三電平空間電壓矢量的PSIM仿真

1、三電平空間電壓矢量仿真一. 三電平的主電路結(jié)構(gòu)本方針三電平逆變電路的主回路采用二極管鉗位型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示圖1 三電平逆變器主電路二. 三電平的仿真計(jì)算2.1 三電平逆變器svpwm的-計(jì)算方法三電平逆變器與兩電平svpwm逆變器在svpwm調(diào)制原理上是一致的，但由于三電平逆變器需要控制的矢量比兩電平的多，算法也復(fù)雜。三電平逆變器的svpwm算法，主要包括參考矢量所在的扇區(qū)號的判斷，開關(guān)矢量作用時(shí)間計(jì)算，及所選矢量作用順序的確定。三電平逆變器共有27個(gè)基本矢量可供選擇，整個(gè)空間電壓矢量圖劃分為6個(gè)大扇區(qū)36個(gè)小三角形區(qū)域(見圖2)。圖2 圖2 三電平逆變器svpwm算法區(qū)域劃分本文采用-極

2、坐標(biāo)計(jì)算法，整個(gè)算法的基本思想是：1，確定用來合成參考電壓矢量的三個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部電壓矢量；2，參考矢量所在扇區(qū)及區(qū)域的判斷；3，各個(gè)矢量作用時(shí)間的計(jì)算；4，確定實(shí)際的開關(guān)矢量及其作用順序。（1） 參考電壓矢量所在的大扇區(qū)的判斷結(jié)合圖3.，由正六邊形空間矢量圖可以看出:其中，由上式可以轉(zhuǎn)化為則vr處于第扇區(qū)；同理，如果則vr處于第扇區(qū)；同理，如果則vr處于第扇區(qū)；同理，如果則vr處于第扇區(qū)；同理，如果則vr處于第扇區(qū)；同理，如果則vr處于第扇區(qū)；對以上條件作進(jìn)一步分析，上述判斷方法可進(jìn)一步簡化。vr所在扇區(qū)由三式與0的關(guān)系決定，由此，可以定義變量定義三個(gè)變量a，b，c，若vrl0，則a=1，否則a=

3、0;若vr20，則b=1，否則b=0;若vr30，則c=1，否則c=0。組合共有8種，但a、b、c不會同時(shí)為1或同時(shí)為0，所以實(shí)際的組合是6種，令n=a+2b+4c，a、b、c的組合取不同的值對應(yīng)著不同的扇區(qū)，并且是一一對應(yīng)的。n與扇區(qū)數(shù)sector的對應(yīng)關(guān)系如表1。（2） 參考電壓矢量所在小三角形區(qū)域的判斷每一個(gè)扇區(qū)又可以分為六個(gè)小區(qū)域。以第i扇區(qū)為例，如圖4所示。參考電壓矢量vr在軸和軸上的投影分別為v和v，幅角為，則v=vrcos，v=vrsin。（3）時(shí)間計(jì)算判斷出參考電壓矢量所在的區(qū)域，根據(jù)ntv(nearest triangle vectors)法則，也就找到了合成參考電壓矢量的三

4、個(gè)基本矢量v1，v2，v3，連同參考電壓矢量vr一起，代入伏秒平衡方程組ts為開關(guān)周期，解出t1，t2，t3即完成了三電平svpwm算法對基本空間矢量作用時(shí)間的計(jì)算。整個(gè)區(qū)域范圍的基本矢量作用時(shí)間如表3所示：區(qū)域t1t2t3123456123 456123456123456123456123456表3 時(shí)間分配表進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成利于dsp運(yùn)算的時(shí)間形式見表4區(qū)域t1t2t3123456123456123456123456123456123456表4 時(shí)間分配表其中k三電平逆變器電壓空間矢量調(diào)制比:，其中是旋轉(zhuǎn)電壓矢量vr的模長，為其旋轉(zhuǎn)角速度。是電壓矢量v13的模長，為直流母線電壓。（4）)空間電

5、壓作用順序的確定三電平逆變器svpwm算法中，開關(guān)序列的選擇應(yīng)遵循以下原則：為了保證每個(gè)橋臂只能同時(shí)有兩個(gè)開關(guān)器件開通，要求在一個(gè)控制周期內(nèi)，相鄰的每相開關(guān)狀態(tài)不能突變，即不允許從嘆”狀態(tài)切換到代1”狀態(tài)，必須通過中間狀態(tài)“0，來過渡:為了優(yōu)化開關(guān)頻率，開關(guān)矢量應(yīng)選擇每次開關(guān)矢量變化時(shí)，只有一個(gè)開關(guān)函數(shù)變動(即只有一相輸出發(fā)生變化)，并且只有兩個(gè)互補(bǔ)開關(guān)管的觸發(fā)信號發(fā)生變化，從而減少了開關(guān)損耗并降低了開關(guān)頻率。第區(qū)間與第、區(qū)間的開關(guān)矢量分配規(guī)律相同，第區(qū)間與第、區(qū)間的規(guī)律相同。本文這樣安排pwm波形:從負(fù)小矢量出發(fā)，按照每次只改變一相的原則去選擇下一步的矢量，到正小矢量為半個(gè)pwm周期，然后再

6、沿著原來路線返回到負(fù)小矢量，從而在下一個(gè)pwm周期里形成對稱的波形。根據(jù)上述原則，每個(gè)采樣周期以負(fù)短矢量作為起始矢量，每個(gè)矢量空間區(qū)域的狀態(tài)作用次序如表4所示，以a相從上到下四個(gè)igbt的驅(qū)動為例，n，o，p分別表示對應(yīng)三相為低電平（0011），零電平（0110），高電平（1100）。為方便dsp處理轉(zhuǎn)換成數(shù)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 矢量狀態(tài)次序表采用中心對稱的七段式svpwm波形將基本矢量的作用時(shí)間分配給對應(yīng)的15矢量狀態(tài)。三相矢量狀態(tài)對應(yīng)全部開關(guān)狀態(tài)，將基本矢量的作用時(shí)間分配給對應(yīng)的矢量狀態(tài)，也就是將開關(guān)器件的導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí)間分配給對應(yīng)的開關(guān)器件，完成對主電路開關(guān)器件的控制。l il大區(qū)1小區(qū)的svpwm波形及其igbt驅(qū)動波形如下面4幅圖所示：所以t1，t3的cmpr值為t2為常開

14、，t4為常閉所以t6，t8的cmpr值為t5為常閉，t7為常開所以t10，t12的cmpr值為t9為常閉，t11為常開l il大區(qū)2小區(qū)的svpwm波形及其igbt驅(qū)動波形如下面4幅圖所示：針對中點(diǎn)電位不平衡的問題，通過檢測直流母線電壓中點(diǎn)的波動方向和電流的流向，重新分配正小矢量和負(fù)小矢量的作用時(shí)間，來抑制了中點(diǎn)電位的不平衡。2.2 psim仿真模型的建立（1）仿真總圖圖6 仿真總圖 參考給定部分圖7圖7 參考給定可以設(shè)定參考電壓矢量的幅值和初始相角。pi代表, ts為開關(guān)周期，即可設(shè)定系統(tǒng)的開關(guān)頻率。 有三相參考輸入計(jì)算vr，和n（a,b,c為n的二進(jìn)制表示）如圖8所示：圖8 計(jì)算vr，和n

15、具體電路如圖9所示：圖9 計(jì)算vr，和n具體電路 vr， to num，k （num為小扇區(qū)序號，n2,n1,n0為num的部分二進(jìn)制表示，k為調(diào)制比）如圖10所示：圖10 計(jì)算num，k具體電路如圖11所示：圖11 計(jì)算num，k具體電路 各矢量作用時(shí)間t1,t2,t3的計(jì)算，如圖12所示：圖12 計(jì)算t1,t2,t3具體電路，如圖13所示：圖13 計(jì)算t1,t2,t3具體電路 t1,t2,t3的狀態(tài)分配如圖14所示：圖14 t1,t2,t3時(shí)間分配具體電路如圖15所示：圖15 t1,t2,t3的七段式時(shí)間分配具體電路（其中含中點(diǎn)電位調(diào)整電路）七段式仿真模塊是通過時(shí)間疊加產(chǎn)生含有與矢量狀態(tài)對應(yīng)的時(shí)間信息的梯形波m，作為下一個(gè)矢量狀態(tài)次序仿真模塊的選擇信號或分配信號 由m，n，num，計(jì)算每相的開關(guān)狀態(tài)，如圖16所示圖16 開關(guān)狀態(tài)分配圖具體電路如圖17所示：圖17 開關(guān)狀態(tài)分配圖具體電路其中含有六大扇區(qū)的子圖，如以扇區(qū)為例，框圖如圖18所示（其中n6,n5,n4為num的二進(jìn)制表示，m2,m1,m0為m的二進(jìn)制表示）：圖18 區(qū)分配圖 具體電路如圖19所示，其中包含了num=1-6，六個(gè)小扇區(qū)圖19 區(qū)分配圖具體電路其中每個(gè)小扇區(qū)又包含自己對應(yīng)的具體電壓矢量狀態(tài)，框圖如圖20所示圖20 區(qū),1