npc三電平逆變svpwm算法的研究
程善美1，蔡凱1，劉亞軍1，吳冰2
（1華中科技大學(xué)控制科學(xué)與工程系，武漢430074；2南京電子技術(shù)研究所，南京210013）
摘要：文章在介紹中點(diǎn)箝位三電平逆變器空間矢量pwm原理基礎(chǔ)上，提出了一種實(shí)用的易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)的三電平逆變器空間矢量pwm算法，該算法很好地繼承了目前廣泛應(yīng)用的兩電平空間矢量pwm實(shí)現(xiàn)的流程。以該算法為基礎(chǔ)，通過調(diào)整空間矢量切換點(diǎn)的位置，給出了電容中點(diǎn)電壓平衡控制方案。通過合理的數(shù)字信號(hào)處理器引腳分配和寄存器的配置，提出了基于一片數(shù)字信號(hào)處理器ti\4s320f407的三電平svpwm實(shí)現(xiàn)方案=仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了所提出的空間矢量pwm算法和實(shí)現(xiàn)方法是正確可行的。
關(guān)鍵詞：中點(diǎn)箝位逆變器；空間矢量pwm；三電平；中點(diǎn)電壓平衡；數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)
中圖分類號(hào)：tp273 +.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2010)06-0066-04
0引 言
自從多電平的概念提出以來，多電平變換器技術(shù)一直受到廣大研究人員的關(guān)注，尤其是在大功率應(yīng)用領(lǐng)域。與兩電平變換器相比，多電平變換器的突出優(yōu)點(diǎn)是它能輸出更小的電壓階梯，輸出電壓波形更逼近正弦波形，由此產(chǎn)生高的功率質(zhì)量，更低的諧波分量，更好的電磁兼容性以及更低的開關(guān)損耗。和二電平變換器一樣，基于載波pwm、選擇諧波消除pwm以及空間矢量pwm等在多電平變換器中得到了應(yīng)用。空間矢量pwm( svpwm)具有易于數(shù)字實(shí)現(xiàn)、-優(yōu)化的開關(guān)序列、高的直流母線電壓利用率等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。多電平變換器的svpwm比兩電平的svpwm更復(fù)雜，其復(fù)雜性表現(xiàn)在參考矢量位置的確定、開關(guān)狀態(tài)的選擇以及作用時(shí)間的計(jì)算。任一三相n電平逆變器的空間矢量圖包含6扇區(qū)。每個(gè)扇區(qū)包括（n-1）2個(gè)三角形。參考矢量頂點(diǎn)可位于任一三角形內(nèi)，任一三角形每個(gè)頂點(diǎn)代表一個(gè)空間矢量，一個(gè)空間矢量表示一個(gè)或多個(gè)開關(guān)狀態(tài)。在一個(gè)n電平逆變器的矢量圖中有n3個(gè)開關(guān)狀態(tài)，空間矢量。svpwm用來選擇開關(guān)狀態(tài)，并確定每個(gè)開關(guān)狀態(tài)的作用時(shí)間。目前多電平變換器的svpwm算法主要有基于兩電平變換器，基于60度坐標(biāo)系，基于虛擬空間矢量以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。
本文在介紹二極管箝位三點(diǎn)平逆變器空間矢量pwm愿理基礎(chǔ)上，提出了一種實(shí)用的易于數(shù)字實(shí)現(xiàn)的三電平svpwm的算法，該算法能很好地繼承了目前廣泛使用的兩電平svpwm算法的流程。在此基礎(chǔ)上研究了逆變器電容中點(diǎn)的平衡控制策略。提出了基于一片數(shù)字信號(hào)處理tms320lf2407a的三電平svpwm實(shí)現(xiàn)方法，并對(duì)所做工作進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)研究。扇區(qū)s與值ⅳ之間的關(guān)系如表1所示。
1三電平逆變器空間矢量
圖l為二極管中點(diǎn)箝位三電平逆變器的電路幽。在三相三電平逆變器中共有27個(gè)開關(guān)狀態(tài)，這27個(gè)開關(guān)狀態(tài)組成了19個(gè)空間矢量，如圖2所示[14]。
在三電平逆變器中，選擇開關(guān)狀態(tài)時(shí)除了要保證逆變器的開關(guān)次數(shù)最少，同時(shí)還要保證開關(guān)狀態(tài)對(duì)電容中點(diǎn)電壓偏移的影響最小，這是三電平逆變器與兩電平逆變器不同之處。在四組矢量中小矢量對(duì)中點(diǎn)電壓偏移的影響****。選擇三個(gè)最近矢量時(shí)有兩種情況：三個(gè)矢量中有一個(gè)小矢量和有兩個(gè)小矢量。對(duì)這兩種不同的情況，為了減少小矢量對(duì)中點(diǎn)電壓偏移的影響，開關(guān)序列的安排是不同的。中點(diǎn)電壓的平衡控制主要是通過調(diào)整這兩個(gè)小矢量的作用時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的。
2空間矢量pwm算法
當(dāng)給定一個(gè)參考電壓矢量，根據(jù)伏秒平衡原理，空間矢量pwm實(shí)現(xiàn)主要包括以下幾個(gè)步驟：確定扇區(qū)、確定三角形、計(jì)算矢量作用時(shí)間、以及確定開關(guān)順序等。
在此基礎(chǔ)上根據(jù)如下關(guān)系式判斷參考矢量所在三角形的位置
如果式(1)成立，則參考矢量位于三角形如果式(2)成立，而式(1)不成立，則參考矢量位于三角形2；如果式(3)成立，而式(1)和 |
