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三电平空间电压矢量的PSIM仿真.doc

三电平空间电压矢量的PSIM仿真

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2017-09-28 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《三电平空间电压矢量的PSIM仿真doc》,可适用于高等教育领域

三电平空间电压矢量的PSIM仿真三电平空间电压矢量仿真一三电平的主电路结构本方针三电平逆变电路的主回路采用二极管钳位型拓扑结构如图所示图三电平逆变器主电路二三电平的仿真计算三电平逆变器SVPWM的αβ计算方法三电平逆变器与两电平SVPWM逆变器在SVPWM调制原理上是一致的但由于三电平逆变器需要控制的矢量比两电平的多算法也复杂。三电平逆变器的SVPWM算法主要包括参考矢量所在的扇区号的判断开关矢量作用时间计算及所选矢量作用顺序的确定。三电平逆变器共有个基本矢量可供选择整个空间电压矢量图划分为个大扇区个小三角形区域(见图)。图图三电平逆变器SVPWM算法区域划分本文采用αβ极坐标计算法整个算法的基本思想是:确定用来合成参考电压矢量的三个系统内部电压矢量参考矢量所在扇区及区域的判断各个矢量作用时间的计算确定实际的开关矢量及其作用顺序。()参考电压矢量所在的大扇区的判断结合图由正六边形空间矢量图可以看出:其中由上式可以转化为则Vr处于第扇区同理如果则Vr处于第扇区同理如果则Vr处于第扇区同理如果则Vr处于第扇区同理如果则Vr处于第扇区同理如果则Vr处于第扇区对以上条件作进一步分析上述判断方法可进一步简化。Vr所在扇区由三式与的关系决定由此可以定义变量定义三个变量ABC若Vrl>则A=否则A=若Vr>则B=否则B=若Vr>则C=否则C=。组合共有种但A、B、C不会同时为或同时为所以实际的组合是种令N=ABCA、B、C的组合取不同的值对应着不同的扇区并且是一一对应的。N与扇区数sector的对应关系如表。()参考电压矢量所在小三角形区域的判断每一个扇区又可以分为六个小区域。以第I扇区为例如图所示。参考电压矢量Vr在α轴和β轴上的投影分别为Vα和Vβ幅角为θ则Vα=VrcosθVβ=Vrsinθ。()时间计算判断出参考电压矢量所在的区域根据NTV(NearestTriangleVectors)法则也就找到了合成参考电压矢量的三个基本矢量VVV连同参考电压矢量Vr一起代入伏秒平衡方程组TVTVTV,TVSrTTT,TSTs为开关周期解出TTT即完成了三电平SVPWM算法对基本空间矢量作用时间的计算。整个区域范围的基本矢量作用时间如表所示:区域TTT,,kTsin,kTsin(,)T,ksin(),,SSS,,kTsin,kTsin(,)T,ksin(,),SSS,,T(,ksin,)T,ksin(,,)Tksin(,),SSS,,T(,ksin,)T,ksin(,),Tksin(,),SSS,,kTsin,T,ksin(,)Tksin(,,),SSS,,T(ksin,,)kTsin(,)T,ksin(,),SSS,,kTsin,kTsin(,,)T,ksin(,)SSS,,kTsin,kTsin(,)T,ksin(),,SSS,,T(,ksin,)T,ksin(,)Tksin(,),,SSS,,T(,ksin,)T,ksin(,,)Tksin(,),SSS,,kTsin,T,ksin(,)Tksin(,,),SSS,,T(ksin,,)kTsin(,)T,ksin(,),SSS,,kTsin,kTsin(,)T,ksin(),,SSS,,kTsin,kTsin(,)T,ksin(,),SSS,,T(,ksin,)T,ksin(,,)Tksin(,),SSS,,T(,ksin,)T,ksin(,),Tksin(,),SSS,,kTsin,T,ksin(,)Tksin(,,),SSS,,T(ksin,,)kTsin(,)T,ksin(,),SSS,,kTsin,kTsin(,),T,ksin(,)SSS,,kTsin,kTsin(,)T,ksin(),,SSS,,T(,ksin,)T,ksin(,)Tksin(,),,SSS,,T(,ksin,)T,ksin(,,)Tksin(,),SSS,,kTsin,T,ksin(,)Tksin(,,),SSS,,T(ksin,,)kTsin(,)T,ksin(,),SSS,,kTsin,kTsin(,)T,ksin(),,SSS,,kTsin,kTsin(,)T,ksin(,),SSS,,T(,ksin,)T,ksin(,,)Tksin(,),SSS,,T(,ksin,)T,ksin(,),Tksin(,),SSS,,kTsin,T,ksin(,)Tksin(,,),SSS,,T(ksin,,)kTsin(,)T,ksin(,),SSS,,kTsin,kTsin(,),T,ksin(,)SSS,,kTsin,kTsin(,,)T,ksin(,)SSS,,T(,ksin,)T,ksin(,)Tksin(,),,SSS,,T(,ksin,)T,ksin(,),Tksin(,),SSS,,kTsin,T,ksin(,)Tksin(,,),SSS,,T(ksin,,)kTsin(,)T,ksin(,),SSS表时间分配表进一步转换成利于DSP运算的时间形式见表区域TTTkTsin,kTcos,,kTsin,T,kTcos,,kTsin,SSSSSSkTsin,T,kTcos,,kTsin,kTcos,,kTsin,SSSSSST,kTsin,T,kTcos,kTsin,,TkTcos,kTsin,SSSSSSSST,kTsin,T,kTcos,kTsin,,TkTcos,kTsin,SSSSSSSSkTsin,T,kTcos,,kTsin,,TkTcos,,kTsin,SSSSSSS,TkTsin,T,kTcos,,kTsin,kTcos,,kTsin,SSSSSSSkTsin,kTcos,,kTsin,T,kTcos,,kTsin,SSSSSSkTsin,kTcos,,kTsin,T,kTcos,,kTsin,SSSSSST,kTsin,,TkTcos,kTsin,T,kTcos,kTsin,SSSSSSSST,kTsin,T,kTcos,kTsin,,TkTcos,kTsin,SSSSSSSSkTsin,T,kTcos,,kTsin,,TkTcos,,kTsin,SSSSSSS,TkTsin,T,kTcos,,kTsin,kTcos,,kTsin,SSSSSSSkTsin,kTcos,,kTsin,T,kTcos,,kTsin,SSSSSSkTsin,T,kTcos,,kTsin,kTcos,,kTsin,SSSSSST,kTsin,T,kTcos,kTsin,,TkTcos,kTsin,SSSSSSSST,kTsin,T,kTcos,kTsin,,TkTcos,kTsin,SSSSSSSSkTsin,T,kTcos,,kTsin,,TkTcos,,kTsin,SSSSSSS,TkTsin,T,kTcos,,kTsin,kTcos,,kTsin,SSSSSSSkTsin,kTcos,,kTsin,T,kTcos,,kTsin,SSSSSSkTsin,kTcos,,kTsin,T,kTcos,,kTsin,SSSSSST,kTsin,,TkTcos,kTsin,T,kTcos,kTsin,SSSSSSSST,kTsin,T,kTcos,kTsin,,TkTcos,kTsin,SSSSSSSSkTsin,T,kTcos,,kTsin,,TkTcos,,kTsin,SSSSSSS,TkTsin,T,kTcos,,kTsin,kTcos,,kTsin,SSSSSSSkTsin,kTcos,,kTsin,T,kTcos,,kTsin,SSSSSSkTsin,T,kTcos,,kTsin,kTcos,,kTsin,SSSSSST,kTsin,T,kTcos,kTsin,,TkTcos,kTsin,SSSSSSSST,kTsin,T,kTcos,kTsin,,TkTcos,kTsin,SSSSSSSSkTsin,T,kTcos,,kTsin,,TkTcos,,kTsin,SSSSSSS,TkTsin,T,kTcos,,kTsin,kTcos,,kTsin,SSSSSSSkTsin,kTcos,,kTsin,T,kTcos,,kTsin,SSSSSSkTsin,kTcos,,kTsin,T,kTcos,,kTsin,SSSSSST,kTsin,,TkTcos,kTsin,T,kTcos,kTsin,SSSSSSSST,kTsin,T,kTcos,kTsin,,TkTcos,kTsin,SSSSSSSSkTsin,T,kTcos,,kTsin,,TkTcos,,kTsin,SSSSSSS,TkTsin,T,kTcos,,kTsin,kTcos,,kTsin,SSSSSSS表时间分配表VVrr其中k三电平逆变器电压空间矢量调制比:k,,其中是旋转电压矢量Vr的VrVdcVdc,,,f模长为其旋转角速度。是电压矢量V的模长为直流母线电压。VVdcdc())空间电压作用顺序的确定三电平逆变器SVPWM算法中开关序列的选择应遵循以下原则:为了保证每个桥臂只能同时有两个开关器件开通要求在一个控制周期内相邻的每相开关状态不能突变即不允许从叹”状态切换到代”状态必须通过中间状态“来过渡:为了优化开关频率开关矢量应选择每次开关矢量变化时只有一个开关函数变动(即只有一相输出发生变化)并且只有两个互补开关管的触发信号发生变化从而减少了开关损耗并降低了开关频率。第区间与第、区间的开关矢量分配规律相同第区间与第、区间的规律相同。本文这样安排PWM波形:从负小矢量出发按照每次只改变一相的原则去选择下一步的矢量到正小矢量为半个PWM周期然后再沿着原来路线返回到负小矢量从而在下一个PWM周期里形成对称的波形。根据上述原则每个采样周期以负短矢量作为起始矢量每个矢量空间区域的状态作用次序如表所示以A相从上到下四个IGBT的驱动为例noP分别表示对应三相为低电平()零电平()高电平()。为方便DSP处理转换成数字代表p,代表o,代表nIlonnoonooopooooooononnIoonooopooppopooooooonIonnoonponpooponoononnIoonponpooppopooponoonIonnpnnponpooponpnnonnIoonponppnppoppnponoonIIoonoooopoppoopoooooonIInonoonoooopoooooonnonIIoonopnopoppoopoopnoonIInonoonopnopoopnoonnonIIoonopnppnppoppnopnoonIInonnpnopnopoopnnpnnonIIInonnoooooopoooonoononIIInoooooopooppopoooonooIIInonnoonpooponponoononIIInoonpoopooppoponponooIIInonnpnnpooponponpnnonIIInoonponppoppnppnponooIVnooooooopoppoopooonooIVnnonooooooopooonoonnoIVnoonopoopoppoopnopnooIVnnonoonopoopnopnoonnoIVnoonopnppoppnppnopnooIVnnonnpnopoopnopnnpnnoVnnoonoooooopoooononnoVonooooooppopoopoooonoVnnoonoonpooponpononnoVonoonpooppopooponponoVnnonnponpooponpnnpnnoVonoonppnppoppnponponoVIonoooopoopoppoooooonoVIonnonoooopoooooonoonnVIonopnopoopoppoopnoonoVIonnonopnopoopnoonoonnVIonopnopnppoppnppnoonoVIonnpnnpnopoopnopnnonn表矢量状态次序表采用中心对称的七段式SVPWM波形将基本矢量的作用时间分配给对应的矢量状态。三相矢量状态对应全部开关状态将基本矢量的作用时间分配给对应的矢量状态也就是将开关器件的导通或关断时间分配给对应的开关器件完成对主电路开关器件的控制。,Il大区小区的SVPWM波形及其IGBT驱动波形如下面幅图所示:poVanpoVbnpoVcnonnoonooopooonnooooonpooTTTTTTTT大区小区SVPWM波形TTTTooopooopTTTTTTTT大区小区A相驱动波形所以TT的CMPR值为TTTT为常开T为常闭TTTTnooonoooTTTTTTTT大区小区B相驱动波形所以TT的CMPR值为TT为常闭T为常开TTTTnnoononoTTTTTTTT大区小区C相驱动波形所以TT的CMPR值为TTT为常闭T为常开,Il大区小区的SVPWM波形及其IGBT驱动波形如下面幅图所示:针对中点电位不平衡的问题通过检测直流母线电压中点的波动方向和电流的流向重新分配正小矢量和负小矢量的作用时间来抑制了中点电位的不平衡。PSIM仿真模型的建立()仿真总图图仿真总图参考给定部分图图参考给定可以设定参考电压矢量的幅值和初始相角。Pi代表π,Ts为开关周期即可设定系统的开关频率。有三相参考输入计算Vrθ和N(A,B,C为N的二进制表示)如图所示:图计算Vrθ和N具体电路如图所示:图计算Vrθ和N具体电路Vrθtonumk(num为小扇区序号n,n,n为num的部分二进制表示k为调制比)如图所示:图计算numk具体电路如图所示:图计算numk具体电路各矢量作用时间T,T,T的计算如图所示:图计算T,T,T具体电路如图所示:图计算T,T,T具体电路T,T,T的状态分配如图所示:图T,T,T时间分配具体电路如图所示:图T,T,T的七段式时间分配具体电路(其中含中点电位调整电路)七段式仿真模块是通过时间叠加产生含有与矢量状态对应的时间信息的梯形波M作为下一个矢量状态次序仿真模块的选择信号或分配信号由MNnum计算每相的开关状态如图所示图开关状态分配图具体电路如图所示:图开关状态分配图具体电路其中含有六大扇区的子图如以扇区为例框图如图所示(其中n,n,n为num的二进制表示m,m,m为M的二进制表示):图区分配图具体电路如图所示其中包含了num=六个小扇区图区分配图具体电路其中每个小扇区又包含自己对应的具体电压矢量状态框图如图所示图区,小区分配图具体电路具体电路如图所示:图区,小区分配图具体电路其他各大扇区各小区的具体电路相同只是分配的电压矢量不同而已。由各相状态门极驱动的具体状态以A相为例如图所示图门极驱动状态分配图具体电路如图所示:图门极驱动状态分配图具体电路其他两相电路相同。三仿真波形示意其中一种相电压波形如图所示:图U相输出电压波形其中一种线电压波形如图所示:图UV相输出线电压波形四结论仿真过程得到实现中点波动得到很好抑制还需要实践进一步检验。

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