基于三電平逆變的開關磁阻發電系統的研究
2014-08-08 19:37:34何浪易靈芝羅曉雪朱廣輝陳鴻蔚李
計算技術與自動化 2014年2期
何浪+易靈芝+羅曉雪+朱廣輝+陳鴻蔚+李勝兵
收稿日期：2013-06-09
基金項目：國家能源局-國家發展改革委項目（發改2011(1952)號）；湖南省自科基金項目(11JJ8004)；湖南省教育廳重點項目(JG2011A012)
作者簡介：何 浪(1988—)，男，湖南湘潭人，碩士研究生，研究方向：清潔能源并網技術。
文章編號：1003-6199(2014)02-0046-06
摘 要：新型開關磁阻發電機具有發電容量大、效率高、起動和發電組合容易等優點，三電平逆變器具有能減少開關損耗和濾波電感損耗并有降低開關應力等特點。利用三電平逆變器轉換效率高的優勢，結合新型開關磁阻發電機低風速發電特點，降低開關損耗和開關器件電壓應力，提高裝置可靠性。仿真實驗結果表明：用三電平逆變器能夠很好的實現開關磁阻發電機的逆變要求。
關鍵詞：開關磁阻發電系統；三電平逆變器；開關器件電壓應力；轉換效率
中圖分類號：TM464文獻標識碼：A
Study on Threelevel Inverter of SRG System
HE Lang1,YI Lingzhi1,LUO Xiaoxue1,ZHU Guanghui2,CHEN Hongwei3,LI Shengbing1
(1. Key Laboratory of Intelligent Computing & Information Processing (Xiangtan University),
Ministry of Education,Xiangtan,Hunan 411105，China；
2. Xiangtan electric drawing equipment research laboratory Co Ltd,Xiangtan,Hunan 411101，China；
3. Xiangtan electric Limited by Share Ltd,Xiangtan,Hunan 411101，China)
Abstract:The newstyle switched reluctance generator has many advantages, such as great generating capacity, high efficiency, as well as convenient combination of starting, and generating electricity. In addition, the loss of switches and filter inductors can be reduced by threelevel inverters. It can reduce the switch loss and voltage stress of devices, by making use of threelevel inverters, the reliability of devices can be improved. With high conversion efficiency and combining, this newstyle switched reluctance generator can achieve the low wind power characteristics. Simulation results has verified that threelevel inverters can meet the requirement of switched reluctance generator.
Key words:Switched Reluctance Generator (SRG);Threelevel inverter;voltage stress of switching devices;conversion efficienc
1 引 言
隨著新型大容量電力電子設備的應用以及新型風力葉片的出現，風能作為清潔能源，施工周期短、清潔無污染、占地少、投資靈活，有很好的社會效益和經濟效益，受到全世界高度重視。風力發電技術因為其可靠性高，成本低，已成為現階段新能源發電技術的研究熱點，越來越多的新型技術被研究應用到風力發電技術當中［1］。在風力發電系統中,開關磁阻電機能使整個系統結構更加簡單，提高風能利用效率，實現復雜控制。
與兩電平逆變器相比，三電平逆變器輸出電壓諧波含量少，效率高，開關損耗小。三電平逆變器可利用自身優點,減少開關損耗,提高效率,解決開關磁阻風力發電的問題。
2 開關磁阻發電機原理及特性
開關磁阻電機是簡單的通過改變相電流的導通角就能夠讓電機工作在電動狀態或者發電狀態。在電動運行時，選擇的導通角要使相電流能流過dL/dθ＞0的區域，而要在發電機運行時，選擇的導通角要使相電流能流過dL/dθ＜0的區域［1］。
圖1 典型的4相SRG主電路拓撲
圖1是一種典型的4相SRG不對稱橋的主電路驅動拓撲。我們可以假設：忽略在極角處的邊緣效應；忽略每相之間的互感；沒有飽和［2］。SRG每相的電壓方程為：
μph=Rphiph+dλ(iph,θr)dt(1)
=Rphiph+Lph(θr)diphdt+ωriphdLphdθr
=Rphiph+λ(iph,θr)iphdiphdt+ωrλ(iph,θr)θr
其中，iph是相電流，Rph是相電感，ωr是轉子角速度，θr是轉子角， λ(iph,θr)是磁通。
反電動勢eph可表示為
eph=ωriphdLphdθr(2)
電感增量Lph(θr)可表示為
Lph(θr)=λ(iph,θr)iph(3)
如果忽略磁飽和，瞬時電磁扭矩
Te=12i2phdLphdθr(4)
其中，dLph/dθr是相電感對轉子角的微分。
3 三電平和兩電平逆變器效率比較
用Mathcad軟件可以仿真出三電平和兩電平逆變器在相同的給定應用條件下的損耗和效率［3］。兩者都以IGBT為開關器件，驅動電阻都是5Ω，工作溫度均為125℃。兩電平濾波電感為0.33mH，三電平濾波電感為0.22mH。仿真實驗結果如圖2所示。
從圖2(a)可以看出三電平拓撲中的開關器件電壓應力僅為兩電平拓撲開關器件電壓應力的1/2，開關損耗也約為兩電平的1/3，隨著開關頻率增加，損耗有所增加。
計算技術與自動化2014年6月
第33卷第2期何 浪等：基于三電平逆變的開關磁阻發電系統的研究
(a) 開關損耗比較
電流流過串聯功率器件的數目增加，導通損耗增加，三電平拓撲的導通損耗約為兩電平的1.6倍,見圖2(b)。
(b) 導通損耗比較圖2 仿真實驗結果
對相同的輸出電能品質要求，三電平拓撲的濾波電感損耗比兩電平拓撲的濾波電感損耗小，約為0.8倍，且隨著開關頻率增加，損耗有所增加，見圖3(a)。
(a) 濾波電感損耗比較
(b) 總損耗比較
在相同開關頻率下，三電平逆變器的總損耗約為兩電平逆變器的0.6倍，且隨著開關頻率增加，總損耗有所減少,見圖3(b)。
(c) 效率比較
圖3 兩電平和三電平效率和損耗比較
從圖3(c)可以看出，隨著開關頻率的提高，開關損耗的比例快速增加，三電平的效率優勢越來越明顯(效率與兩電平相比，下降速度緩慢)。當fs=10kHZ，η可以提高1.7％；當fs=20kHZ，η可以提高2.79％；當fs=40kHZ，η可以提高5.4％［4］。
盡管三電平逆變器比兩電平逆變器的導通損耗大，但三電平能顯著減少開關損耗和濾波電感損耗。在開關頻率大于10 kHz的應用場合，三電平逆變器有更高的轉換效率。所以本系統宜用三電平逆變器。
4 三電平逆變器SVPWM控制原理
二極管鉗位型三電平逆變器的主電路如圖4所示。每相橋臂都由四個開關管構成，中間兩個開關管輔以兩個中點鉗位二極管，這樣每相有3種開關狀態。以a相為例，當S1,S2導通S3，S4關斷，此時的輸出電壓為Ud/2;當S2，S3導通S1，S4關斷，此時的輸出電壓為0，當S3，S4導通S1，S2關斷，此時的輸出電壓為- Ud/2。如此a相就能輸出三種電平。逆變器的輸出總共有27種開關狀態，除去8種無效的狀態，還剩下19種開關狀態。圖4 二極管鉗位型逆變器主電路
圖5 矢量空間的扇區劃分示意圖
4.1 參考矢量位置判斷
根據參考矢量的幅角確定該矢量位于如圖5所示的6個扇區中的哪一個，然后根據下面公式判斷其所在的三角形的位置(以扇區1為例)：
Urefα+33Urefβ≤Udc2 (5)
Urefα－33Urefβ≥Udc2 (6)
Urefβ＜3Udc4(7)
其中Urefα、Urefβ分別為參考矢量Uref在α，β軸上的投影分量。只要公式(5)成立，矢量位于三角形A中；公式(6)成立而公式(5)不成立則位于B中；公式(7)成立而公式(5)和(6)都不成立則位于C中；如果3個公式都不成立則位于D中。同理可以計算出參考電壓矢量在其他五個扇區的位置。
4.2 矢量作用時間
矢量作用時間按照空間電壓矢量合成的伏秒平衡原則根據Vref?Ts=V1?T1+V2?T2
+V0?T3和T1+T2+T3=Ts 可得：
T1=2mTs sin π3－θ (8)
T2=2mTs sin θ (9)
T3=Ts－T1－T2=
Ts［1－2m sin (π3+θ)］(10)
采用同樣的方法可以計算其他小扇區的矢量作用時間。
4.3 開關狀態和導通時間的選擇
在每個SVPWM、控制周期中，根據表1選定的4個矢量依次發出輸出矢量，為了輸出光滑的輸出電壓波形，輸出電壓矢量的產生應該遵循以下的原則：
1) 利用P、O、N的開關狀態使得P和O之間、O和N之間能相互自由的移動，但是不允許在兩電平變化的P和N之間直接移動；
2)不允許兩相同時進行開關動作。
表1 扇區1中各小三角形相應的輸出電壓矢量
小三角區
輸出電壓矢量
A
POO
OOO
OON
ONN
PPO
POO
OOO
OON
B
POO
PON
PNN
ONN
C
POO
PON
OON
ONN
PPO
POO
PON
OON
D
PPO
PPN
PON
OON
圖6 首發正小矢量的輸出電壓矢量時序圖
首發小矢量都是負小矢量也可以，只要將表1中的4個輸出矢量的次序顛倒一下就可以了。具體的三相輸出時序圖如圖6所示(其中0＜k＜1)，根據這個時序圖就可以得到三相橋臂開關器件的驅動信號。
5 仿真實現
在Matlab/Simulink仿真軟件平臺上，采用SVPWM控制策略, 利用兩種逆變器，將同一個開關磁阻電機發出的直流電，變換為三相交流電，建立基于逆變器的開關磁阻電機發電系統仿真模型。圖8為進行的相關仿真實驗模型［6］ ，仿真結果見圖7。仿真所用的開關磁阻電機［7］：8/6極,額定功率為750W,額定輸出電壓為250V，轉子轉動慣量為0.0016，勵磁電壓為48V，仿真所給定電容為0.3F，電感為0.275H。
從圖7（a）開關磁阻發電機輸出電壓波形可以看出，發電機輸出電壓是一個緩慢上升的過程，0.5S后輸出電壓進入穩定運行狀態，輸出電壓穩定在250V左右。
圖7（d）和（e）分別為三電平和兩電平逆變器在a相的穩定輸出波形，從這兩個波形圖可以看出兩電平逆變器輸出為5個電平，三電平逆變器輸出為9個電平。根據階梯波逼近正弦波的原理，階梯數越多越接近正弦信號的原理，三電平逆變器輸出波形比兩電平逆變器更具有優勢。圖7（f）和（g）分別為三電平和兩電平逆變器的輸出功率波形圖，從圖上可以看出基于三電平逆變器的模型的輸出功率穩定在350W左右，而基于兩電平的模型的輸出功率是穩定在300W左右的，可以明顯的看出三電平逆變器模型的輸出功率是要高于基于兩電平逆變器的模型的。從圖7（b）和（c）可以看出系統平穩地完成了開關磁阻發電機發出的直流電與逆變器輸出的三相交流電之間的轉變，實現了預期的實驗目的。
(a)開關磁阻電機輸出電壓波形
(b)三電平0—0.5S輸出電壓上升波形
（c）兩電平0—0.5S輸出電壓上升波形
(d) 三電平a相電壓穩定輸出波形
(e) 兩電平a相電壓穩定輸出波形
（f）三電平模型輸出功率波形
（g）兩電平模型輸出功率波形
圖7 仿真結果
6 結 論
本文通過MATLAB仿真軟件搭建了基于三電平和兩電平逆變器的開關磁阻發電系統的仿真模型。仿真實驗結果證明了三電平逆變器比兩電平逆變器有更好的輸出波形和更高的轉換效率，三電平逆變器能夠很好的實現開關磁阻發電機的逆變要求。
(a) 基于三電平逆變器的開關磁阻電機發電系統仿真模型
(b) 基于兩電平逆變器的開關磁阻電機發電系統仿真模型
圖8 系統仿真模型
參考文獻
［1］ 董萍, 吳捷. 新型發電機在風力發電系統中的應用［J］. 微特電機, 2007 (7):36-42.
［2］ MILLER TJE.Electronic control of switched reluctance machines［J］.Oxford, U.K.Newnes, 2001.
［3］ BIERHOFF M H，FUCHS F W. Semiconductor Losses in voltage source and current source IGBT converters based on analytical derivation ［A］. 35th Annual Power Electronics Specialists Conference. Aachen, Germany. IEEE ［C］.2004 (4)：2836 -2842.
［4］ 王鴻雁，鄧焰.飛跨電容多電平逆變器開關損耗最小PWM方法［J］.中國電機工程學報，2004，24(8)：51-55.
［5］ 吳學智，劉亞東，黃立培. 三電平電壓型逆變器空間矢量調制算法的研究［J］. 電工電能新技術，2002，21(4) ：16-19.
［6］ 彭寒梅,易靈芝.基于Buck變換器的開關磁阻發電機新型勵磁模式［J］.太陽能學報. 2012,33(3):432-438.
［7］ 宋文祥,陳國呈,束滿堂,等.中點箝位式三電平逆變器空間矢量調制及其中點控制研究［J］.中國電機工程學報,2006,26(5): 105-109.
對相同的輸出電能品質要求，三電平拓撲的濾波電感損耗比兩電平拓撲的濾波電感損耗小，約為0.8倍，且隨著開關頻率增加，損耗有所增加，見圖3(a)。
(a) 濾波電感損耗比較
(b) 總損耗比較
在相同開關頻率下，三電平逆變器的總損耗約為兩電平逆變器的0.6倍，且隨著開關頻率增加，總損耗有所減少,見圖3(b)。
(c) 效率比較
圖3 兩電平和三電平效率和損耗比較
從圖3(c)可以看出，隨著開關頻率的提高，開關損耗的比例快速增加，三電平的效率優勢越來越明顯(效率與兩電平相比，下降速度緩慢)。當fs=10kHZ，η可以提高1.7％；當fs=20kHZ，η可以提高2.79％；當fs=40kHZ，η可以提高5.4％［4］。
盡管三電平逆變器比兩電平逆變器的導通損耗大，但三電平能顯著減少開關損耗和濾波電感損耗。在開關頻率大于10 kHz的應用場合，三電平逆變器有更高的轉換效率。所以本系統宜用三電平逆變器。
4 三電平逆變器SVPWM控制原理
二極管鉗位型三電平逆變器的主電路如圖4所示。每相橋臂都由四個開關管構成，中間兩個開關管輔以兩個中點鉗位二極管，這樣每相有3種開關狀態。以a相為例，當S1,S2導通S3，S4關斷，此時的輸出電壓為Ud/2;當S2，S3導通S1，S4關斷，此時的輸出電壓為0，當S3，S4導通S1，S2關斷，此時的輸出電壓為- Ud/2。如此a相就能輸出三種電平。逆變器的輸出總共有27種開關狀態，除去8種無效的狀態，還剩下19種開關狀態。圖4 二極管鉗位型逆變器主電路
圖5 矢量空間的扇區劃分示意圖
4.1 參考矢量位置判斷
根據參考矢量的幅角確定該矢量位于如圖5所示的6個扇區中的哪一個，然后根據下面公式判斷其所在的三角形的位置(以扇區1為例)：
Urefα+33Urefβ≤Udc2 (5)
Urefα－33Urefβ≥Udc2 (6)
Urefβ＜3Udc4(7)
其中Urefα、Urefβ分別為參考矢量Uref在α，β軸上的投影分量。只要公式(5)成立，矢量位于三角形A中；公式(6)成立而公式(5)不成立則位于B中；公式(7)成立而公式(5)和(6)都不成立則位于C中；如果3個公式都不成立則位于D中。同理可以計算出參考電壓矢量在其他五個扇區的位置。
4.2 矢量作用時間
矢量作用時間按照空間電壓矢量合成的伏秒平衡原則根據Vref?Ts=V1?T1+V2?T2
+V0?T3和T1+T2+T3=Ts 可得：
T1=2mTs sin π3－θ (8)
T2=2mTs sin θ (9)
T3=Ts－T1－T2=
Ts［1－2m sin (π3+θ)］(10)
采用同樣的方法可以計算其他小扇區的矢量作用時間。
4.3 開關狀態和導通時間的選擇
在每個SVPWM、控制周期中，根據表1選定的4個矢量依次發出輸出矢量，為了輸出光滑的輸出電壓波形，輸出電壓矢量的產生應該遵循以下的原則：
1) 利用P、O、N的開關狀態使得P和O之間、O和N之間能相互自由的移動，但是不允許在兩電平變化的P和N之間直接移動；
2)不允許兩相同時進行開關動作。
表1 扇區1中各小三角形相應的輸出電壓矢量
小三角區
輸出電壓矢量
A
POO
OOO
OON
ONN
PPO
POO
OOO
OON
B
POO
PON
PNN
ONN
C
POO
PON
OON
ONN
PPO
POO
PON
OON
D
PPO
PPN
PON
OON
圖6 首發正小矢量的輸出電壓矢量時序圖
首發小矢量都是負小矢量也可以，只要將表1中的4個輸出矢量的次序顛倒一下就可以了。具體的三相輸出時序圖如圖6所示(其中0＜k＜1)，根據這個時序圖就可以得到三相橋臂開關器件的驅動信號。
5 仿真實現
在Matlab/Simulink仿真軟件平臺上，采用SVPWM控制策略, 利用兩種逆變器，將同一個開關磁阻電機發出的直流電，變換為三相交流電，建立基于逆變器的開關磁阻電機發電系統仿真模型。圖8為進行的相關仿真實驗模型［6］ ，仿真結果見圖7。仿真所用的開關磁阻電機［7］：8/6極,額定功率為750W,額定輸出電壓為250V，轉子轉動慣量為0.0016，勵磁電壓為48V，仿真所給定電容為0.3F，電感為0.275H。
從圖7（a）開關磁阻發電機輸出電壓波形可以看出，發電機輸出電壓是一個緩慢上升的過程，0.5S后輸出電壓進入穩定運行狀態，輸出電壓穩定在250V左右。
圖7（d）和（e）分別為三電平和兩電平逆變器在a相的穩定輸出波形，從這兩個波形圖可以看出兩電平逆變器輸出為5個電平，三電平逆變器輸出為9個電平。根據階梯波逼近正弦波的原理，階梯數越多越接近正弦信號的原理，三電平逆變器輸出波形比兩電平逆變器更具有優勢。圖7（f）和（g）分別為三電平和兩電平逆變器的輸出功率波形圖，從圖上可以看出基于三電平逆變器的模型的輸出功率穩定在350W左右，而基于兩電平的模型的輸出功率是穩定在300W左右的，可以明顯的看出三電平逆變器模型的輸出功率是要高于基于兩電平逆變器的模型的。從圖7（b）和（c）可以看出系統平穩地完成了開關磁阻發電機發出的直流電與逆變器輸出的三相交流電之間的轉變，實現了預期的實驗目的。
(a)開關磁阻電機輸出電壓波形
(b)三電平0—0.5S輸出電壓上升波形
（c）兩電平0—0.5S輸出電壓上升波形
(d) 三電平a相電壓穩定輸出波形
(e) 兩電平a相電壓穩定輸出波形
（f）三電平模型輸出功率波形
（g）兩電平模型輸出功率波形
圖7 仿真結果
6 結 論
本文通過MATLAB仿真軟件搭建了基于三電平和兩電平逆變器的開關磁阻發電系統的仿真模型。仿真實驗結果證明了三電平逆變器比兩電平逆變器有更好的輸出波形和更高的轉換效率，三電平逆變器能夠很好的實現開關磁阻發電機的逆變要求。
(a) 基于三電平逆變器的開關磁阻電機發電系統仿真模型
(b) 基于兩電平逆變器的開關磁阻電機發電系統仿真模型
圖8 系統仿真模型
參考文獻
［1］ 董萍, 吳捷. 新型發電機在風力發電系統中的應用［J］. 微特電機, 2007 (7):36-42.
［2］ MILLER TJE.Electronic control of switched reluctance machines［J］.Oxford, U.K.Newnes, 2001.
［3］ BIERHOFF M H，FUCHS F W. Semiconductor Losses in voltage source and current source IGBT converters based on analytical derivation ［A］. 35th Annual Power Electronics Specialists Conference. Aachen, Germany. IEEE ［C］.2004 (4)：2836 -2842.
［4］ 王鴻雁，鄧焰.飛跨電容多電平逆變器開關損耗最小PWM方法［J］.中國電機工程學報，2004，24(8)：51-55.
［5］ 吳學智，劉亞東，黃立培. 三電平電壓型逆變器空間矢量調制算法的研究［J］. 電工電能新技術，2002，21(4) ：16-19.
［6］ 彭寒梅,易靈芝.基于Buck變換器的開關磁阻發電機新型勵磁模式［J］.太陽能學報. 2012,33(3):432-438.
［7］ 宋文祥,陳國呈,束滿堂,等.中點箝位式三電平逆變器空間矢量調制及其中點控制研究［J］.中國電機工程學報,2006,26(5): 105-109.
對相同的輸出電能品質要求，三電平拓撲的濾波電感損耗比兩電平拓撲的濾波電感損耗小，約為0.8倍，且隨著開關頻率增加，損耗有所增加，見圖3(a)。
(a) 濾波電感損耗比較
(b) 總損耗比較
在相同開關頻率下，三電平逆變器的總損耗約為兩電平逆變器的0.6倍，且隨著開關頻率增加，總損耗有所減少,見圖3(b)。
(c) 效率比較
圖3 兩電平和三電平效率和損耗比較
從圖3(c)可以看出，隨著開關頻率的提高，開關損耗的比例快速增加，三電平的效率優勢越來越明顯(效率與兩電平相比，下降速度緩慢)。當fs=10kHZ，η可以提高1.7％；當fs=20kHZ，η可以提高2.79％；當fs=40kHZ，η可以提高5.4％［4］。
盡管三電平逆變器比兩電平逆變器的導通損耗大，但三電平能顯著減少開關損耗和濾波電感損耗。在開關頻率大于10 kHz的應用場合，三電平逆變器有更高的轉換效率。所以本系統宜用三電平逆變器。
4 三電平逆變器SVPWM控制原理
二極管鉗位型三電平逆變器的主電路如圖4所示。每相橋臂都由四個開關管構成，中間兩個開關管輔以兩個中點鉗位二極管，這樣每相有3種開關狀態。以a相為例，當S1,S2導通S3，S4關斷，此時的輸出電壓為Ud/2;當S2，S3導通S1，S4關斷，此時的輸出電壓為0，當S3，S4導通S1，S2關斷，此時的輸出電壓為- Ud/2。如此a相就能輸出三種電平。逆變器的輸出總共有27種開關狀態，除去8種無效的狀態，還剩下19種開關狀態。圖4 二極管鉗位型逆變器主電路
圖5 矢量空間的扇區劃分示意圖
4.1 參考矢量位置判斷
根據參考矢量的幅角確定該矢量位于如圖5所示的6個扇區中的哪一個，然后根據下面公式判斷其所在的三角形的位置(以扇區1為例)：
Urefα+33Urefβ≤Udc2 (5)
Urefα－33Urefβ≥Udc2 (6)
Urefβ＜3Udc4(7)
其中Urefα、Urefβ分別為參考矢量Uref在α，β軸上的投影分量。只要公式(5)成立，矢量位于三角形A中；公式(6)成立而公式(5)不成立則位于B中；公式(7)成立而公式(5)和(6)都不成立則位于C中；如果3個公式都不成立則位于D中。同理可以計算出參考電壓矢量在其他五個扇區的位置。
4.2 矢量作用時間
矢量作用時間按照空間電壓矢量合成的伏秒平衡原則根據Vref?Ts=V1?T1+V2?T2
+V0?T3和T1+T2+T3=Ts 可得：
T1=2mTs sin π3－θ (8)
T2=2mTs sin θ (9)
T3=Ts－T1－T2=
Ts［1－2m sin (π3+θ)］(10)
采用同樣的方法可以計算其他小扇區的矢量作用時間。
4.3 開關狀態和導通時間的選擇
在每個SVPWM、控制周期中，根據表1選定的4個矢量依次發出輸出矢量，為了輸出光滑的輸出電壓波形，輸出電壓矢量的產生應該遵循以下的原則：
1) 利用P、O、N的開關狀態使得P和O之間、O和N之間能相互自由的移動，但是不允許在兩電平變化的P和N之間直接移動；
2)不允許兩相同時進行開關動作。
表1 扇區1中各小三角形相應的輸出電壓矢量
小三角區
輸出電壓矢量
A
POO
OOO
OON
ONN
PPO
POO
OOO
OON
B
POO
PON
PNN
ONN
C
POO
PON
OON
ONN
PPO
POO
PON
OON
D
PPO
PPN
PON
OON
圖6 首發正小矢量的輸出電壓矢量時序圖
首發小矢量都是負小矢量也可以，只要將表1中的4個輸出矢量的次序顛倒一下就可以了。具體的三相輸出時序圖如圖6所示(其中0＜k＜1)，根據這個時序圖就可以得到三相橋臂開關器件的驅動信號。
5 仿真實現
在Matlab/Simulink仿真軟件平臺上，采用SVPWM控制策略, 利用兩種逆變器，將同一個開關磁阻電機發出的直流電，變換為三相交流電，建立基于逆變器的開關磁阻電機發電系統仿真模型。圖8為進行的相關仿真實驗模型［6］ ，仿真結果見圖7。仿真所用的開關磁阻電機［7］：8/6極,額定功率為750W,額定輸出電壓為250V，轉子轉動慣量為0.0016，勵磁電壓為48V，仿真所給定電容為0.3F，電感為0.275H。
從圖7（a）開關磁阻發電機輸出電壓波形可以看出，發電機輸出電壓是一個緩慢上升的過程，0.5S后輸出電壓進入穩定運行狀態，輸出電壓穩定在250V左右。
圖7（d）和（e）分別為三電平和兩電平逆變器在a相的穩定輸出波形，從這兩個波形圖可以看出兩電平逆變器輸出為5個電平，三電平逆變器輸出為9個電平。根據階梯波逼近正弦波的原理，階梯數越多越接近正弦信號的原理，三電平逆變器輸出波形比兩電平逆變器更具有優勢。圖7（f）和（g）分別為三電平和兩電平逆變器的輸出功率波形圖，從圖上可以看出基于三電平逆變器的模型的輸出功率穩定在350W左右，而基于兩電平的模型的輸出功率是穩定在300W左右的，可以明顯的看出三電平逆變器模型的輸出功率是要高于基于兩電平逆變器的模型的。從圖7（b）和（c）可以看出系統平穩地完成了開關磁阻發電機發出的直流電與逆變器輸出的三相交流電之間的轉變，實現了預期的實驗目的。
(a)開關磁阻電機輸出電壓波形
(b)三電平0—0.5S輸出電壓上升波形
（c）兩電平0—0.5S輸出電壓上升波形
(d) 三電平a相電壓穩定輸出波形
(e) 兩電平a相電壓穩定輸出波形
（f）三電平模型輸出功率波形
（g）兩電平模型輸出功率波形
圖7 仿真結果
6 結 論
本文通過MATLAB仿真軟件搭建了基于三電平和兩電平逆變器的開關磁阻發電系統的仿真模型。仿真實驗結果證明了三電平逆變器比兩電平逆變器有更好的輸出波形和更高的轉換效率，三電平逆變器能夠很好的實現開關磁阻發電機的逆變要求。
(a) 基于三電平逆變器的開關磁阻電機發電系統仿真模型
(b) 基于兩電平逆變器的開關磁阻電機發電系統仿真模型
圖8 系統仿真模型
參考文獻
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