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制(SVPWM)控制中矢量的選擇和作用時(shí)間的計算占用大量芯片資源的問(wèn)題，此處以相鄰大矢量為基底，通過(guò)矩陣變換的方法合成參考電壓矢量，避免了復雜的三角函數運算。采用DSP與FPGA結合的方法搭建控制平臺，利用FPGA提高系統的實(shí)時(shí)性。實(shí)驗結果證明了該方法的可行性。
關(guān)鍵詞：逆變器；三電平；空間矢量脈寬調制；矩陣變換

1 引言
中點(diǎn)箝位(NPC)三電平逆變結構以其明顯優(yōu)勢在高壓大容量逆變系統中得到了廣泛的應用與研究。與傳統正弦脈寬調制(SPWM)相比，SVP WM具有直流電壓利用率高、易于數字化實(shí)現、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，通過(guò)對芯片內部硬件模塊編程，產(chǎn)生調制脈沖。但該方法耗費大量DSP資源，輸出脈沖時(shí)序不能?chē)栏裢角覕盗坑邢?，芯片資源限制了逆變器電平數的拓展。文獻采用DSP與CPLD組合的實(shí)現方法，在一定程度上解決了芯片資源短缺的問(wèn)題，但控制算法需進(jìn)行大量三角計算，影響了控制的實(shí)時(shí)性，限制了其向多電平拓展。
此處利用DSP的數據處理優(yōu)勢和FPGA并行處理的特點(diǎn)，采用16位數據總線(xiàn)與6位地址總線(xiàn)進(jìn)行通信，實(shí)現了DSP統一尋址，并采用簡(jiǎn)易算法以增強系統實(shí)時(shí)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(kāi)關(guān)管Vx1～Vx4、反并聯(lián)在對應功率管上的續流二極管VDx1～VDx4及兩只箝位二極管VDx5～VDx6(其中x對應U，V，W三相)。輸出相電壓與開(kāi)關(guān)管狀態(tài)間關(guān)系如表1所示(2，1，0為輸出電平標記)。每相可輸出3種電平，三相共有27種狀態(tài)，對應α，β垂直坐標平面上的27個(gè)空間矢量，其中定義α軸與U相重合。

，Ed／3和0。

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

式中：T為采樣周期。