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華中科技大學控制科學與工程系，武漢430074；2南京電子技術研究所，南京210013）
摘要：文章在介紹中點箝位三電平逆變器空間矢量pwm原理基礎上，提出了一種實用的易于數字化實現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用的兩電平空間矢量pwm實現的流程。以該算法為基礎，通過調整空間矢量切換點的位置，給出了電容中點電壓平衡控制方案。通過合理的數字信號處理器引腳分配和寄存器的配置，提出了基于一片數字信號處理器ti\4s320f407的三電平svpwm實現方案=仿真和實驗結果證實了所提出的空間矢量pwm算法和實現方法是正確可行的。
關鍵詞：中點箝位逆變器；空間矢量pwm；三電平；中點電壓平衡；數字信號處理器(dsp)
中圖分類號：tp273 +.1 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)06-0066-04
0引 言
自從多電平的概念提出以來，多電平變換器技術一直受到廣大研究人員的關注，尤其是在大功率應用領域。與兩電平變換器相比，多電平變換器的突出優點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，由此產生高的功率質量，更低的諧波分量，更好的電磁兼容性以及更低的開關損耗。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用。空間矢量pwm( svpwm)具有易于數字實現、-優化的開關序列、高的直流母線電壓利用率等優點，因而得到了廣泛的應用。多電平變換器的svpwm比兩電平的svpwm更復雜，其復雜性表現在參考矢量位置的確定、開關狀態的選擇以及作用時間的計算。任一三相n電平逆變器的空間矢量圖包含6扇區。每個扇區包括（n-1）2個三角形。參考矢量頂點可位于任一三角形內，任一三角形每個頂點代表一個空間矢量，一個空間矢量表示一個或多個開關狀態。在一個n電平逆變器的矢量圖中有n3個開關狀態，空間矢量。svpwm用來選擇開關狀態，并確定每個開關狀態的作用時間。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度坐標系，基于虛擬空間矢量以及基于神經網絡等。
本文在介紹二極管箝位三點平逆變器空間矢量pwm愿理基礎上，提出了一種實用的易于數字實現的三電平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。在此基礎上研究了逆變器電容中點的平衡控制策略。提出了基于一片數字信號處理tms320lf2407a的三電平svpwm實現方法，并對所做工作進行了仿真和實驗研究。扇區s與值ⅳ之間的關系如表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個開關狀態，這27個開關狀態組成了19個空間矢量，如圖2所示[14]。
在三電平逆變器中，選擇開關狀態時除了要保證逆變器的開關次數最少，同時還要保證開關狀態對電容中點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中點電壓偏移的影響****。選擇三個最近矢量時有兩種情況：三個矢量中有一個小矢量和有兩個小矢量。對這兩種不同的情況，為了減少小矢量對中點電壓偏移的影響，開關序列的安排是不同的。中點電壓的平衡控制主要是通過調整這兩個小矢量的作用時間來實現的。
2空間矢量pwm算法
當給定一個參考電壓矢量，根據伏秒平衡原理，空間矢量pwm實現主要包括以下幾個步驟：確定扇區、確定三角形、計算矢量作用時間、以及確定開關順序等。
在此基礎上根據如下關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 |
