多电平变换器SVPWM矢量发生技术研究

二极管箝位式三电平变换器,能够象两电平变换器一样实现PWM整流器功能。所以在一些能量双向流动的大功率场合,得到了很好的应用。空间电压矢量调制法(SVPWM)是二极管箝位式多电平变换器的控制技术之一,由于其拥有较小的输出谐波含量、较高的电压利用率且易于数字化实现,成为研究最多、应用最广的控制技术。 矢量发生是多电平变换器SVPWM中的关键问题。查表式多电平矢量发生方法思路清晰容易接受,但算法复杂且实现起来较为困难,基于简化的目的,一些改进方法相继被提出。常见的改进方法有两类:一类是将参考电压矢量分解,将参考电压矢量分解为基矢量和两电平矢量,然后用类似两电平空间矢量的方法确定构成小三角形三个顶点的基本矢量,以及计算对应的作用时间;第二类是进行坐标变换,用60°的m-n坐标系和120°的K-L坐标系分别代替传统的α—β正交坐标系,这使得在判断矢量区间、计算矢量作用时间的时候,无需涉及繁琐的三角运算,计算量很小。 本文用MATLAB软件分别对查表式和参考电压分解式多电平矢量发生进行仿真,验证了几种矢量发生方法的可行性,然后在这基础上提出矢量发生器的概念。矢量发生器是专门用来实现多电平变换器SVPWM矢量发生的软件模块。从DSP处理器中得到矢量的幅值和相角后,矢量发生器完成驱动波形的生成,矢量发生器最大的特点是与控制算法相独立。本文详细介绍了几种矢量发生器可行方案,包括:“基于DSP的矢量发生器”,“基于DSP+FPGA的矢量发生器”,“基于FPGA的矢量发生器”。将可编程逻辑器件引入矢量发生是本文一大特色,依靠FPGA强大的逻辑运算功能和丰富的IO资源,轻而易举地解决了DSP中复杂的波形处理。通过比较三种矢量发生器的比较,发现“基于DSP+FPGA的矢量发生器”相对而言思路简单,容易实现。 本文最后搭建了一个基于多电平矢量发生的逆变实验系统,制作了一台用矢量发生器驱动的1.5KW的多电平变换器实验样机,在样机上得到了较为理想的波形。