华中科技大学硕士学位论文三电平逆变器SVPWM控制策略的研究姓名：刘亚军申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：程善美20080604摘要三电平逆变器输出由于具有更高的电能质量、更低的谐波含量，更好的电磁兼容性以及更低的开关损耗等优点，在中高压大容量交流调速领域得到了广泛的应用。
但是，三电平逆变器也存在不少关键问题，如三电平算法的简化问题，过调制区中点电压控制问题，以及在高压运行时系统的稳定性问题。
鉴于以上存在的问题，本论文深入地研究了三电平逆变器的结构，原理，控制策略，电容中点电压的控制，死区补偿，过调制处理以及SVPWM算法的实现。
论文在论叙二极管箝位三电平逆变器的结构和工作原理的基础上，分析了三电平逆变器的SVPWM调制策略，提出了一种实用的易于数字化实现的三电平SVPWM 算法。
在该算法的基础上通过修改小矢量的作用时间给出了基于滞环控制和PI控制的电容中点电压控制策略，并得到了很好的效果。
同时，论文对三电平逆变器的死区补偿和过调制处理进行了深入的研究，并且提出了一些新的方法来解决在过调制情况下的中点电压平衡问题，研究了三电平逆变器的死区实现方案和补偿策略，仿真实验证实了所提出的策略达到了预定的效果。
为了验证所提出的三电平SVPWM 算法，本文在MATLAB下建立了基于三电平逆变器的感应电动机V/F控制系统和矢量控制系统，仿真结果验证了所提出的三电平空间矢量PWM算法是可行有效的。
论文对三电平逆变器的SVPWM算法的实现进行了研究，基于DSP和CPLD提出了两种实现方法。
一种是采用数字信号处理器TMS320LF2407A中的两个事件管理器巧妙实现了三电平SVPWM算法；另一种是利用TMS320LF2407A和EPM240T100C5组成组合逻辑来实现。
实验结果进一步证实了所做的研究工作和所提出的算法是实际可行的。
关键词：三电平逆变器SVPWM算法中点电压控制死区补偿过调制AbstractBecause of the superiority such as higher power quality, lower harmonic components, better electromagnetic compatibility, and lower switching losses in its output, three-level inverter is applied widely in high-voltage and high-power applications. However, there are many key problems in the three-level inverter, such as simplifying the algorithm of three-level, the neutral point fluctuation in overmodulation region, and the stability issues of the system in the high-voltage performance. In light of the above existing problems, the thesis thoroughly investigates the structure, principle, control strategies, neutral point balancing, dead-time compensation, overmodulation and the realization of SVPWM algorithm in the diode-clamped three-level inverter.On the basis of describing the structure and principle of diode-clamped three-level inverter, the thesis analyzes the SVPWM modulation strategies of three-level inverter, and proposes the SVPWM algorithm which is practical and easily digital realization. It proposes a neutral point control strategy based on hysteresis control and PI control through modifying the working time of small vector on the basis of the algorithm, and achieves a good result. At the same time, the thesis completely investigates the dead-compensation and overmodulation in three-level inverter, and proposes a new scheme to solve the neutral point unbalancing for operating a three-level inverter in overmodulation region. It also investigates the schemes of dead-time setting and the dead-compensation. The simulation results confirm that the proposed strategy achieve the intended results. In order to verify the proposed three-level SVPWM algorithm, this thesis based on MATLAB software establishes induction motor V/F control system and vector control system which is based on three-level inverter, and the simulation results show the proposed three-level space vector PWM algorithm is feasible and effective.In this thesis, the realization of the SVPWM algorithm for three-level inverter has been studied, and two methods based on the DSP and CPLD are proposed. One method achieves skillfully the three-level SVPWM algorithm by making use of two events manager of the digital signal processor TMS320LF2407A, another is the use ofTMS320LF2407A and EPM240T100C5 logic combination to realize the algorithm. The experimental results verify further that the research work and the algorithm proposed is practical.Keywords: Three-level inverter; SVPWM algorithm; neutral point voltage control;dead-time compensation; overmodulation独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
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√（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日1 绪 论传统的两电平逆变器的主要优点是主电路拓扑结构，控制策略和实现方法比较成熟，但在大功率运用中存在许多问题：需要笨重，耗能，昂贵的变压器；为了得到高质量的输出波形而提高开关频率，造成了很高的开关损耗，而为了适应高电压的要求，需要采用器件串联，因而需要复杂的动态均压电路。
均压电路使系统复杂化，损耗增加，效率下降[1]。
由于以上的不足，1981年日本学者Nabae A 等人提出了三电平的拓扑结构，并提出了多电平逆变器（Multilevel inverter ）的思想，即由几个电平台阶合成阶梯波以逼近正弦波输出电压[2]。
从此多电平逆变器作为一种新型的高压大容量功率逆变器，从电路拓扑结构入手，在得到高质量的输出波形的同时，不管何种拓扑结构的多电平与两电平相比，都有一些共同的优点：无需输出变压器和动态均压电路，开关频率低，因而开关器件承受的电压应力小，可避免大的所导致的各种问题，提高了开关管的工作寿命/du dt [3]。
尤其是八十年代以来，以IGBT 为代表的第三代电力电子器件，以及以DSP ，CPLD 和FPGA 为代表的智能控制芯片的普及，为这种新型的多电平逆变器的研究和实际应用提供了必要的物质基础[4]。
1.1 多电平变换器的发展一般认为，多电平逆变器是建立在三电平逆变器的基础上的，按照类似的拓扑结构拓展而成。
电平数越多，所得到的阶梯波电平台阶越多，从而越接近正弦波，谐波成分越少。
但这种理论上可以达到任意N 电平的多电平逆变器，在实际应用中由于受到硬件条件和控制复杂性的制约，通常在追求性能指标的前提下，并不追求过高的电平数，而以三电平最为实际。