摘 要

通过近年来的研究，三电平逆变器是目前应用于容量较大，且调速范围较宽的场合主要调速装置之一。其主要具有输出容量大，输出电压高，所含有的谐波少等优点。

本文主要论述了三电平逆变器的国内外发展进程，阐明并研究了三电平逆变器主电路的工作原理，以二极管箝位式三电平逆变器为主要研究对象，进行了重点探讨，分析其主电路构成及其意义。并在此基础上，研究逆变器控制的两种不同的控制方法：SPWM以及SVPWM控制策略，着重论述了空间矢量SVPWM的控制方法，阐述了SVPWM控制方法的原理及其控制思路， 对其计算公式进行仔细推导，并分析三电平逆变器中点电位不平衡问题，研究其原因，并通过理论研究，提出其解决方法。

通过MATLAB仿真软件对三电平逆变器控制策略进行仿真研究，证明方法的可行性，主要研究三电平逆变器SVPWM控制，对其仿真各部分的原理内容有所认知与整理，叙述各个模块的原理及其功能，并对比两种控制策略的优缺点。

关键词：三电平逆变器；SVPWM；MATLAB仿真；中点电位平衡

Abstract

In recent years, the three level inverter is one of the main speed regulating devices which is widely used in large capacity and wide speed range. The main advantages when it is in the operating environment in the case of the overall efficiency is very high, compared to the two level inverter and the performance is more superior, and it has low switching frequency, less harmonic with the.

This paper mainly discusses the development process of three level inverter at home and abroad, the working principle is explained and studied the main circuit of three level inverter, the diode clamped three level inverter as the main research object, has been the focus of research, analysis of the main circuit and its significance. And on this basis, two different methods of inverter control: SPWM and SVPWM control strategy, pay attention to discusses the control method of the space vector SVPWM, clarify the SVPWM control method and its control principle, thinking carefully on the computing formula, and analysis of three level inverter neutral point unbalance, study the reason and, through theoretical research, put forward some solving methods.

Through MATLAB simulation software to the control strategy of three level inverter simulation studies demonstrate the viability of the method, the main research on SVPWM three level inverter control, the principle of the content of each part of the simulation of cognition and arrangement, narrative principle and function of each module, and compare the advantages and disadvantages of the two kinds of control strategy.

Key Words：Three level inverter； SVPWM； MATLAB simulation；Neutral point potential balance

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3课题研究内容及预期目标 2

第2章三电平逆变器拓扑结构 3

2.1二极管箝位式三电平逆变器 3

2.1.1二极管箝位式电路拓扑结构 3

2.1.2 二极管箝位式三电平逆变器的优缺点 5

2.2飞跨电容型三电平逆变器 5

2.2.1电路的拓扑结构以及工作原理 5

2.2.2飞跨电容型三电平逆变器的优缺点 7

2.3小结 7

第3章.三电平逆变器的控制方法 8

3.1三电平PWM控制技术 8

3.2三电平逆变器SVPWM控制策略 9

3.2.1 矢量控制原理 10

3.2.2 三电平的开关状态与电压矢量的关系 10

3.2.3区域的判断 12

3.2.4电压相量作用时间的计算 13

3.2.5 空间电压矢量作用顺序 15

3.3 60^o坐标系下的SVPWM算法 17

3.4小结 19

第4章.中点电位不平衡问题 20

4.1 不平衡问题产生的原因 20

4.2电荷调制算法 21

4.3调制的修正 22

4.4小结 24

第5章对三电平逆变器控制的仿真研究 25

5.1 SPWM的仿真研究 25

5.1.1模型的构建 25

5.1.2 SPWM波形 26

5.2 SVPWM仿真研究 28

5.2.1 坐标系变换模块 28

5.2.2 大扇区的判断 29

5.2.3 小扇区的判断 29

5.2.4 作用时间的输出 30

5.2.6 SVPWM的输出 35

5.3 SVPWM仿真结果 36

5.4 SPWM与SVPWM的比较 37

5.5 小结 37

第6章 结论 38

参考文献 39

附录A…………………………………………………………………………………………………………...41

致 谢 44

第1章 绪论

1.1课题背景及意义

在电压型逆变器中，之前的最开始被应用的是两电平的逆变器，但是两电平逆变器受到功率器件对电压电流承受能力限制难以满足高压大容量的局面下，其工作需要装备繁重的变压器，甚至于有一些特殊场合对电压电流的波形质量有很高的要求，相比之下，三电平逆变器的相关技术有着许多所长，在电压较高容量较大的电能变换大规模领域中有着宽阔的市场方向，且含有较高的研究前景。随着新式电力电子器件的研制开始有了初步起色，使得三电平逆变器的发展方向在提高对电能的有效利用，以及对损耗的减少有了长足的发展与进步。^[1]而在逆变器的研究中，其控制方式的研究成为其最为重要的一环，其主要的控制方法有三角载波与正弦调制波相比较的载波调制PWM法和SVPWM法，其中，SVPWM控制方法更为优秀，应用范围对比与普通的SPWM更加广阔，其主要思路是通过切换逆变器的开关状态，由不同的开关状态开关时间对输出电压进行合成输出，可以调整改善输出的电压波形。在多电平电路中，其主要应用的就是三电平逆变器，特别是已应用在实际生产开发过程中三电平逆变电路，对它进行研究分析有很重要的意义，在实际应用中，由于受到硬件条件和控制方式的限制，不需要追求过多的电平数，并不是说电平数越多工作状态越好。所以以三电平的研究最为直接，所以对于三电平逆变器的控制进行研究十分重要。

1.2国内外研究现状

在国内，我国的能源利用十分紧张，但能源的浪费现象却十分严重，我国大部分的发电量用于交流电机发电，考虑到电能从发出到传输过程中的损耗，全国上下总的用电损耗将是一个惊人的数字，如果能够采用交流电机调速技术实现变速运行，所产生的减少电能损耗效果将十分显著，并且可以节省数以亿计的电力建设费用，减少有害气体排放，在不断开创对环境友善的大环境下的今天，研究三电平逆变器符合我们的国家国情，对我国经济建设发展有着深远意义。^[2][3]

三电平逆变技术在国外已经开始进入实际使用阶段，但在国内尚刚刚开始研究，我国的多电平逆变器研究领域十分活跃，但是性能并不理想，有很多的工作等着我们这些刚刚在研究领域开始起步的人去做，随着DSP技术的不断运用与发展，此技术必然在多种大功率的场合进行运用，从而使我国经济市场稳定健康发展。

1.3课题研究内容及预期目标

本课题的主要研究内容首先在于对三电平逆变器原理以及拓扑结构进行研究，主要针对于二极管箝位式三电平逆变器，详细分析其主电路以及其工作原理，分析其不同开关作用顺序下所对应的输出状态，以及其电路所具有的优缺点。分析三电平逆变器两种不同的控制方式，SPWM与SVPWM控制，对空间矢量调制法进行重点研究，详细的推导其计算公式，研究原理以及实施方法，并通过matlab仿真模型的建立，对理论分析进行实践研究。^[4]并对三电平逆变器直流侧电压不平衡问题进行分析，详细了解其产生原因，提出解决方法，并对方法的可行性进行验证。通过对两种控制方式的仿真比较。

第2章 三电平逆变器拓扑结构

本章介绍了三电平逆变器两种不同的拓扑结构及其工作原理，并归纳了以及各自的特点。

2.1二极管箝位式三电平逆变器

二极管箝位式三电平逆变器，其拓扑结构十分简洁，是多电平逆变器中最开始的一种，其电路按照三个不同的桥臂进行通断产生需要的电平数，主要由开关管，二极管等串联组成，并输出对应的正弦波。

2.1.1二极管箝位式电路拓扑结构

如图中2-1所示，其为二极管箝位式三电平逆变器的主电路拓扑结构，其主要构成器件有两个相同的串联电容，三个桥臂组成，每个桥臂由四个开关管以及与其并联的二极管构成，并且每个桥臂具有两个串联的二极管作为中点箝位电路， 控制其中点电位平衡，将中点电位保持在零位上。