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基于DSP和FPGA的三电平逆变器快速控制方法

作者:时间:2018-08-27来源:网络收藏

目前,随着电力电子技术的发展,高压大容量电力电子变换技术应用越来越广泛,有进一步延伸为我国新的生产力和经济增长点的趋势,其发展前景与计算机信息产业等行业并驾齐驱” 。为了满足高压大功率的要求,在变换器中常用的有器件串并联,但器件的串并联会带来开关器件的均压、均流等一系列问题。20世纪80年代以来,多电平变换器拓扑的提出,无疑是一种解决这些问题的好方法。它是一种通过改进变换器本身拓扑结构来实现高压大功率输出的新型变换器,它无需升降压变换器和均压电路;同时,由于输出电压电平数的增加,使得输出波形更接近调制波,降低了输出电压的畸变,减少了输出电压谐波。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201808/387751.htm

本研究以二极管箝位型拓扑为例,分析其控制策略,并采用“+”结合来实现的快速控制。

1 SVPWM 控制策略

二极管箝位型的主电路拓扑如图1所示。S1和S3,S2和S4 的驱动信号完全互补。因此,每一相有3种输出开关状态,假设输出的三个电平从高到低依次为“2”、“1”和0’,2’表示正电平,“1,’表示零电平,“0”表示负电平。

SVPWM以其输出电压利用率高 ,中点电压平衡易于控制等优势,目前得到了广泛应用。由图1可知,由于每相有3种输出状态,因此三相三电平逆变器有27种开关状态,有效开关状态有19种,即19种电压矢量。本研究算法的本质是把给定参考矢量由三维参考系转换成(g,h)参考系 :

在转换的(g,h)参考系中,三电平逆变器的开关状态矢量如图2所示。


由于在(g,h)坐标系中的坐标都采用截尾法处理,所有开关状态矢量只有整数坐标。所有开关矢量都用整数坐标表示是非常有利的,因此,可以很容易求得最接近参考矢量的4个基本矢量坐标:


这些矢量的坐标组合成参考矢量坐标的整数值。矢量下标U代表其中的变量向上取整, 代表向下取整。

V ul 和V lu 始终是合成参考矢量的两个基本矢量。第3个矢量由下面计算公式的正负号决定:

最后一步是把求得的(g,h)两维坐标转换成开关状态的三维坐标:


像(1,0)这种小矢量坐标,可以转换成2种开关状态(1,0,0)和(2,1,1),这个是小矢量的2种情况。可以通过输入电容充放电平衡控制来选择最合适的小矢量,它是由基于每个电容的电压值和负载电流方向来决定的。

2 功能

本研究采用的“+”是实现多电平实验平台的一种方案,可以快速方便地实现PWM 的输出,而且采用逻辑运算更方便。


三电平逆变器的系统控制框图如图3所示。图3中,DSP功能采样电压电流信号后,把它们从静止的三相坐标(abc)转换成旋转三相坐标(dqo),并与给定参考值比较以得到差值。这个差值信号在PI调节器环节中补偿后,由补偿后的三相坐标(dqo)转换成参考三相坐标(abc),并合成参考矢量。再由空间矢量调制方法计算得到合成参考矢量的开关状态,并计算得到相应的矢量占空比,接着求出每个矢量的时间间隔,最后把相应的合成参考矢量的基本矢量和时间间隔传送到FPGA。


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