三电平空间电压矢量的PSIM仿真

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1、三电平空间电压矢量仿真一. 三电平的主电路结构本方针三电平逆变电路的主回路采用二极管钳位型拓扑结构，如图1所示图1 三电平逆变器主电路二. 三电平的仿真计算2.1 三电平逆变器SVPWM的-计算方法三电平逆变器与两电平SVPWM逆变器在SVPWM调制原理上是一致的，但由于三电平逆变器需要控制的矢量比两电平的多，算法也复杂。三电平逆变器的SVPWM算法，主要包括参考矢量所在的扇区号的判断，开关矢量作用时间计算，及所选矢量作用顺序的确定。三电平逆变器共有27个基本矢量可供选择，整个空间电压矢量图划分为6个大扇区36个小三角形区域(见图2)。图2 图2 三电平逆变器SVPWM算法区域划分本文采用-极

2、坐标计算法，整个算法的基本思想是：1，确定用来合成参考电压矢量的三个系统内部电压矢量；2，参考矢量所在扇区及区域的判断；3，各个矢量作用时间的计算；4，确定实际的开关矢量及其作用顺序。（1） 参考电压矢量所在的大扇区的判断结合图3.，由正六边形空间矢量图可以看出:其中，由上式可以转化为则Vr处于第扇区；同理，如果则Vr处于第扇区；同理，如果则Vr处于第扇区；同理，如果则Vr处于第扇区；同理，如果则Vr处于第扇区；同理，如果则Vr处于第扇区；对以上条件作进一步分析，上述判断方法可进一步简化。Vr所在扇区由三式与0的关系决定，由此，可以定义变量定义三个变量A，B，C，若Vrl0，则A=1，否则A=

3、0;若Vr20，则B=1，否则B=0;若Vr30，则C=1，否则C=0。组合共有8种，但A、B、C不会同时为1或同时为0，所以实际的组合是6种，令N=A+2B+4C，A、B、C的组合取不同的值对应着不同的扇区，并且是一一对应的。N与扇区数sector的对应关系如表1。（2） 参考电压矢量所在小三角形区域的判断每一个扇区又可以分为六个小区域。以第I扇区为例，如图4所示。参考电压矢量Vr在轴和轴上的投影分别为V和V，幅角为，则V=Vrcos，V=Vrsin。（3）时间计算判断出参考电压矢量所在的区域，根据NTV(Nearest Triangle Vectors)法则，也就找到了合成参考电压矢量的三

4、个基本矢量V1，V2，V3，连同参考电压矢量Vr一起，代入伏秒平衡方程组Ts为开关周期，解出T1，T2，T3即完成了三电平SVPWM算法对基本空间矢量作用时间的计算。整个区域范围的基本矢量作用时间如表3所示：区域T1T2T3123456123 456123456123456123456123456表3 时间分配表进一步转换成利于DSP运算的时间形式见表4区域T1T2T3123456123456123456123456123456123456表4 时间分配表其中k三电平逆变器电压空间矢量调制比:，其中是旋转电压矢量Vr的模长，为其旋转角速度。是电压矢量V13的模长，为直流母线电压。（4）)空间电

5、压作用顺序的确定三电平逆变器SVPWM算法中，开关序列的选择应遵循以下原则：为了保证每个桥臂只能同时有两个开关器件开通，要求在一个控制周期内，相邻的每相开关状态不能突变，即不允许从叹”状态切换到代1”状态，必须通过中间状态“0，来过渡:为了优化开关频率，开关矢量应选择每次开关矢量变化时，只有一个开关函数变动(即只有一相输出发生变化)，并且只有两个互补开关管的触发信号发生变化，从而减少了开关损耗并降低了开关频率。第区间与第、区间的开关矢量分配规律相同，第区间与第、区间的规律相同。本文这样安排PWM波形:从负小矢量出发，按照每次只改变一相的原则去选择下一步的矢量，到正小矢量为半个PWM周期，然后再

6、沿着原来路线返回到负小矢量，从而在下一个PWM周期里形成对称的波形。根据上述原则，每个采样周期以负短矢量作为起始矢量，每个矢量空间区域的状态作用次序如表4所示，以A相从上到下四个IGBT的驱动为例，n，o，P分别表示对应三相为低电平（0011），零电平（0110），高电平（1100）。为方便DSP处理转换成数字2代表p, 1代表o, 0代表nIlonn oon ooo poo ooo oon onn100 110 111 211 111 110 100I2oon ooo poo ppo poo ooo oon110 111 211 221 211 111 110I3onn oon pon po

7、o pon oon onn100 110 210 211 210 110 100I4oon pon poo ppo poo pon oon110 210 211 221 211 210 110I5onn pnn pon poo pon pnn onn100 200 210 211 210 200 100I6oon pon ppn ppo ppn pon oon110 210 220 221 220 210 110II1oon ooo opo ppo opo ooo oon110 111 121 221 121 111 110II2non oon ooo opo ooo oon non010 1

8、10 111 121 111 110 010II3oon opn opo ppo opo opn oon110 120 121 221 121 120 110II4non oon opn opo opn oon non010 110 120 121 120 110 010II5oon opn ppn ppo ppn opn oon110 120 220 221 220 120 110II6non npn opn opo opn npn non010 020 120 121 120 020 010III1non noo ooo opo ooo noo non010 011 111 121 111

9、 011 010III2noo ooo opo opp opo ooo noo011 111 121 122 121 111 011III3non noo npo opo npo noo non010 011 021 121 021 011 010III4noo npo opo opp opo npo noo011 021 121 122 121 021 011III5non npn npo opo npo npn non010 020 021 121 021 020 010III6noo npo npp opp npp npo noo011 021 022 122 022 021 011IV

10、1noo ooo oop opp oop ooo noo011 111 112 122 112 111 011IV2nno noo ooo oop ooo noo nno001 011 111 112 111 011 001IV3noo nop oop opp oop nop noo011 012 112 122 112 012 011IV4nno noo nop oop nop noo nno001 011 012 112 012 011 001IV5noo nop npp opp npp nop noo011 012 022 122 022 012 011IV6nno nnp nop oo

11、p nop nnp nno001 002 012 112 012 002 001V1nno ono ooo oop ooo ono nno001 101 111 112 111 101 001V2ono ooo oop pop oop ooo ono101 111 112 212 112 111 101V3nno ono onp oop onp ono nno001 101 102 112 102 101 001V4ono onp oop pop oop onp ono101 102 112 212 112 102 101V5nno nnp onp oop onp nnp nno001 002

12、 102 112 102 002 001V6ono onp pnp pop pnp onp ono101 102 202 212 202 102 101VI1ono ooo poo pop poo ooo ono101 111 211 212 211 111 101VI2onn ono ooo poo ooo ono onn100 101 111 211 111 101 100VI3ono pno poo pop poo pno ono101 201 211 212 211 201 101VI4onn ono pno poo pno ono onn100 101 201 211 201 101

13、 100VI5ono pno pnp pop pnp pno ono101 201 202 212 202 201 101VI6onn pnn pno poo pno pnn onn100 200 201 211 201 200 100表5 矢量状态次序表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15矢量状态。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。l Il大区1小区的SVPWM波形及其IGBT驱动波形如下面4幅图所示：所以T1，T3的CMPR值为T2为常开

14、，T4为常闭所以T6，T8的CMPR值为T5为常闭，T7为常开所以T10，T12的CMPR值为T9为常闭，T11为常开l Il大区2小区的SVPWM波形及其IGBT驱动波形如下面4幅图所示：针对中点电位不平衡的问题，通过检测直流母线电压中点的波动方向和电流的流向，重新分配正小矢量和负小矢量的作用时间，来抑制了中点电位的不平衡。2.2 PSIM仿真模型的建立（1）仿真总图图6 仿真总图 参考给定部分图7图7 参考给定可以设定参考电压矢量的幅值和初始相角。Pi代表, Ts为开关周期，即可设定系统的开关频率。 有三相参考输入计算Vr，和N（A,B,C为N的二进制表示）如图8所示：图8 计算Vr，和N

15、具体电路如图9所示：图9 计算Vr，和N具体电路 Vr， to num，k （num为小扇区序号，n2,n1,n0为num的部分二进制表示，k为调制比）如图10所示：图10 计算num，k具体电路如图11所示：图11 计算num，k具体电路 各矢量作用时间T1,T2,T3的计算，如图12所示：图12 计算T1,T2,T3具体电路，如图13所示：图13 计算T1,T2,T3具体电路 T1,T2,T3的状态分配如图14所示：图14 T1,T2,T3时间分配具体电路如图15所示：图15 T1,T2,T3的七段式时间分配具体电路（其中含中点电位调整电路）七段式仿真模块是通过时间叠加产生含有与矢量状态对

16、应的时间信息的梯形波M，作为下一个矢量状态次序仿真模块的选择信号或分配信号 由M，N，num，计算每相的开关状态，如图16所示图16 开关状态分配图具体电路如图17所示：图17 开关状态分配图具体电路其中含有六大扇区的子图，如以扇区为例，框图如图18所示（其中n6,n5,n4为num的二进制表示，m2,m1,m0为M的二进制表示）：图18 区分配图 具体电路如图19所示，其中包含了num=1-6，六个小扇区图19 区分配图具体电路其中每个小扇区又包含自己对应的具体电压矢量状态，框图如图20所示图20 区,1小区分配图具体电路具体电路如图21所示：图20 区,1小区分配图具体电路其他各大扇区各小区的具体电路相同，只是分配的电压矢量不同而已。 由各相状态门极驱动的具体状态，以A相为例，如图21所示图21 门极驱动状态分配图具体电路如图22所示：图22 门极驱动状态分配图具体电路其他两相，电路相同。三. 仿真波形示意其中一种相电压波形如图23所示：图23 U相输出电压波形其中一种线电压波形如图24所示：图24 U，V相输出线电压波形四. 结论仿真过程得到实现，中点波动得到很好抑制，还需要实践进一步检验。