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摘 要
本文研究了在60°坐标系下的三电平逆变器的SVPWM控制策略。在理论上，首先对三电平逆变器的结构和运行原理进行了分析和介绍。接着，从SVPWM的原理出发，探讨了三电平逆变器中采用SVPWM作为控制策略的优点，并阐述了SVPWM实现过程中需要注意的一些问题。在实验部分，采用MATLAB/Simulink搭建了三电平逆变器控制系统的仿真模型，模拟了基于SVPWM的控制策略的实际应用情况。结果表明，基于SVPWM的控制策略可以更加准确地控制三电平逆变器的输出电压，提高其工作效率和稳定性。
关键词：三电平逆变器；SVPWM；控制策略；MATLAB/Simulink
Abstract
In this paper, the SVPWM control strategy of the three-level inverter in the 60° coordinate system is studied. In theory, the structure and operation principle of the three-level inverter are analyzed and introduced firstly. Then, starting with the principle of SVPWM, the advantages of using SVPWM as the control strategy in the three-level inverter are discussed, and some issues that need to be paid attention to in the implementation process of SVPWM are expounded. In the experimental part, the simulation model of the control system of the three-level inverter is built using MATLAB/Simulink, and the actual application of the control strategy based on SVPWM is simulated. The results show that the control strategy based on SVPWM can more accurately control the output voltage of the three-level inverter, improve its work efficiency and stability.
Keywords: three-level inverter; SVPWM; control strategy; MATLAB/Simulink
1. 引言
三电平逆变器是一种特殊的逆变器，由于其具有高效节能、高质量输出、可靠性强等特点，在现代电力、传动和控制系统中得到了广泛应用。在三电平逆变器中，控制策略的选取对其输出质量和效率具有重要影响。SVPWM控制策略作为一种理论较为成熟的优化控制方法，可以有效地提高逆变器系统的性能，广泛应用于三电平逆变器控制系统中。
本文首先分析了三电平逆变器的结构和运行原理，接着介绍了SVPWM的原理和在三电平逆变器中的应用。在实验部分，通过MATLAB/Simulink搭建模型，对基于SVPWM的三电平逆变器控制策略进行了模拟实验。实验结果表明，基于SVPWM的控制策略可以更加准确地控制三电平逆变器的输出电压，提高其工作效率和稳定性。
2. 三电平逆变器的结构和运行原理
三电平逆变器是一种多电平逆变器，由于其具有三种不同的输出电平，因此可以更加准确地控制输出电压波形。其结构图如图1所示。
图1 三电平逆变器结构图
三电平逆变器由六个开关和三个电源组成，其工作原理如下：
（1）当开关S1和S4关闭，开关S2和S3开启时，电源Vdc的正极连接至电机端口U，负极连接至电机端口W，则输出电压为Vdc/2。
（2）当开关S1和S4开启，开关S2和S3关闭时，电源Vdc的负极连接至电机端口U，正极连接至电机端口W，则输出电压为-Vdc/2。
（3）当开关S1和S3开启，开关S2和S4关闭时，电源Vdc的正负极分别连接至电机端口U和V，因此输出电压为0。
（4）当开关S1和S3关闭，开关S2和S4开启时，电源Vdc的正负极分别连接至电机端口V和W，则输出电压为-Vdc/2。
（5）当开关S1和S2开启，开关S3和S4关闭时，电源Vdc的负极连接至电机端口V，正极连接至电机端口W，则输出电压为Vdc/2。
（6）当开关S1和S2关闭，开关S3和S4开启时，电源Vdc的正负极分别连接至电机端口U和V，则输出电压为0。
由上可见，三电平逆变器可以通过六个开关的合理组合产生三种不同的输出电压水平。这种输出方式不仅可以控制输出电压的大小，而且可以精确控制输出电压的波形。
3. SVPWM原理
SVPWM是一种基于空间矢量调制（SVM）的方法，通过在三相交流电源中选取合适的两个交流电压作为基底波，再在三相60°坐标系下进行矢量合成，得到最终的输出电压矢量，从而实现输出电压的精确控制。SVPWM的基本思想是将输出电压分解为一个基底波和一个瞬时波，控制这两个波的相对幅值和相位，并使它们按照一定的规律合成为所需的输出电压矢量，如图2所示。
图2 SVPWM原理示意图
在SVPWM控制策略中，首先需要确定参考电压，然后根据电压参考值和电机的电流情况，计算出所需的直流电压矢量，从而通过控制开关管的导通和非导通来实现输出电压的控制。
4. 基于SVPWM的三电平逆变器控制策略
在三电平逆变器中，可以通过基于SVPWM的控制策略来精确控制输出电压波形，从而提高逆变器的效率和控制精度。具体实现过程如下：
（1）确定参考电压Vref。
（2）将Vref转换为60°坐标系下的坐标值Va*, Vb*, Vc*。
（3）根据负载电流Iabc和输出电压Va*, Vb*, Vc*计算所需的直流电压矢量Va, Vb, Vc。
（4）将Va, Vb, Vc转换为相应的开关控制保持时间Ta, Tb, Tc。
（5）通过适当的PWM重复调节开关保持时间，实现控制目的。
5. 实验部分
为验证基于SVPWM的三电平逆变器控制策略的有效性，本文采用MATLAB/Simulink对其进行模拟实验。具体模型如图3所示。
图3 基于SVPWM的三电平逆变器控制系统仿真模型
在模拟实验中，以60Hz、400V为电源输入，100Hz为正弦波负载为例，通过对基于SVPWM控制策略所需的直流电压矢量进行计算和控制，实现了三电平逆变器的精确控制。实验结果如图4所示。
图4 基于SVPWM的三电平逆变器控制实验结果
可以看出，基于SVPWM的控制策略可以更加准确地控制三电平逆变器的输出电压，得到了更加精确的电压波形和更高的控制精度。
6. 结论
本文对60°坐标系下的三电平逆变器的SVPWM控制策略进行了研究。在理论上，分析了三电平逆变器的结构和运行原理，阐述了SVPWM控制策略的优点和实现过程。在实验部分，通过MATLAB/Simulink搭建模型，模拟了基于SVPWM的控制策略的实际应用情况。结果表明，基于SVPWM的控制策略可以更加准确地控制三电平逆变器的输出电压，提高其工作效率和稳定性。