基于FPGA的三电平SVPWM逆变器的设计

发布时间：2020-05-25 13:26

【摘要】：上世纪80年代，Nabae等学者提出通过改善逆变器硬件拓扑结构达到增加输出电平数的构想，在这一构想的基础上衍生出多种多电平逆变器结构，与此同时，各种脉冲宽度调制技术先后提出并得到验证，但在工程应用中却受到电力主开关器件开关频率、信号处理器速度、处理能力的限制。伴随着高性能信号处理器工艺和运算处理技术的日趋成熟，多电平逆变器的优点凸显并在电力有源滤波系统、静止同步补偿器、中、高压大功率变频调速、交流柔性供电系统中得到了广泛的关注并成为研究的热点，高性能逆变器的应用真正成为现实。 本文以二极管钳位式多电平逆变器作为研究对象，对其工作原理、控制要求进行了详细的论述，在此基础上引出多电平逆变器的固有问题——中点电位不平衡，综合分析了硬件、软件控制方法在抑制中点电位不平衡中的利弊，提出了本文的控制策略——SVPWM，文章还对三电平逆变器的拓扑结构进行了等效简化，根据等效简化的电路进行了时域和频域的模型研究，推导出二极管钳位式三电平逆变器的高频数学模型；在此基础上，对SVPWM算法进行数学模型推导，与数学模型相对应搭建了SIMULINK仿真模型，进行了仿真与结果分析，对比介绍了中点电位不平衡和平衡状态下的波形，仿真结果证明基于查找表的优化SVPWM算法是可行的，，该算法以首发矢量为正短矢量与七段式对称开关状态相结合，具有谐波分量小，转矩平稳、改善了输出电压的波形、易于数字化控制等优点； 其次，设计了基于FPGA的三电平逆变器硬件电路系统，给出了系统完整的硬件电路设计并对各部分的原理进行了论述；利用硬件描述语言在Quartus II+Modelsim进行了软件部分的设计，在QUARTUS II可编程逻辑软件平台上进行了逻辑布线与综合，按照自顶向下的设计方法设计了SVPWM信号发生器IP核，该IP核分为电压矢量作用时间计算模块、死区延迟模块、信号发生模块等多个模块，最后将程序下载到FPGA实验开发板上，对SVPWM信号发生器的IP核进行试验验证，验证结果表明该算法实时性好、可靠性高，满足了系统对算法设计的要求。 总之，通过对二极管钳位式三电平逆变器数学模型的研究、硬件系统的搭建、软件部分的仿真结果表明，本文所设计的SVPWM三电平逆变系统能够实现逆变输出电压波形接近正弦波，谐波含量少、中点电压平衡度得到明显改善等技术优点，改进后可满足一般工业场合对直流转换为交流的需求，具有技术先进、调制策略数字化控制、降低系统损耗、实时性控制较好的得到实现等优点，具有很大的应用价值和广阔的市场前景。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464

【参考文献】

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本文编号：2680217