改進型SVPWM控制策略仿真研究

張 群

（中國移動通信集團遼寧有限公司，遼寧 沈陽110179）

1 概 述

空間矢量脈寬調制方法憑借其開關量少、電壓利用率高、抑制諧波效果好等特點廣泛應用于交流調速，自提出以來就成為業內研究的熱點，廣泛應用于各種交流電氣傳動系統以及各種利用清潔能源發電的分布式發電系統中［1，2］。

傳統的SVPWM算法需要一系列復雜的坐標矩陣變換、三角函數計算等矢量分解過程，算法計算量大，要分別對6個扇區進行計算，包括扇區判斷、計算相鄰矢量作用時間、計算矢量切換點［3，4］，占用很多CPU資源，使系統運算精度降低且輸出電壓諧波含量較大。

本文結合三相電壓逆變器，從分析傳統SVPWM調制方式入手，利用空間矢量的對稱性，提出了一種SVPWM的新算法，該算法在計算占空比和切換點時，只計算三個扇區即可，減小了計算量，節省CPU資源。用Simulink工具箱對系統進行建模，驗證了該算法的可行性。

2 傳統空間矢量（SVPWM）原理

SVPWM是從電機的角度出發，使電機獲得幅值恒定的圓形旋轉磁場，以三相逆變器不同的開關模式做適當切換，從而形成PWM波。

三相電壓型逆變器的主電路功率開關管共有8種工作狀態，并依a、b、c相序排列。設當上橋臂開關管關斷時對應的開關量為0，導通時為1。逆變器的IGBT開關管共有8種工作狀態，可以產生8個電壓矢量，因工作狀態為000與111時，電壓為0，故只有六個有效的電壓矢量。如果以Ud為基準，對于每種組合逆變器輸出的相電壓和線電壓對應關系如表1所示。

表1 開關狀態與相電壓和線電壓對應關系

通過clark坐標變換，可以將表1中的八種組合的電壓矢量映射到α－β平面，得到兩個零電壓矢量（U0、U7）和六個非零電壓矢量（U1～U6）。正六邊形的軸線由六個非零電壓矢量構成，其夾角是60°，兩個零電壓矢量位于坐標原點。

根據基本的空間矢量逼近給定所需參考電壓矢量Uref的原則，利用這8個基本空間矢量便可以合成任意的電壓矢量。

3 SVPWM算法

首先需要判斷參考電壓矢量Uref所在的扇區，然后利用所在扇區的相鄰兩電壓矢量和零電壓矢量來合成參考電壓矢量，具體實現需要經過以下幾個步驟：

3．1 判斷合成矢量Uref所在扇區

假設Uref通過α－β平面坐標系可分解為Uα和Uβ，

以N＝sign（A）＋2sign（B）＋4sign（C）計算得到系數N，N與Uref所屬的扇區的關系如表2所示。

表2 N值與扇區數對應關系

3．2 確定占空比

則各扇區相鄰兩矢量占空比如表3所示，Tx、Ty賦值后，要對其進行飽和判斷。若Tx＋Ty＞T，取Tx＝TxT／（Tx＋Ty），Ty＝TyT／（Tx＋Ty）。

表3 各扇區相鄰兩矢量占空比

3．3 確定比較器的切換點

為了計算空間矢量比較器切換點Tcl、Tc2、Tc3，令

結果如表4所示。

表4 矢量比較器切換點

4 改進的SVPWM算法

如上所述，傳統的SVPWM需要對6個扇區分別計算，出現了重復計算。如表4所示，因為T1、T2、T3的值取決于每個扇區相鄰矢量的作用時間，而在互為對角的2個扇區，作用時間是相等的。因此，在互為對角的兩個扇區內，矢量切換點T1、T2、T3是相等的。

基于以上分析，在用軟件實現時，可以直接計算互為對角的2個扇區中的1個扇區，即在6個扇區中只計算3個扇區即可，其余扇區值可以直接利用其各自對角扇區的結果，這樣減少了計算步驟和計算量。

5 改進算法的Simulink仿真

根據以上分析，利用MATLAB仿真軟件中的Simulink建立開環仿真系統，取直流側電壓為538 V，調制周期T＝0．0002 s，輸入三相電源的周期為0．02 s，幅值為380 V［5］。

通過仿真得到的調制波呈馬鞍形，有利于提高直流電壓利用率，且有效抑制諧波，同時空間矢量脈寬調制能夠較好地實現對逆變器的控制，得到的相電壓為6拍階梯波。

6 結 論

在討論了SVPWM技術基本原理的基礎上，提出了一種產生SVPWM的新算法，并對新算法進行Matlab仿真，通過編程實現SVPWM原理，能夠得到有效SVPWM波形。仿真實驗結果表明所采用的方案正確可行，節省了CPU資源，提高了電壓利用率及系統的控制精度，計算效率高、實時性強、算法簡單、較易實現。

［1］ 徐鐵柱，徐國卿．基于DSP的交流電動機變頻調速控制系統［J］．電力系統及自動化學報，2002，14（6）：69－72．

［2］ 楊貴杰．空間矢量脈寬調制方法的研究［J］．中國電機工程學報，2001，21（5）：79－83．

［3］ 賀洪江．基于TMS320F2812的SVPWM 控制［J］．通信技術，2008，41（07）：265－266．

［4］ 王曉明．電動機的DSP控制［M］．北京：北京航空航天大學出版社，2004．

［5］ 袁登科，楊 超，陶生桂．兩電平電壓型逆變器的SVPWM 控制仿真［J］．世界儀表與自動化，2008，（10）：73－74．