基于空间矢量脉宽调制（SVPWM）的并网逆变器研究（Simulink）

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💥1 概述

近年来，面对能源的枯竭问题，太阳能、风能等清洁能源不断得到人们的重视，而这些能源都需要通过并网逆变器来接入电网。目前使用最多的调制方法是正弦脉宽调制和空间矢量脉宽调制。现在逆变电路中较为普遍使用的调制技术是 SPWM，而 SVPWM 可以被看作是PWM控制算法的优化，它实际上是SPWM在 空 间 上 的 一 种 拓 展 形 式 。 空 间 矢 量 脉 宽 调 制 （SVPWM）技术具有直流电压利用率高，器件开关次数少、损耗低，算法简单，易于实现数字控制的特点，因而得到广泛应用.

三相电压型桥式逆变电路模型如图 1 所示，它由 6个功率开关管组成，同一桥臂上下 2 个开关是轮流导通和关断的，如 Q1 和 Q2 互差 180°，因此 Q1 和 Q2不可能同时导通，三相电压型逆变电路可以看作是 3个半桥型的电路组合而成的。

SPWM 调制法是以三角波或锯齿波作为载波，以正弦波作为调制波的一种脉宽调制方法，这里选用三角波作为载波，如图 2 所示，当调制信号 Ur 大于载波信号 Uc时，输出的是高电平信号，反之则输出低电平信号，从而作为逆变桥的开关信号[2]。

通过 SPWM 的输出波形，可以很直观地发现其导通的占空比是先增大后再减小，周期地发生变化，这样，与占空比不会发生改变的单位脉冲相比，SPWM控制更加具有优越性[3]。这里采用的是双极性 SPWM调制方式，可以通过改变正弦波的幅值来达到改变占空比的宽度。

因此脉宽是随着正弦波幅值变化而变化，正弦波的幅值越大，脉宽越大。SPWM 输出经过滤波后是正弦波。

基于空间矢量脉宽调制（SVPWM）的并网逆变器研究

摘要

本文深入研究了基于空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术的并网逆变器，分析了SVPWM的基本原理、控制算法、优势及其在并网逆变器中的应用。通过理论分析和仿真验证，证明了SVPWM技术能够提高并网逆变器的直流电压利用率、降低谐波含量、减少开关损耗，从而提升并网逆变器的整体性能。

关键词

空间矢量脉宽调制（SVPWM）；并网逆变器；直流电压利用率；谐波含量；开关损耗

1. 引言

随着太阳能、风能等清洁能源的快速发展，并网逆变器作为连接可再生能源发电系统与电网的关键设备，其性能直接影响到整个系统的效率和稳定性。传统的正弦脉宽调制（SPWM）技术虽然简单易行，但在直流电压利用率、谐波含量等方面存在不足。空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术作为一种优化的PWM技术，因其具有直流电压利用率高、谐波含量低、开关损耗小等优点，在并网逆变器中得到了广泛应用。

2. SVPWM基本原理

2.1 电压空间矢量

在三相交流系统中，逆变器可以输出六个非零电压矢量和两个零电压矢量。这些矢量在空间上分布，可以合成任意方向的电压矢量。六个非零电压矢量将复平面划分为六个扇区，每个扇区由两个相邻的非零电压矢量组成。

2.2 矢量合成

通过适当选择和组合这些基本电压矢量，可以在电机定子绕组中合成一个接近圆形的旋转磁场，从而实现平滑的电机运行。SVPWM的目标是合成一个旋转的空间矢量，以跟随参考矢量。通过选择最近的两个基本矢量以及适当的零矢量，可以逼近参考矢量。每个基本矢量的作用时间决定了PWM信号的宽度。

2.3 控制算法

SVPWM的控制算法主要包括以下几个步骤：

3. SVPWM在并网逆变器中的应用

3.1 并网逆变器结构

三相并网逆变器主要由直流侧电容、三相全桥逆变器、滤波电感和电网组成。直流侧电容提供稳定的直流电压，三相全桥逆变器通过开关动作将直流电压转换为交流电压，滤波电感用于平滑输出电流，减少谐波含量，最终将电能注入电网。

3.2 SVPWM调制过程

在并网逆变器中，SVPWM调制过程如下：

3.3 优势分析

4. 仿真验证

4.1 仿真模型搭建

利用MATLAB/Simulink软件搭建基于SVPWM的并网逆变器仿真模型。模型主要包括直流电压源、三相全桥逆变器、SVPWM调制模块、滤波电感和电网等部分。

4.2 仿真参数设置

设置直流电压Udc=550V，开关周期TPWM=0.0001s，给定三相参考相电压有效值220V。

4.3 仿真结果分析

5. 结论与展望

5.1 结论

本文深入研究了基于SVPWM技术的并网逆变器，分析了SVPWM的基本原理、控制算法及其在并网逆变器中的应用。通过理论分析和仿真验证，得出以下结论：

5.2 展望

未来研究可以进一步探讨以下几个方面：

📚2 运行结果

🎉3 参考文献

部分理论来源于网络，如有侵权请联系删除。

[1]邓松彬,杨兆华.基于三相并网逆变器SPWM及SVPWM控制的仿真研究[J].科技与创新,2022(07):35-38+42.DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2022.07.010.

[2]Dr. Siva Malla (2023). SVPWM Based Grid Connected Inverter

[3]郭皓源,王兵,李江坪,李罗,彭诚.基于改进型SVPWM滞环控制并网逆变器优化研究[J].电工技术,2023(03):61-65+69.DOI:10.19768/j.cnki.dgjs.2023.03.015.

🌈4 Matlab代码实现