两电平逆变器的控制算法



两电平逆变器的控制算法

两电平逆变器输出相电压为五电平，三电平逆变器输出相电压为九电平的原因如下：

两电平逆变器

两电平逆变器输出端相对于直流侧中性点的电位决定了其输出相电压的电平数。在两电平逆变器中，每个桥臂的开关状态只有两种：上桥臂导通（S=1）或下桥臂导通（S=0）。因此，对于三相逆变器，其开关状态组合共有2^3=8种。

以A相为例，当考虑三相逆变器带三相对称负载时，有Uao+Ubo+Uco=0。通过推导，可以得到A相输出相电压Uao与直流侧电压Udc的关系。具体来说，当A相上桥臂导通，B相和C相下桥臂导通时（即开关状态为100），Uao=2/3Udc；当A相上桥臂导通，B相上桥臂导通且C相下桥臂导通时（即开关状态为110），Uao=1/3Udc；以此类推，可以得到A相输出相电压的其他电平值。最终，A相输出相电压的电平数为五个，分别为2/3Udc，1/3Udc，0，-1/3Udc，-2/3Udc。假设直流侧电压为600V，则相电压的电平值分别为400V，200V，0V，-200V，-400V，与仿真结果一致。

三电平逆变器

三电平逆变器（如NPC逆变器或T型逆变器）的输出端同样相对于直流侧中性点的电位来决定其输出相电压的电平数。在三电平逆变器中，每个桥臂的开关状态有三种：-1（下桥臂两个开关均导通），0（上桥臂一个开关导通且下桥臂一个开关关断），1（上桥臂两个开关均导通）。因此，对于三相逆变器，其开关状态组合共有3^3=27种。

通过类似的推导过程，可以得到三电平逆变器输出相电压的电平数。具体来说，当考虑所有可能的开关状态组合时，可以得到A相输出相电压Uao的九个电平值：2/3Udc，1/2Udc，1/3Udc，1/6Udc，0，-1/6Udc，-1/3Udc，-1/2Udc，-2/3Udc。假设直流侧电压为600V，则相电压的电平值分别为400V，300V，200V，100V，0V，-100V，-200V，-300V，-400V，与仿真结果一致。

总结两电平逆变器：由于每个桥臂的开关状态只有两种（上桥臂导通或下桥臂导通），因此输出相电压的电平数为五个。三电平逆变器：由于每个桥臂的开关状态有三种（-1，0，1），因此输出相电压的电平数为九个。

这种电平数的增加使得三电平逆变器在输出电压波形质量、谐波含量以及效率等方面相对于两电平逆变器具有优势。

微电网逆变器PQ控制_SIMULINK_模型搭建详解

微电网逆变器PQ控制_SIMULINK_模型搭建详解

一、PQ控制概述

PQ控制，即恒功率控制，是微电网逆变器的一种经典控制方式。在这种控制方式下，电压和频率由电网给定，逆变器通过控制电流进而控制输出的功率为给定值。因此，PQ控制本质上是一种电流控制。

二、PQ控制框图解析

如上图所示，PQ控制框图主要包括以下几个部分：

功率环：根据给定的功率指令（P和Q）与实际输出的功率进行比较，得到电流的参考信号。电流环：对电流参考信号进行PI调节，得到三相调制波的dq轴分量。2r/3s逆变换：将dq轴分量转换为三相调制波。SPWM调制：将三相调制波与载波进行比较，产生六路PWM脉冲信号，控制开关管的通断。

三、SIMULINK模型搭建

1. 功率电路部分

功率电路部分主要包括直流源、两电平变换器、LC滤波器、电网及线路阻抗。采样输出的电压电流信号送入控制部分。

2. 控制电路部分

控制电路部分主要实现以下功能：

利用电压电流信号求得瞬时功率。电压锁相，确保与电网电压同步。坐标变换，将三相静止坐标系转换为dq旋转坐标系。功率指令求得电流的参考信号，经过电流环PI调节得到三相调制波。

3. SPWM发波部分

SPWM发波部分采用双极性调制方式，确定六路PWM脉冲信号，控制开关管的通断。

至此，SIMULINK模型搭建完毕。

四、仿真结果

1. 功率输出

仿真结果显示，输出的有功功率为10kW，无功功率为0，能够准确跟踪给定信号。

2. 输出电压电流信号

输出电压电流信号波形良好，符合预期。

3. 电流信号的THDi

测量此时电流信号的THDi（总谐波失真），结果为0.84%，满足电网小于5%的要求。

五、总结

本文详细介绍了微电网逆变器PQ控制的SIMULINK模型搭建过程，包括功率电路部分、控制电路部分和SPWM发波部分的搭建。仿真结果显示，该模型能够准确跟踪给定的功率指令，输出电压电流信号波形良好，且电流信号的THDi满足电网要求。希望本文能够为读者在微电网逆变器控制方面的研究和应用提供参考。

三电平简化两电平svpwm的坐标等效

三电平简化两电平SVPWM的坐标等效是一个复杂且专业的问题，其具体实现和原理在搜索结果中并未找到直接相关的信息，但可以基于现有知识进行间接说明。

首先，简化算法的核心思想：

三电平SVPWM的传统算法涉及复杂的坐标旋转和三角函数运算，这增加了计算的复杂性和实时控制的难度。为了简化这一过程，研究者们提出了等效简化控制算法，该算法旨在减少计算量，提高控制效率。

其次，等效SVPWM的概念：

等效SVPWM是一种基于交流逆变器算法的分析方法，它能够实现多级ZVT（零电压转换）的功率控制。在这种算法中，通过控制逆变器行程中的特定三角形（而非所有相互交替的三角形），可以实现简单的控制算法，从而降低控制的复杂性和负载。

然而，关于三电平简化两电平SVPWM的坐标等效：

这一具体过程可能涉及更深入的数学变换和控制策略，如坐标系的转换、矢量的分解与合成等。由于这些过程可能涉及复杂的数学推导和实验验证，因此建议查阅相关领域的专业文献或咨询专家以获取更深入的解答。

综上所述，虽然无法直接给出三电平简化两电平SVPWM的坐标等效的具体实现和原理，但可以通过理解等效SVPWM的概念和简化算法的核心思想来间接理解这一问题。如需更深入的解答，建议进一步查阅相关文献或咨询专家。

两电平svpwm的扇区判断和三电平svpwm的扇区判断方法一致吗

三电平SVPWM与两电平SVPWM在原理上存在一定的差异，主要体现在控制策略和输出性能上。两电平逆变器与三电平逆变器的比较揭示了三电平逆变器在器件开关应力、损耗、输出波形逼近以及效率提升等方面的优势。

三电平逆变器结构更加复杂，包括三个桥臂，每个桥臂上四个开关管以及中性线。在三电平逆变器中，当上半桥臂和下半桥臂的两个管子同时导通时，相电压为正或负的半个电压值。当中间两个管子同时导通时，相电压为零。这种设计允许每相电压存在三个电平，组合形成27个不同的电压矢量，提高了输出电压的准确性和稳定性。

在三电平SVPWM中，扇区判断和区域判断模块的引入是关键步骤。通过将空间矢量图分为6个大扇区，每个扇区再细分为4个小扇区，可以精确地确定参考电压矢量所在的位置。参考矢量的确定结合区域分布和几何关系，有助于实现电压矢量的有效控制。

在三电平SVPWM中，短矢量作为每个采样周期的起始矢量，确保了开关状态分配的简便性和一致性。通过使用中心对称的七段式SVPWM波形，基本矢量的作用时间被分配给对应的矢量状态，实现对主电路开关器件的精准控制。

与两电平SVPWM相比，三电平SVPWM在输出性能方面展现出显著优势。它能够提供更接近正弦波的输出电压，降低谐波含量，并减少开关元件的应力和损耗。此外，三电平逆变器在减少电磁干扰（EMI）方面表现更佳，因为开关元件一次动作的du/dt通常只有两电平的一半。

尽管三电平电路具有诸多优点，但也存在一些挑战。例如，需要更多的开关器件，控制算法更为复杂，以及电位不平衡问题。然而，这些缺点可以通过合理的电路拓扑结构和优化的控制策略来缓解。在实际应用中，二极管钳位式拓扑结构因其成熟性和可靠性，广泛应用于三电平逆变器的主电路设计中。

综上所述，三电平SVPWM与两电平SVPWM在扇区判断和区域判断方法上确实存在差异，这些差异体现在控制策略、输出性能和系统设计方面。在追求更高效率、更高质量输出和更小损耗的应用场景中，三电平SVPWM具有显著优势。

电机控制——聊聊SPWM和SVPWM

电机控制中的SPWM和SVPWM

在电机控制领域，SPWM（Sinusoidal PWM，正弦脉冲宽度调制）和SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制）是两种重要的调制技术。它们各自具有独特的工作原理和优势，适用于不同的电机控制场景。

一、SPWM（正弦脉冲宽度调制）

SPWM是一种通过调制波与载波的比较来生成PWM信号的方法。其基本原理是：用一段幅值相等的脉冲序列去等效正弦波，因为两段脉冲信号的面积相同，其对外表现得效果是相同的。具体实现时，将正弦调制波与三角载波进行比较，当调制波大于载波时，输出高电平；反之，输出低电平。这样，就可以得到一个与正弦波等效的PWM波形。

在电机控制中，SPWM通过控制逆变器开关管的通断，产生互差120°的三相正弦电压，从而在电机中产生三相电流，形成所需的旋转磁动势，驱动电机运转。

二、SVPWM（空间矢量脉宽调制）

与SPWM不同，SVPWM直接从结果量入手，即产生旋转磁动势这一目标出发。它通过设置逆变器开关管的通断，直接在电机中形成一个旋转的电压矢量，从而产生旋转磁动势。

SVPWM的实现过程包括扇区判断、电压矢量选用和扇区发波等步骤。首先，根据转子位置和采集到的电流数据确定需给定的电压矢量Uα、Uβ，并判断其所在的扇区。然后，选用包围该扇区的两个非零矢量以及两个零矢量来合成所需的电压矢量。最后，通过计算开关管的保持时间，并通过开关管的开断生成所需的PWM波形。

在SVPWM中，电压矢量的方向和大小可以通过控制非零矢量的保持时间来实现。当非零矢量的总作用时间小于一个PWM周期时，可以通过调整零矢量的作用时间来满足每个矢量总的作用时间之和为一个PWM周期。这样，就可以得到一个在空间上旋转的电压矢量，形成旋转磁场，驱动电机运转。

三、SPWM与SVPWM的区别

实现原理：SPWM是通过调制波与载波的比较来生成PWM信号，而SVPWM则是从产生旋转磁动势这一目标出发，直接设置逆变器开关管的通断来生成旋转电压矢量。

控制效果：由于SVPWM直接从结果量入手，因此其控制效果更加直接和高效。相比之下，SPWM需要通过多个PWM周期来逼近正弦波形，控制效果可能稍逊一筹。

电压利用率：SVPWM的电压利用率更高。在相同的直流母线电压下，SVPWM能够产生更大的线电压幅值，从而提供更大的电磁转矩。

计算复杂度：SVPWM的计算复杂度相对较高，需要进行扇区判断、电压矢量选用和开关管保持时间计算等多个步骤。而SPWM的计算则相对简单一些。

四、总结

SPWM和SVPWM都是电机控制中重要的调制技术。它们各自具有独特的工作原理和优势，适用于不同的电机控制场景。在选择使用哪种调制技术时，需要根据具体的控制需求、电机类型以及硬件条件等因素进行综合考虑。

以上内容详细解释了SPWM和SVPWM的基本原理、实现过程以及它们之间的区别。希望能够帮助读者更好地理解和应用这两种电机控制技术。

电机控制系列-No.1-Op.17----SVPWM

SVPWM（空间矢量脉宽调制）详解

SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制）是一种用于三相交流电机（如永磁同步电机和异步电机）的高级控制策略。其主要目的是通过控制逆变器输出的三相电压，间接控制三相电流，从而生成近似连续的圆形旋转磁场，以优化电机的性能。

一、SVPWM的工作原理与磁场的生成

电压矢量合成

SVPWM基于空间矢量的概念，将逆变器的六种开关状态（对应六个基本电压矢量）组合起来。这六个基本电压矢量在空间中呈六边形分布，每个矢量代表了逆变器在一种特定开关组合下输出的电压状态。通过合理地选择这些基本电压矢量的作用时间和顺序，可以合成一个等效的、近似连续的旋转电压矢量。

例如，在一个简单的三相两电平逆变器中，有8种开关状态，但其中有两种是零矢量（三个桥臂的上管或下管全部导通）。剩下的六种非零基本电压矢量在空间上构成一个六边形。通过对这些基本电压矢量进行时间加权平均（通过调节每个矢量的作用时间，即脉宽调制），可以使合成的电压矢量在六边形内的轨迹更接近圆形。

磁场与电压矢量的关联

根据电机的电磁理论，电机中的磁场强度与电压矢量密切相关。当通过SVPWM合成一个近似圆形旋转的电压矢量时，会在电机定子绕组中产生相应的三相电流。这些电流会产生一个合成磁场，其轨迹也近似为圆形旋转。这种圆形旋转磁场可以使电机的转矩输出更加平稳，减少转矩脉动。

对于永磁同步电机，圆形旋转磁场与转子磁场相互作用，产生稳定的电磁转矩。在异步电机中，旋转磁场在定子绕组和转子绕组中分别感应出电动势和电流，从而产生驱动电机旋转的电磁转矩。由于SVPWM能够有效、快速地控制磁场的旋转速度和强度，还可以实现电机的精确调速和转矩控制，使其具有更好的动态性能。

二、合成矢量的计算

当要合成某一矢量时，先将这一矢量分解到离它最近的两个基本矢量，而后用这两个基本矢量去表示，而每个基本矢量的作用大小就利用作用时间长短去代表。

用电压矢量按照不同的时间比例去合成所需要的电压矢量，从而保证生成电压波形近似于正弦波。在变频电机驱动时，矢量方向是连续变化的，因此需要不断的计算矢量作用时间。为了计算机处理的方便，在合成时一般是定时器计算（如每0.1ms计算一次）。这样只要算出在0.1ms内两个基本矢量作用的时间就可以了。由于计算出的两个时间的总和可能并不是0.1ms（比这小），而那剩下的时间就按情况插入合适零矢量。

三、七段式电压空间矢量

将一个控制周期Ts分成7部分，形成一种对称的PWM波形，这种波形可以尽可能减少开关次数。七段式电压空间矢量PWM波形的关键参数是T0、T1、T2，且有Ts=T0+T1+T2。

据此，计算出T1、T2、T0后，就可以计算三相的占空比。知道所在扇区后，按七段式PWM图计算三相各自的占空比。这是一个调制周期Ts所对应的三相波形，一个Ts之后，合成矢量将增加一个角度γ，此时需要重新计算三相波形。

四、SVPWM的优势

与其他控制方法相比，SVPWM控制三相逆变器具有直流母线电压利用率高、在调节输出电压基波大小的同时降低输出电压谐波、并且可以降低逆变器状态转换过程中的开关动作频率等优势。

五、附录

IGBT开关载波的常见类型

在IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的调制技术中，最常见的开关载波是三角波。采用三角波作为载波主要用于脉宽调制（PWM）技术，特别是在三相逆变器等电机驱动电路中广泛应用。

三角波作为载波的原理和优势

原理：在正弦脉宽调制（SPWM）技术中，三角波作为载波与正弦波（调制波）进行比较。当正弦波的幅值大于三角波幅值时，产生高电平信号驱动IGBT导通；当正弦波幅值小于三角波幅值时，产生低电平信号驱动IGBT关断。这样就可以在IGBT的输出端得到一系列宽度随正弦波幅值变化的脉冲信号，这些脉冲信号的平均值近似为正弦波，从而实现对交流电机的近似正弦波供电。

优势：线性度好，易于实现数字化控制。

综上所述，SVPWM是一种高效且先进的电机控制策略，它通过精确控制逆变器输出的三相电压来生成近似连续的圆形旋转磁场，从而优化电机的性能。

三电平SVPWM学习

三电平SVPWM学习

三电平空间矢量脉宽调制（SVPWM）是一种先进的调制技术，相较于传统的两电平SVPWM，它在提高电压利用率、降低输出电压谐波含量以及适应大容量高电压场合等方面具有显著优势。以下是对三电平SVPWM的详细介绍。

一、三电平逆变器的介绍

三电平逆变器与传统两电平逆变器结构相仿，由3个桥臂组成，但每个桥臂上有4个开关管且带有中性线。对于A相，当上半桥臂的两个管子同时导通时，A相电压为E/2；当下半桥臂两个管子同时导通时，A相电压为-E/2；当中间两个管子同时导通时，A相母线通过二极管接于中心点N，A相电压为0。这样，每相电压有3个电平，3个桥臂可以组合成27个电压矢量，其中每相电压相同时，输出电压矢量为零。

二、三电平SVPWM原理介绍

三电平SVPWM的实现过程主要包括扇区判断、区域判断以及时间状态分配等步骤。

扇区判断模块

首先，将三电平矢量图分为6个大扇区，每个扇区60°。通过判断参考电压矢量的位置，可以确定其所在的大扇区。

区域判断模块

在每个大扇区内，又细分成4个小扇区。通过进一步判断参考电压矢量的位置，可以确定其所在的小扇区。

以第一扇区为例，根据区域分布情况和几何关系，可以判断参考电压矢量所在的区域。

时间状态分配

从三电平SVPWM基本空间矢量图可以看出，大矢量和中矢量与开关状态一一对应，短矢量对应2组开关状态，零矢量有3组开关状态。在每个采样周期内，为了简化开关状态分配，通常选用短矢量作为起始矢量。

各组开关状态的作用次序要遵守这样的原则：任意一次电压矢量的变化只能有一个桥臂的开关动作。这是因为如果允许有两个或三个桥臂同时动作，则在线电压的半周期内会出现反极性的脉冲，产生反向转矩，引起脉动和电磁噪声。

采用中心对称的七段式SVPWM波形将基本矢量的作用时间分配给对应的矢量状态。以扇区I区域1为例，基本矢量的作用时间与矢量状态的对应关系如图6所示。三相矢量状态对应全部开关状态，将基本矢量的作用时间分配给对应的矢量状态，也就是将开关器件的导通或关断时间分配给对应的开关器件，完成对主电路开关器件的控制。

三、两电平和三电平SVPWM波形比较

两电平SVPWM

两电平SVPWM的波形较为简单，每个周期内只有两种电平状态。虽然其控制算法相对简单，但在提高电压利用率和降低输出电压谐波含量方面存在局限。

三电平SVPWM

三电平SVPWM的波形更为复杂，每个周期内包含三种电平状态。这种多电平输出方式可以显著提高电压利用率，降低输出电压谐波含量，从而改善电机的控制性能。

四、三电平电路的优点与缺点

优点

任何时刻处于关断状态的开关器件承受的压降减小，更适合大容量高电压的场合。

可产生多层阶梯形输出电压，对阶梯波再作调制可以得到很好近似的正弦波，理论上可以提高电平数以接近标准正弦波，谐波含量很小。

电磁干扰（EMI）问题大大减轻，因为开关元件一次动作的du/dt通常只有传统的双电平的一半。

效率高，消除同样的谐波，两电平PWM控制算法开关频率高、损耗大，而三电平逆变器可用较低频率进行开关动作，损耗小、效率提高。

缺点

需要较多的开关器件。

控制算法复杂。

存在电位不平衡问题。

综上所述，三电平SVPWM是一种先进的调制技术，在提高电压利用率、降低输出电压谐波含量以及适应大容量高电压场合等方面具有显著优势。然而，其控制算法相对复杂，且需要较多的开关器件。在实际应用中，应根据具体需求选择合适的调制方式。

湖北仙童科技有限公司 高端电力电源全面方案供应商 江生 13997866467