三电平空间电压矢量的PSIM仿真.doc

三电平空间电压矢量仿真
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
三电平的仿真计算
三电平逆变器SVPWM的α-β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α-β极坐标计算法,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。
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Ⅰ扇区;同理,如果
则Vr处于第Ⅱ扇区;同理,如果
则Vr处于第Ⅲ扇区;同理,如果
则Vr处于第Ⅳ扇区;同理,如果
则Vr处于第Ⅴ扇区;同理,如果
则Vr处于第Ⅵ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Vrl>0,则A=1,否则A=0;若Vr2>0,则B=1,否则B=0;若Vr3>0,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。
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α轴和β轴上的投影分别为Vα和Vβ,幅角为θ,则Vα=Vrcosθ,Vβ=Vrsinθ。
(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
T1
T2
T3
Ⅰ1
Ⅰ2
Ⅰ3
Ⅰ4
Ⅰ5
Ⅰ6
Ⅱ1
Ⅱ2
Ⅱ3

Ⅱ4
Ⅱ5
Ⅱ6
Ⅲ1
Ⅲ2
Ⅲ3
Ⅲ4
Ⅲ5
Ⅲ6
Ⅳ1
Ⅳ2
Ⅳ3
Ⅳ4
Ⅳ5
Ⅳ6
Ⅴ1
Ⅴ2
Ⅴ3
Ⅴ4
Ⅴ5
Ⅴ6
Ⅵ1
Ⅵ2
Ⅵ3
Ⅵ4
Ⅵ5
Ⅵ6
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
T1
T2
T3
Ⅰ1
Ⅰ2
Ⅰ3
Ⅰ4
Ⅰ5
Ⅰ6
Ⅱ1
Ⅱ2
Ⅱ3
Ⅱ4
Ⅱ5
Ⅱ6
Ⅲ1
Ⅲ2
Ⅲ3
Ⅲ4
Ⅲ5
Ⅲ6
Ⅳ1
Ⅳ2
Ⅳ3
Ⅳ4
Ⅳ5
Ⅳ6
Ⅴ1
Ⅴ2
Ⅴ3
Ⅴ4
Ⅴ5
Ⅴ6
Ⅵ1
Ⅵ2
Ⅵ3
Ⅵ4
Ⅵ5
Ⅵ6
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:
①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:
②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。
③第Ⅰ区间与第Ⅲ、Ⅴ区间的开关矢量分配规律相同,第Ⅱ区间与第Ⅳ、Ⅵ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,