基于PSIM的单相三电平SVPWM算法及性能分析研究.docVIP

基于PSIM的单相三电平SVPWM算法及性能分析研究 摘要：本文使用单相H桥逆变电路作为主电路，针对三电平SVPWM算法进行详细数学分析推导，通过对比传统正弦脉宽调制技术（SPWM），分析SVPWM调制方式的性能。使用PSIM建立仿真模型进行仿真分析；同时，利用PSIM可产生C代码的功能，直接生成DSP需要的代码文档；不但缩短了研究周期，还增加了C代码的可读性。 关键字：SVPWM调制 PSIM仿真 单相逆变 Abstract: This paper uses single-phase H bridge inverter circuit as the main circuit, a detailed mathematical analysis for the three levels SVPWM of algorithm, by comparing the traditional sinusoidal pulse width modulation (SPWM), the performance analysis of SVPWM modulation. Using PSIM to build simulation model for simulation analysis; meanwhile, the use of PSIM can produce C code function, directly generated DSP required code documents; Not only greatly shortened the research cycle, but also increased the readability of the C code. 1 引言 随着电力电子技术的发展，像光伏发电等新能源的大量投入，对逆变电路的调制方式提出了更高的要求。随着对正弦脉宽调制技术（SPWM）的不断改进，在一定程度上提高了直流电压的利用率和减少了THD；但相对于空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术，由于其具有易于数字化实现和电压利用率高等优点，因此更为广泛应用及研究。 研究表明，SVPWM调制技术具有SPWM调制技术所不具备的优势[1-3]；文献[4]提出了一种通用H桥级联SVPWM算法，通过对SVPWM算法的改进，结果表明改进后的级联SVPWM算法降低了计算工作量。本文使用通用的H桥逆变电路作为研究模型和实验主电路，对单相SVPWM详细的数学推导和使用双重傅里叶分析来研究SVPWM调制技术的性能；通过PSIM搭建仿真模型验证分析，利用其能产生C代码的功能，不但解决了编写C code的难题，同时有利于算法和模型的修改，极大的缩短了科研周期。 2 单相SVPWM算法的数学推导 本文以单相H桥逆变电路作为研究对象，对SVPWM算法进行推导分析。单相H桥逆变电路的主电路结构拓扑图如图1所示。 图 1 主电路结构拓扑图 为了研究分析方便，定义开关函数，为： 其中，和为桥臂，和为桥臂。 对图1分析知：对于每一个桥臂都有两种电平（0，）输出，对于H桥有三种电平（，0，）输出，对于四个开关管有四种不同的组合。与四个开关管的四种不同的组合对应的开关函数值和H桥输出电压如表1所示。 表1 开关组合与开关函数和输出电压的对应关系 on off on off 1 1 0 on off off on 1 0 off on on off 0 1 off on off on 0 0 0 与三相SVPWM算法类同，单相SVPWM算法也分为通过扇区的判断、矢量作用时间的计算和SVPWM的产生来实现[2]，其中SVPWM矢量合成图如图2所示。图2中和 为零矢量；为合成矢量，以角度旋转；图中分为两个扇区（扇区1、2），对应着合成矢量的正负。 图 2 单相SVPWM矢量合成图 设开关周期为，在图2中1，2两个扇区内，根据伏秒平衡原理有： （其中） 所以，矢量、的在一个开关周期中的作用时间为： 又因为，所以： 其中为SVPWM的调制系数，范围0~1。 为了尽量减少开关动作频率，降低损耗，使得每次只动作一只开关管，所以在两区域内适量应用零矢量和；为了使产生的输出电压波形具有最小的THD，利用“ 对称原则”对作用矢量进行布置[2]。定义其开关顺序如表2所示： 表 2 扇区的开关顺序 扇区 桥臂的开关顺序 当合成矢量在扇区1内时，在一个开关周期内，由表2定义