三電平逆變器SVPWM控制的一種新方法

摘要：針對多電平空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)控制中矢量的選擇和作用時間的計(jì)算占用大量芯片資源的問題，此處以相鄰大矢量為基底，通過矩陣變換的方法合成參考電壓矢量，避免了復(fù)雜的三角函數(shù)運(yùn)算。采用DSP與FPGA結(jié)合的方法搭建控制平臺，利用FPGA提高系統(tǒng)的實(shí)時性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該方法的可行性。
關(guān)鍵詞：逆變器；三電平；空間矢量脈寬調(diào)制；矩陣變換

1 引言
中點(diǎn)箝位(NPC)三電平逆變結(jié)構(gòu)以其明顯優(yōu)勢在高壓大容量逆變系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用與研究。與傳統(tǒng)正弦脈寬調(diào)制(SPWM)相比，SVP WM具有直流電壓利用率高、易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)、輸出波形諧波含量低等優(yōu)點(diǎn)。
三電平SVPWM控制可直接使用DSP芯片實(shí)現(xiàn)，通過對芯片內(nèi)部硬件模塊編程，產(chǎn)生調(diào)制脈沖。但該方法耗費(fèi)大量DSP資源，輸出脈沖時序不能嚴(yán)格同步且數(shù)量有限，芯片資源限制了逆變器電平數(shù)的拓展。文獻(xiàn)采用DSP與CPLD組合的實(shí)現(xiàn)方法，在一定程度上解決了芯片資源短缺的問題，但控制算法需進(jìn)行大量三角計(jì)算，影響了控制的實(shí)時性，限制了其向多電平拓展。
此處利用DSP的數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢和FPGA并行處理的特點(diǎn)，采用16位數(shù)據(jù)總線與6位地址總線進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)了DSP統(tǒng)一尋址，并采用簡易算法以增強(qiáng)系統(tǒng)實(shí)時性。

2 三電平逆變器SVPWM原理
NPC三相三電平逆變器主電路中每相橋臂包含4只功率開關(guān)管Vx1～Vx4、反并聯(lián)在對應(yīng)功率管上的續(xù)流二極管VDx1～VDx4及兩只箝位二極管VDx5～VDx6(其中x對應(yīng)U，V，W三相)。輸出相電壓與開關(guān)管狀態(tài)間關(guān)系如表1所示(2，1，0為輸出電平標(biāo)記)。每相可輸出3種電平，三相共有27種狀態(tài)，對應(yīng)α，β垂直坐標(biāo)平面上的27個空間矢量，其中定義α軸與U相重合。

，Ed／3和0。

整個平面被大矢量分為A～F6個扇區(qū)，各個扇區(qū)內(nèi)部被小矢量與中矢量分成4個正三角形(例如圖1中A扇區(qū)內(nèi)[100]，[000]，[010]，[001])，共24個三角形，圖1示出A扇區(qū)矢量分布圖。參考電壓矢量Uref由所在三角形的頂點(diǎn)所對應(yīng)的矢量合成，即最近三矢量法。單位采樣周期內(nèi)任意最近三矢量U1’，U2’和U3’與各自作用時間t1’，t2’和t3’滿足下式：

式中：T為采樣周期。