具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

图1.1和图1.2为三电平逆变器空间矢量图，图中包含两部分，分别为区域旋转1和目标矢量旋转2。区域旋转1是将第Ⅱ大区在顺时针旋转60°，旋转之后的第Ⅱ大区与第Ⅰ大区重合，第Ⅱ大区的空间矢量与第Ⅰ大区重合(小三角形的三个顶点重合)，若目标矢量在第Ⅱ大区时，可用目标矢量旋转2的方法将目标矢量旋转到第Ⅰ大区进行后续的计算。通过此种方法当目标矢量在空间矢量图中旋转时，某时刻目标矢量所在的大区可顺时针旋转一定的角度(此角度为60°的整倍数)，旋转到第Ⅰ大区重合，此时将目标矢量所在的大区内的空间矢量映射第Ⅰ大区，则此时目标矢量所在区域的判定和作用时间的计算不需要在原区域中进行，此时将目标矢量旋转到第Ⅰ大区进行计算即可，避免了目标矢量分散到六个大区中进行计算，减少了算法的复杂度和计算量。

图2.1和图2.2分别为两电平和三电平逆变器的空间矢量图，当两电平逆变器和三电平逆变器直流侧的输入电压相同时，两电平逆变器的非零矢量和三电平逆变器的长矢量模值相等，则三电平逆变器的每个大区可以看做是两电平逆变器对应的大区等分成4个小三角形区域得到，三电平逆变器的每个矢量和两电平逆变器矢量存在一定的关系，这为后续应用两电平逆变器矢量作用时间来判定目标矢量在三电平逆变器空间矢量图中时的分区判定和作用时间计算提供了基础。

图3为目标矢量所在第Ⅰ大区时的空间矢量图，两电平和三电平逆变器空间矢量存在如下关系：

(1)式中V₀′、V₁′、V₂′为两电平逆变器矢量第Ⅰ大区的空间矢量，V₀′为零矢量，V₁′、V₂′为长矢量；V₀、V₁、V₂、V₃、V₄、V₅为三电平逆变器矢量第Ⅰ大区的空间矢量，V₀为零矢量，V₁、V₄为小矢量，V₃为中矢量，V₂、V₅为长矢量。

为研究两电平逆变器合成矢量作用时间作为分区判定的依据，使目标矢量落在A1和A3区的边界线上，根据正弦定理得到：

(2)式中T₀′、T₁′、T₂′分别为两电平逆变器矢量V₀′、V₁′、V₂′的作用时间，T_s为目标矢量V*的作用时间。

其中的T1'、T2'的值和目标矢量V*的作用时间以及幅角θ有关，对判断目标矢量的判区没有太大的帮助，但T0'和目标矢量V*的作用时间只存在一种简单的比例关系，而与幅角θ无关。根据三角函数的区间单调性可证明，当且仅当T0'>TS/2时，目标矢量V*落在A1区域内。用同样的方法可以证明，目标矢量落在A2区和A4区的唯一条件就是T1'>TS/2和T2'>TS/2，当A1区、A2区和A4区的条件都已经确定后，剩下的可能性就只可能是位于中间的A3区。通过此种方法可确定目标矢量V*在第Ⅰ大区时所在的小区域。

图4为目标矢量V*落在A3区，当目标矢量在A3区时，此时用于合成目标矢量的三个矢量为V1、V3和V4，根据这三个矢量与两电平三个矢量满足的关系(1)，代入到应用三电平逆变器矢量的伏秒平衡方程(3)中得到有关两电平逆变器矢量的伏秒平衡方程(4)。

式(3)、(4)中T₁、T₃、T₄分别为三电平逆变器矢量V₁、V₃、V₄的作用时间，V*为瞬时三相正弦电压合成的目标矢量。

而两电平逆变器的空间矢量和作用时间存在关系(5)，结合方程组(4)(5)，为保证方程组有唯一解，则两个方程组的第一个方程的各项系数对应相等，可得到三电平逆变器矢量作用时间与两电平逆变器矢量作用时间的关系(6)。

然后可根据目标矢量所在两电平逆变器的大区域，求得两电平逆变器三个空间矢量的作用时间，进而根据得到的作用时间关系求得三电平逆变器的作用时间。

图5为FPGA芯片实现改进SVPWM算法的系统图，主要包括：第一单元5，用于目标矢量的生成；第二单元6，用于将任意时刻的目标矢量旋转到两电平逆变器矢量图的第Ⅰ大区；第三单元7，用于计算两电平逆变器中目标矢量所在第Ⅰ大区的作用时间；第四单元8，用于根据两电平逆变器目标矢量作用时间进行三电平逆变器目标矢量的分区判定和作用时间计算；第五单元9，用于采用七段式的方式将确定的矢量和作用时间生成PWM波形；生成PWM波形通过FPGA芯片I/O口输出12路PWM控制波形。在进行FPGA编程时，首先生成旋转的目标矢量，然后将任意时刻的目标矢量旋转到第一大区，在这之前先判定目标矢量所在两电平逆变器矢量图中的哪个大区，为之后的矢量映射做准备；根据伏秒平衡原理求得目标矢量在两电平逆变器第一大区时的矢量作用时间；比较作用时间与1/2目标矢量作用时间的大小，判定目标矢量所在三电平逆变器空间矢量的区域，然后根据矢量作用时间的关系求得目标矢量所在小区域的逆变器矢量作用时间，将矢量及作用时间通过七段式PWM波形生成方式，生成12路PWM波形，并通过FPGA的12个I/O口输出出来。

图6为半实物仿真示意图，主要由FPGA实现改进SVPWM算法11、RT-BOX12和PC上PLECS仿真软件13构成。将实现改进算法的FPGA开发板12路PWM波形触发脉冲的I/O口与RT-BOX的数字输入端口相连接；同时在PLECS上搭建二极管箝位型逆变器仿真模型，将12路开关器件的驱动端口与从RT-BOX引入的12路触发脉冲端口相对应；然后将仿真模型加载到RT-BOX上，同时设置输出电压的频率并启动FPGA开发板，在PC端的PLECS软件上可观测逆变器输出波形，来验证算法的正确性以及FPGA控制芯片可对逆变器进行控制的可行性。通过实验验证表明，本发明的三电平逆变器空间矢量调制方法及其形成的FPGA系统是可行的。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。