说，特别是要求接受很高的电压应力,因而,人们提出了一种经过变换器本身拓扑构造的改良,完成既无需升降压变压器,又不加均压电路的多电平变换器4。多电平逆变器作为一种新型的逆变器类型,其发展的愿景是为了克制传统逆变器较高的所惹来的开关应力等毛病,出发点是经过对主电路拓扑构造的改良,使一切功率器件任务在基频以下，达到减

21、小开关应力,改善输出波形的目标,但因多电平电路所需的功率器件较多,所以从加强性能比角度,它更适合于大功率场所。多电平逆变器因为导出电压电平数的放大13，使得输出波形具备更好的谐波频谱，每个开关器件所接受的电压应力较小，且无需均压电路,开关器件在输出电压基频以下开关损耗小,可防止大的所招致的各种难题。尤其是八十年代以来,以GTO,IGBT为代表的第三代电力电子器件,以及以DSP为代表的智能调制新片的迅速遍及，为这种新型多电平变换器的研讨和实践使用提供了须要的物质基础10。1.2.2研究现状基于电压型三电平逆变电路的多电平逆变电路,特别是三电平逆变电路已进入实用化阶段,对其进行研究和剖析很有实际意

22、义。个别以为多电平逆变器是设立在三电平逆变器的基础上，依照相似的拓扑构造拓展而成的。电平数越多,所取得的阶梯波电平台阶越多,从而越靠近正弦波,谐波成分越少。但这种理论上可达到随意N电平的多电平逆变器,在实践使用中因为遭到硬件条件和管理复杂性的制约,通常在谋求性能指标的前提下,并不追求过高的电平数,而以三电平最为实际。国外也有对七电平及更高电平的研讨,但都还不成熟,特别受硬件条件和管理功能的制约，还处于理论研究阶段161718。1.2.3拓扑结构三电平拓扑构造类型较多,大抵能够分为:二极管钳位型、飞跃电容型和独立直流电源级联多电平三种拓扑结构,其中二极管钳位型多电平拓扑构造使用最普遍。它能有效地

23、进步改善换流系统的耐压、减少导出电压谐波和开关损耗,在电力系统的大功率使用中遭到广泛的关注。1.2.4控制算法目前三电平逆变器的关键任务调制措施有消谐波PWM法,开关频率最优PWM法和空间矢量PWM法等。现在在这些措施中,空间电压矢量法是较为优越和使用普遍的一种,其优越性如下:在大范围的调制比内有很好的功能，没必要其它调制方法所须的大批角度数据,母线电压利用率高。调制措施的研讨是三电平逆变器研究的一个热点问题。11PWM 法(Space Vector PWM，简称 SVPWM)，载波调制法又有移相载波法(phase shifted carrier PWM)和载波层叠法(carrier disp

24、osition PWM)之分。基于载波的多电平逆变器 PWM 调制措施，主要有特定谐波消除法(SHEPWM)、开关频率优化 PWM 方法(SFOPWM)、载波带频率变化的 PWM 方法、混合载波 PWM 方法等。 12按照开关频率的高低，也能够将多电平逆变器的 PWM 调制措施分为基频调制和高频调制。其中，基频调制是指在输出电压的一个工频周期内，每个开关器件只开关一次或两次，输出发生的输出电压为阶梯波。这类 PWM 调制方法主要包括阶梯波调制法和开关点预测调制法。高频调制是指在输出电压的一个工频周期内，每个开关器件屡次开关举措。这类 PWM 调制措施主要包含正弦脉宽调制和空间矢量调制。 在上述

25、的多电平逆变器的 PWM 调制方法中，空间矢量调制法适用于三电平至五电平的逆变器，移相载波 PWM 法，则适用于级联式多电平逆变器电路。 因为开关频率优化 PWM 调制措施在正弦调制波中加入了三次谐波，因此这种 PWM 法只适用于三相多电平逆变器。而关于单相具备独立直流电源的级联式多电平逆变器，移相载波 PWM 法成果最好，能够很好地减小导出谐波。1.2.5优缺点 三电平电路具有如下优点2021(l)任何时刻处于关断形态的开关器件接受的压降减小,更适合大容量高电压的场所。(2)可生成多层阶梯形输出电压,对阶梯波再作调制能够获得很好近似的正弦波,理论上进一步改善电平数可接近规范正弦波形、谐波含量

26、很小。(3)电磁千扰(EMI)大大改善,由于开关元件一次举措的通常只需传统双电平的一半。(4)效率高。打消相同谐波,两电平PWM控制法开关频率高、损耗大,而三电平逆变器可用较低频率进行开关举措,损耗小、效率提高。(5)主要高次谐波远高于开关频率。但是，三电平变换器也并非毫无故障，它的主要弊端为(l)必要较多的开关器件。(2)调制算法复杂。(3)存在电位不平衡原因。2 三相 T 型三电平逆变器工作原理分析2.1三电平拓扑结构2.1.1概述三电平逆变器的最初构造是多电平逆变器。它不仅仅是因为构造简略、用法大众，并且调制方法相对简单，三电平的分析研究组成多电平逆变器的根基，其它多电平逆变器均是以三电

27、平逆变器作为相似的拓扑结构的拓展组成。总的说来，,三电平逆变器的根本拓扑：二极管箱位式、飞跃电容式、带区别直流的电源串联式。三电平逆变器的各种的拓扑构造的优点大多近似，列如，它们都是为了用于大容量、高电压的变频场所，在较低的运行频率下其获得较好的波形开关损耗低，效率高，降低了电磁干扰电路。然而，带区分直流电源串联式电路拓扑需求独立的直流电源，限制使用;飞越电路拓扑增加不便的电容器电容数量时，它使调试的执行更加复杂。由此，要选择的二极管钳位拓扑作为三电平逆变器主电路2.2 多电平逆变器的拓扑研究在多电平逆变器的研究过程中，产生了多种拓扑构造。市面上运用较多的多电平的电路拓扑主要有三种：(1)二极

28、管箝位型逆变器(Diode-Clamped Inverter)；(2)飞跨电容箝位型逆变器(Flying-Capacitor Inverter)；(3)具备独立直流电源的级联型逆变器(Cascaded-Inverter with Separated DC Sources)2.2.1二极管箝位型逆变器二极管钳位（NPC）三电平图逆变器拓扑。根据两个电容分压电容器C1和C2的增加值的三相两电平全桥逆变器的拓扑结构，以及它们的添加所有2桥臂开关和两个钳位二极管。拓扑钳位二极管使用电压端子的半桥式分支被连接到所述DC电压的接触，并克服了短路能力。不管为每个相腿上面两个开关的驱动信号的死区时间是互补的两

29、个开关的驱动信号。 A相列，当开关SA1，SA2同时开启的，当Sa3的同时Sa4中关闭，相对于直流侧张力基准点O点的水平运行导出终端A;当Sa2级，Sa3的同一行和SA1时Sa4中同时关闭，对0级O级的输出作为下一个基准；当开关 Sa3导通，当开关Sa4中的驱动时间，从Sa1，Sa2中立即关闭，与A级0级的输出中较低的情况下。且逆变器输出端的电位在 Udc/2 和 0 之间或 0 和-Udc/2 之间变化。因而，逆变器的结果电平有三种。逆变器输出的电平与开关形态的关系可以看表得出。图2.1 二极管箝位型三电平逆变器输出电平与开关状态关系表2.1T 型三电平逆变器输出电平与开关状态关系（常用工作

30、方式）Sa1Sa2Sa3Sa4输出电平通通断断Udc/2断通通断0断断通通-Udc/22.2.2飞跨电容箝位型逆变器 二极管钳位三电平逆变器拓扑具有大量钳位必要二极管的缺点，为了提高这方面的不足，1992年年度会议研究钳位三电平逆变器提出了插图显示了飞跨电容型三电平逆变器拓扑结构，其特点是箝位二极管被箝位电容所替代，而直流侧分压电容稳定。在实践没有故障时，飞跨电容上的其1/2电压在其直流侧电压下，工作原理与二极管箝位型三电平逆变器类似。飞电容型三电平逆变器输出的优势主要出口较小电压谐波含量，与另一个开关组合允许电容电压的平衡，其弊端是必要的钳位电容没法去掉。图2.2 飞跨电容箝位型三电平逆变器

31、拓扑图2.3三相 T 型三电平逆变器原理分析 2.3.1拓扑分析 T型三相三电平逆变器拓扑，如图所示。在三相电压电容器增加了两个点，二级全桥逆变器，以零电位参考点之间的容量的拓扑。桥臂和各相的输出之间O点增加了两个反串联与续流二极管的开关。在A阶段，例如，是当开关接通SA1，SA2，SA3，SA4关闭同时的动作，对零电位相对于基准点O点水平Udc为/ 2的直流侧的输出;当开关Sa2级，Sa3的同时接通时Sa1中在Sa4中被关闭输出电平相对于O点的A 0; Sa4中当开关导通时，SA1，SA2，SA3，而它被关闭时，输出端是A点-Udc / 2的相对级别的输出电压为0 Vdc / 2，-Udc

32、/ 2三种级逆变0，P，N表示三个状态，在0状态臂输出端连接在中心的DC侧，P-状态表示桥臂输出端连接到的总线n中的正极端子到桥臂的输出信号的状态设置有被连接到直流总线负端。如表2-2所示。和NPC三电平逆变器拓扑，但是，T型三相三电平逆变器减去两电平每相二极管，总共节省6个钳位二极管。能够降低成本，减少逆变器的大小，小型化量，也降低了部件的数量增加了逆变器的可靠性。然而，三相电压强度要求的T型三电平逆变器开关的增加，Sa2中，Sa3以及三相三电平NPC逆变器的电压要求V直流/ 2;和Sa1中，Sa4中的三相三电平NPC逆变器的电压要求Udc/ 2提高2.3.2换流过程分析 三相T型三电平变换

33、器通过方式推动上述工作，其缺点是负载电流换向受到影响。如果从逆变器到负载的负载电流的方向，提供了正确的目标对象。显示如图2-8，当从状态P到逆变器的0状态形成时，负载电流正方向后先打开Sa1中关断 Sa1之后先开通 Sa2后开通 Sa3,换流结束后,负载电流通过 Sa2以及 Sa3的反并联二极管。如图 2-9 所示，如果负载电流方向为负，就要求先关断 Sa1之后再开通 Sa3后，开通 Sa2，换流结束后，负载电流流过 Sa3和 Sa2的反并联二极管。表2.2 T 型三电平逆变器输出电平与开关状态关系Sa1Sa2Sa3Sa4输出电平通通断断Udc/2断通通断0断断通通-Udc/2图2.3 负载电

34、流方向为正时 A 相换流过程图2.4 负载电流方向为负时 A 相换流过程18为了避免这种缺点，工作的更常见的方式，因为这种类型的合作与NPC三电平逆变器的工厂。在A阶段，例如，当开关SA1，SA2被同时接通，Sa3的，Sa4中从相同的时间，零对用于Udc为/ 2的基准点O点平的直流侧电势相比较输出，并且如果开关Sa2，Sa3的同时导通和Sa1,Sa4中同时停用，输出端O点A对比度为0时，开关Sa3中Sa4中接通同时，SA1，SA2，而在输出端A的关闭状态是O点的量 - Udc / 2如表2-3。和开关Sa1和Sa4中不能开启不考虑死区时间，开关Sa1和驱动脉冲Sa3中，SA2 完成。开关状态不

35、能在P之间转换和N必须由零状态来过度。表2.3 T 型三电平逆变器输出电平与开关状态关系（常用工作方式）Sa1Sa2Sa3Sa4输出电平通通断断Udc/2断通通断0断断通通-Udc/23 三电平空间矢量原理3.1三电平空间矢量简绍一个三电平逆变器技术的关键是发生的PWM控制信号。三电平的空间矢量调制（SVPWM）算法大于PWM算法在较高的利用率的更小的输出电压的谐波分量，更容易和更完整的数字多级适当扩大使用的其他优点从而三电平SVPWM调制其余算法一直是三电平逆变器进行讨论的热点。下面重点对三电平SVPWM调试的基本原理做一些简短的说明。空间矢量调制开始的目标是把发动机的圆形旋转磁场，而现在的

36、空间矢量调制，并已发展成为一种平行的SPWM脉宽调制器调制技术。因为许多类型的三相变压器的负载不一定在场分布为对称，当发动机负荷三相绕组，所以关于广泛原理上的空间矢量调制措施，空间的意思只包含数学方面的原理，无实践物理意义。总的意义上来说电压空间矢量调试通过数学角度实践，将三相变换器的各相电压之间的角度相差120的平面坐标系上，并将三相输出电压、分解到复平面上合成空间矢量Vs中。SVPWM的解释可为 （3.1）三电平空间矢量和两电平空间矢量原理上是统一的。由于在三电平逆变器中以图 中的n零电位参考点在直流侧，则三相瞬时输出的相电压可为其中Sa、Sb、Sc。当（Sx1，Sx2，Sx3，Sx4）=

37、（1,1,0,0），输出电压Udc/2当（Sx1，Sx2，Sx3，Sx4）=（0,1,1,0），输出电压 0当（Sx1，Sx2，Sx3，Sx4）=（0,0,1,1），输出电压-Vdc/2 上式中x=a,b,c,1为对应开关器件开通,O为对应开关器件关断相对应的27组具有差别的开关形状组合，其电压空间矢量表达式2一1表示为 (3.3)图中的27种开关状态组合，他们的之间的关系组合成了27个电压矢量，经过其中的可用的3个桥臂开关，根据每个桥臂形态码来记录空间的矢量,如:220、112等。图片3.1 三电平空间电压矢量分布图 从图中看出三电平变换器的同一矢量区域可能对应不同的开关状态组成的矢量,存在

38、一定的干扰。27个矢量变为19个空间电压矢量，这些矢量可以划分为4种:0矢量、小矢量、中矢量、大矢量,。输出能容易接近变现为正弦波,所含谐波分量更少，其功能容易实现。表3.1矢量分类表零矢量000 111 222小矢量100 110 010 011 001 101211 221 121 122 112 212 中矢量210 120 021 012 102 201大矢量200 220 020 022 002 202这个图表示的方法称为“最近3矢量法”。具体请看下文。3.2三电平 SVPWM 算法原理及控制策略他们SVPWM调制方法的原理是相似的，而三电平逆变器空间矢量多所以比两电平有更多的开关状

39、态，所以可利用的开关状态矢量更多，控制更复杂。 SVPWM 调制方法同样适用于 T 型三电平拓扑，下面对这种算法进行分析。3.2.1 两电平 SVPWM 算法原理如图所示，为三相两电平并网逆变器结构图。为了便于分析，定义单极性二值逻辑开关函数为其中，x=a，b，c。图3.2 两电平逆变器拓扑图可以看出，当 Sa=1 时，输出端电压 UAN=Udc；当 Sa=0 时，输出端电压 UAN=0。因此，UAN=UdcSa。同理，UBN=UdcSb，UCN=UdcSc。对于 A、B、C 三相，有下面三式成立： （3.4） 由于负载对称，输出端电压之和为 0，把上面三式相加，并整理，得： （3.5）由式可

40、得 (3.6)在图中，每时每刻都有三个导通，其中的某些共有 种，将其写入其中，能够使逆变器交流侧的输出电压值得出，如表所示。表3.2 不同开关组合的交流侧输出电压值SaSbScUAOUAOUAOVk000000V0001-Udc/3-Udc/32Udc/3V5010-Udc/32Udc/3-Udc/3V3011-2Udc/3Udc/3Udc/3V41002Udc/3-Udc/3-Udc/3V1101Udc/3-2Udc/3Udc/3V6110Udc/3Udc/3-2Udc/3V2111000V7空间电压矢量 V0V7可定义为 （3.7）其中，k=1,.,6。上式用开关函数可以表达为 (3.8)

41、其中，j=0,.,7再其系统中，可得其中的电压加起来为零，定义复平面内的电压空间矢量V 为正弦波相同的角频率 情况下，空间矢量以逆时针匀速旋转。图3.3 八种开关组合时的空间电压矢量分布及参考电压矢量合成空间电压矢量 V1V6将复平面分成 6 个扇形区域。参考电压矢量在图 3-3由伏秒均衡原理，得： (3.9)设 V*与 V1的夹角 ，运用正弦定理，可得： (3.10)又由|V1|=|V2|=2Udc/3，可得： (3.11)其中，m 为两电平 SVPWM 解调系数。 (3.12)同理，可求每个合成矢量的作用时间。从式（3-12）可以看出，确定矢量 V0，V7的作用时间之和，他们每个的作用时间

42、没法确定。当我们选择两0矢量，由于联想PWM 每个周期内，尽可能减小变化开关次数，此法能够降低损耗在其开关上。具体地，现在以一个开关周期作为判断，令 V0和 V7的作用时间相等，即 T0=T7，并且将 V0矢量的作用时间平均分布在一个开关周期的始端和末端。如果当参考电压矢量 V 建立于第一扇区为例，其合成矢量为 V1和 V2，七段对称式开关状态输出顺序依次为 000，100，110，111，110，100，000，合成矢量的作用时间如图 3-4 所示。 图3.4 七段对称式开关状态3.2.2三电平 SVPWM 算法原理二极管箱位式三电平逆变器又称NPE (NeutralPointelamped

43、)三电平逆变器是之前启动多电平逆变器拓扑。此逆变器拓扑由于其本身的结构的优点，在开关装置中，一半的压降或较低的开关频率，以承受相对的结构应力，都得到相同或更好的输出波形。当拓扑结构中使用的场合中的高电压，同时减少了开关器件承受应力时，也减少开关损耗的装置，另一方面，减小了电路运行，并且输出波形的谐波含量。因此，在高频率的控制系统，电源有源滤波器，动态无功补偿等领域的三电平转换器的性能，致力于高泛的研究和应用。在这一章中，过程中的三个阶段的转换器的主电路和三电平空间矢量PWM呈现传统算法工作。三电平 SVPWM 算法与对两电平 SVPWM 算法类似，T 型三电平三相逆变器拓扑如图所示。图3.5 三相 T 型三电平逆变器拓扑相比于两电平 SVPWM，定义开关函数17，其中 x=a，x=b，x=c, 当k等于1到4的值表示 x 相第 k 个开关管的状态，即导通，0 表示对应开关管关和断。则三相输出电压为 (3.13) (3.14)相比于两电平，其角度之间互相 120的平面坐标系上，如果能展现出三相空间合成矢量，需要（U输）转换到复数坐标器上。定义空间电的压矢量为 (3.15)由可以画出三相三电平的空间矢量分布图。用，空间的矢量可以表示， 请看图。其中19 个空间矢量，可以等于27种开关状态。可以将这 19 个矢量按照幅值大小分成四类：