CN114172442B - 基于fpga的三电平svpwm控制系统 - Google Patents

Abstract

基于FPGA的三电平SVPWM控制系统，属于SVPWM信号调控领域。为了解决现有三电平SVPWM控制算法复杂的问题。根据三相的参考电压矢量V_ref在α轴上投影V_α和参考矢量在β轴上投影V_β，得到每个时刻下三相的参考电压矢量V_ref位于三电平逆变器空间电压矢量的区域位置，根据该区域位置，得到合成参考电压矢量V_ref的三个基本矢量，根据该三个基本矢量和参考电压矢量V_ref，得到三个基本矢量的作用时间，利用三个基本矢量的作用时间将三角波一个周期分成设定的七段时间，设定的七段时间分别是：1/4T₁、1/2T₂、1/2T₃、1/2T₁、1/2T₃、1/2T₂和1/4T₁，每段时间对应三电平逆变器空间电压矢量的一个矢量状态，根据7个矢量状态得到三相开关管的开关状态，根据所述的开关状态控制逆变器。它用于调控逆变器。

Description

基于FPGA的三电平SVPWM控制系统

技术领域

本发明涉及三电平SVPWM的设计，属于SVPWM信号调控领域。

背景技术

SVPWM是近年发展的一种比较新颖的脉宽调制策略，是在特定开关模式下产生的PWM波。随着电力电子技术的发展，三电平逆变器得到了广泛的应用，与其对应的脉宽调制策略是三电平SVPWM。由于三电平SVPWM相对于两电平SVPWM具有谐波含量低、直流电压利用率高等诸多优势，成为研究的热点。然而三电平SVPWM控制算法复杂、参数设置灵活、实现难度大，因此成为研究的难点。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有三电平SVPWM控制算法复杂的问题，提出了基于FPGA的三电平SVPWM控制系统。

基于FPGA的三电平SVPWM控制系统，所述系统包括A/D转换模块、Clarke变换模块、主辅矢量作用时间模块、各开关器件作用时间模块和三角载波模块，

A/D转换模块，用于实时对三电平逆变器三相桥臂输出的电压值进行模数转换，得到三相的参考电压矢量V_ref传送给Clarke变换模块；

Clarke变换模块，用于将三相的参考电压矢量转换为两相静止坐标系下的矢量，得到三相的参考电压矢量V_ref在α轴上投影V_α和参考矢量在β轴上投影V_β，发送给主辅矢量作用时间模块；

主辅矢量作用时间模块，用于根据每个时刻下得到的V_α和V_β，得到每个时刻下三相的参考电压矢量V_ref位于三电平逆变器空间电压矢量的区域位置，根据该区域位置，得到合成参考电压矢量V_ref的三个基本矢量，根据该三个基本矢量和参考电压矢量V_ref，得到三个基本矢量的作用时间，并发送给各开关器件作用时间模块；

三角载波模块，用于生成三角波，并发送给各开关器件作用时间模块；

各开关器件作用时间模块，用于利用三个基本矢量的作用时间将三角波一个周期分成设定的七段时间，设定的七段时间分别是：1/4T₁、1/2T₂、1/2T₃、1/2T₁、1/2T₃、1/2T₂和1/4T₁，每段时间对应三电平逆变器空间电压矢量的一个矢量状态，根据7个矢量状态得到三相开关管的开关状态，根据所述的开关状态控制逆变器。

本发明的有益效果是：

本申请通过FPGA设置A/D转换模块、Clarke变换模块、主辅矢量作用时间模块、各开关器件作用时间模块和三角载波模块，由于FPGA融合了ASIC和基于处理器的系统的最大优势，使得FPGA得到广泛应用。FPGA能够提供硬件定时的速度和稳定性，重新编程的硅芯片的灵活性与在基于处理器的系统上运行的软件相当，但它并不受可用处理器内核数量的限制。与处理器不同的是，FPGA属于真正的并行处理，因此不同的处理操作无需竞争相同的资源，每个独立的处理任务都配有专用的芯片部分，能在不受其它逻辑块的影响下自主运作，在添加更多处理任务时，其它应用性能也不会受到影响。FPGA具有在算法处理和速度上的优势，以及具有实时性好和设计简便等优点，因此采用FPGA对三电平SVPWM进行研究。

本申请通过A/D转换模块、Clarke变换模块、主辅矢量作用时间模块、各开关器件作用时间模块和三角载波模块，生成开关状态，控制算法简单。

附图说明

图1为三电平逆变器的空间矢量图；

图2为图1中大区1中1号区域的七段式触发波形图；

图3为基于FPGA的三电平SVPWM控制系统的原理示意图；

图4为扇区判断时序波形图；

图5为Quartus II软件下的PWM时序波形图；

图6为Simulink下的A相PWM仿真波形图；

图7为Simulink下的B相PWM仿真波形图；

图8为Simulink下的C相PWM仿真波形图；

图9为调制度为0.6时的第I扇区第1小区A相的PWM波形图；

图10为调制度为0.8时的第I扇区第1小区A相的PWM波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

具体实施方式一：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式所述的基于FPGA的三电平SVPWM控制系统，所述系统包括A/D转换模块、Clarke变换模块、主辅矢量作用时间模块、各开关器件作用时间模块和三角载波模块，

A/D转换模块，用于实时对三电平逆变器三相桥臂输出的电压值进行模数转换，得到三相的参考电压矢量V_ref传送给Clarke变换模块；

Clarke变换模块，用于将三相的参考电压矢量转换为两相静止坐标系下的矢量，得到三相的参考电压矢量V_ref在α轴上投影V_α和参考矢量在β轴上投影V_β，发送给主辅矢量作用时间模块；

主辅矢量作用时间模块，用于根据每个时刻下得到的V_α和V_β，得到每个时刻下三相的参考电压矢量V_ref位于三电平逆变器空间电压矢量的区域位置，根据该区域位置，得到合成参考电压矢量V_ref的三个基本矢量，根据该三个基本矢量和参考电压矢量V_ref，得到三个基本矢量的作用时间，并发送给各开关器件作用时间模块；

三角载波模块，用于生成三角波，并发送给各开关器件作用时间模块；

各开关器件作用时间模块，用于利用三个基本矢量的作用时间将三角波一个周期分成设定的七段时间，设定的七段时间分别是：1/4T₁、1/2T₂、1/2T₃、1/2T₁、1/2T₃、1/2T₂和1/4T₁，每段时间对应三电平逆变器空间电压矢量的一个矢量状态，根据7个矢量状态得到三相开关管的开关状态，根据所述的开关状态控制逆变器。

本实施方式中，三电平逆变器所对应的开关状态共有27组，其空间矢量如图1所示。整个三电平空间电压矢量包含6个长矢量(pnn ppn npn npp nnp pnp)，6个中矢量(ponopn npo nop onp pno)，12个短矢量(poo onn ppo oon opo non opp noo oop nno popono)，(12个短矢量包括6个负短矢量和6个正短矢量，正短矢量为onn、oon、non、noo、nno、ono，短矢量中除去6个正短矢量为负短矢量)，3个零矢量(ppp ooo nnn)。图1中分别标出了长、中、短和零矢量，其中n表示低电平，o表示零电平，p表示高电平。SVPWM实现包括扇区判断、时间计算、时间状态分配三部分。

扇区判断：

首先判断参考矢量所在大区域，可以按照参考矢量每60°为一区进行划分，进而根据参考矢量与α轴的夹角判断其所在大区域。对于小区域判断方法，以I区域为例具体介绍。设参考矢量V_ref在α轴和β轴上投影分别为V_α、V_β，幅角为θ，则V_α＝V_refcosθ，V_β＝V_refsinθ。

(1)当θ≤30°时，V_ref在1号小扇区或3号区域或5号区域内；

若

V_dc为直流电容电压，则V_ref在1号区域内；

若

则V_ref在5号区域内；

若

且/>

V_ref在3号区域内；

(2)当θ≥30°时，V_ref在2号区域或4号小扇区或6号区域内；

若

则V_ref在6号区域内；

若

则V_ref在2号区域内；

若

且/>

V_ref在4号区域内。

时间计算：

根据上述扇区判断方法，得知参考电压矢量落在某个具体的区域后，根据NTV(Nearest Triangle Vectors)法则，得到合成参考电压矢量的三个基本矢量

把它们同参考电压矢量V_ref一起代入伏秒平衡方程组：

可以分别求出三个基本矢量的作用时间T₁、T₂和T₃。

时间状态分配：

每个采样周期的起始矢量都选用负短矢量，其目的是使基本矢量的作用时间和状态分配一一对应，每个空间矢量区域的状态作用次序如表1所示(仅给出第I扇区)。

表1 I扇区矢量状态次序表

表1中I1表示第I个扇区中号区域。

为了减少开关次数，降低开关损耗，在每次开关状态转换时，只改变其中一相的开关状态，并且对零矢量在时间上进行平均分配，即采用中心对称的七段式SVPWM。以I大区1号区域为例，矢量状态次序为onn、oon、ooo、poo、ooo、oon、onn，对于每个矢量状态都由3个电平组成，第一个电平表示逆变器第一相开关状态，第二个电平表示逆变器第二相开关状态，第三个电平表示逆变器第三相开关状态；例如onn，其中的o表示逆变器第一相开关状态，第二个n表示逆变器第二相开关状态，第三个n表示逆变器第三相开关状态，进而可以确定对应的开关状态次序，以第一相开关状态为例，矢量状态次序为onn、oon、ooo、poo、ooo、oon、onn中第一相开关状态o、o、o、p、o、o、o，对应第一相逆变器4个开关管的开关状态次序为0110、0110、0110、1100、0110、0110、0110，其中0表示开关器件的关断，1表示开关器件的导通。第一相开关器件的七段式触发波形如图2所示。对于三相逆变器矢量状态与三相开关状态的对应关系是现有技术，以表2中A相矢量状态对应的开关状态进行说明，S_a1表示A相中一号开关管，S_a2表示A相中二号开关管，S_a3表示A相中三号开关管，S_a4表示A相中四号开关管：

表2：

三角载波模块的设计：三角载波的周期和幅值可以通过输入时钟的累加实现，通常情况下，将三角载波的幅值设定为周期的一半。每来一个时钟脉冲，三角波上升或下降一个步长，而三角波的上升或下降状态是通过设置一个标志位来确定的。开关器件的开通和关断频率直接决定了三角波的采样周期，为了降低由开关频率过高而引起的种种弊端，因此限制开关频率最大为10kHz。

三电平SVPWM调制波的生成是设计的重点内容，每个扇区唯一对应一组开关的切换时间及具体的发送顺序，因此在顶层文件中，根据参考矢量所在的扇区，可以产生三电平SVPWM的调制波。而各开关器件作用时间模块的设计是为了得到开关器件通断的切换时刻，从波形的角度分析，目的是得到高低电平的转换时刻。将生成的调制波与三角载波进行比较，即可产生各相的开关模式，用T_{_cm1}、T_{_cm2}、T_{_cm3}、T_{_cm4} T_{_cm5}和T_{_cm6}表示，由于开关器件两两互补，因此只需要六个开关时间。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于FPGA的三电平SVPWM控制系统进一步限定，在本实施方式中，7个矢量状态为：

所述三电平逆变器空间电压矢量包括27个矢量，27个矢量包括6个长矢量、6个中矢量、12个短矢量和3个零矢量，12个短矢量包括6个负短矢量和6个正短矢量，27个矢量将三电平逆变器空间分为6个大扇区，每个大扇区包括6个区域，分别命名为1号区域至6号区域，以三电平空间电压矢量的x轴为α轴，以三电平空间电压矢量的y轴为β轴，每个大扇区中1号区域和2号区域均位于每相邻2个长矢量的夹角处，且1号区域靠近α轴，2号区域靠近β轴，3号区域靠近1号区域，4号区域靠近2号区域，5号区域靠近3号区域，6号区域靠近4号区域；

七段时间呈中心对称，每个矢量状态由3个电平组成，

当三相的参考电压矢量V_ref位于三电平逆变器空间电压矢量的1号区域时，7个矢量状态为：在1号区域内的负短矢量、在1号区域和2号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第一个矢量状态相比只改变一个电平、在1号区域和2号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第二个矢量状态相比只改变一个电平、在1号区域和2号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第三个矢量状态相比只改变一个电平、与第三个矢量状态相同、与第二个矢量状态相同、与第一个矢量状态相同；

当三相的参考电压矢量V_ref位于三电平逆变器空间电压矢量的2号区域时，7个矢量状态为：在2号区域内的负短矢量、在1号区域和2号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第一个矢量状态相比只改变一个电平、在1号区域和2号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第二个矢量状态相比只改变一个电平、在1号区域和2号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第三个矢量状态相比只改变一个电平、与第三个矢量状态相同、与第二个矢量状态相同、与第一个矢量状态相同；

当三相的参考电压矢量V_ref位于三电平逆变器空间电压矢量的3号区域时，7个矢量状态为：在3号区域内的负短矢量、在3号区域和4号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第一个矢量状态相比只改变一个电平、在3号区域和4号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第二个矢量状态相比只改变一个电平、在3号区域和4号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第三个矢量状态相比只改变一个电平、与第三个矢量状态相同、与第二个矢量状态相同、与第一个矢量状态相同；

当三相的参考电压矢量V_ref位于三电平逆变器空间电压矢量的4号区域时，7个矢量状态为：在4号区域内的负短矢量、在3号区域和4号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第一个矢量状态相比只改变一个电平、在3号区域和4号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第二个矢量状态相比只改变一个电平、在3号区域和4号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第三个矢量状态相比只改变一个电平、与第三个矢量状态相同、与第二个矢量状态相同、与第一个矢量状态相同；

当三相的参考电压矢量V_ref位于三电平逆变器空间电压矢量的5号区域时，7个矢量状态为：在5号区域内的负短矢量、在5号区域中选出1个矢量状态，该矢量状态与第一个矢量状态相比只改变一个电平、在5号区域中选出1个矢量状态，该矢量状态与第二个矢量状态相比只改变一个电平、在5号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第三个矢量状态相比只改变一个电平、与第三个矢量状态相同、与第二个矢量状态相同、与第一个矢量状态相同；

当三相的参考电压矢量V_ref位于三电平逆变器空间电压矢量的6号区域时，7个矢量状态为：在6号区域内的负短矢量、在6号区域中选出1个矢量状态，该矢量状态与第一个矢量状态相比只改变一个电平、在6号区域中选出1个矢量状态，该矢量状态与第二个矢量状态相比只改变一个电平、在6号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第三个矢量状态相比只改变一个电平、与第三个矢量状态相同、与第二个矢量状态相同、与第一个矢量状态相同。

本实施方式中，本实施方式中，27个矢量都有唯一一个确定的位置，图中长矢量和中矢量都有一个开关状态与之对应，而对于小矢量坐标处，每个坐标都具有两种开关状态与之对应，零矢量则对应3个开关状态，为了生成最终可以驱动开关管的脉冲信号，要确保每个基本矢量的作用时间与对应的开关状态保持一致性，通过对各基本矢量对应坐标的分析，不难看出，短矢量在每个开关周期内，对系统的影响频率较高，为此本系统将选取短矢量作为每个开关周期的起始矢量，本申请以I扇区为例，基本矢量状态作用次序如表1。为保证系统的稳定性，表1中各开关状态的开关顺序遵循的原则为：

(1)为降低功率开关管的开关频率，减小功率损耗，保证每次开关状态的改变，都仅有一相开关动作，若出线无法满足的条件时，可以采用零矢量作为开关变换的中间量；

(2)在合成参考矢量的一个周期内，采用七段式和合成方法，矢量对称分布，以负短矢量作为起始矢量，首尾相同，则开关状态也相同；

(3)利用短矢量调节中间平衡；得出图2的矢量作用时间，即七段式时间。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于FPGA的三电平SVPWM控制系统进一步限定，在本实施方式中，根据每个时刻下得到的V_α和V_β，得到每个时刻下三相的参考电压矢量V_ref位于三电平逆变器空间电压矢量的区域位置，具体为：

先根据三相的参考电压矢量V_ref与α轴的夹角判断参考电压矢量V_ref所在的扇区位置，再根据以下得到参考电压矢量V_ref位于该扇区的哪个区域；

(1)当θ≤30°时，V_ref在1号小扇区或3号区域或5号区域内；

若

V_dc为直流电容电压，则V_ref在1号区域内；

若

则V_ref在5号区域内；

若

且/>

V_ref在3号区域内；

(2)当θ≥30°时，V_ref在2号区域或4号小扇区或6号区域内；

若

则V_ref在6号区域内；

若

则V_ref在2号区域内；

若

且/>

V_ref在4号区域内。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于FPGA的三电平SVPWM控制系统进一步限定，在本实施方式中，

根据该扇区位置，得到合成参考电压矢量V_ref的三个基本矢量，根据该三个基本矢量和参考电压矢量V_ref，得到三个基本矢量的作用时间，具体为：

根据NTV法则，得到合成参考电压矢量V_ref的三个基本矢量

将三个基本矢量/>

同参考电压矢量V_ref一起代入伏秒平衡方程组：

分别求出三个基本矢量的作用时间T₁、T₂和T₃；

式中，三个基本矢量

分别表示参考电压矢量V_ref在三相坐标系的分解矢量，T_s为三角波周期。

本实施方式中，FPGA选用ALTERA公司的Cyclone II系列芯片EP2C35F484C8N，利用ALTERA公司的QuartusII 9.0集成开发环境进行设计，基于Modelsim的扇区判断时序仿真结果如图4所示，从图中可知判断出了参考矢量所在扇区。三电平SVPWM生成的PWM时序仿真波形如图5所示，由图6可知生成12路PWM波，两两互补，符合设计要求。

为了进一步验证三电平SVPWM算法的正确性，在Matlab/Simulink环境下搭建了空间矢量算法模型，并设置了相同的仿真参数，仿真波形如图6至图8所示。从图6至图8可知，Simulink与Quartus II环境下的PWM波形一致，表明QuartusII实现了三电平SVPWM算法。

改变调制度M，PWM波形会相应的改变，分别取M＝0.6及M＝0.8，如图9和图10给出在第I扇区1号区域时，一个周期内的PWM波形，该波形与原理分析相符，由上述基本矢量作用时间计算可知，A相第一个开关管的导通时间为T₁/2，第三个开关管与第一个开关管状态互补，所以当M增大时T₁增大，因此，第一个开关管的导通时间变长，对比图9和图10可知，理论分析与仿真波形一致，有效验证了理论分析的正确性。

从仿真结果可以看出，对复杂的SVPWM原理，充分利用FPGA设计的便捷性及实时性等诸多优势，将其作为三电平SVPWM的处理器，通过仿真波形可以直观的分析，进而验证理论的正确性。

对三电平SVPWM算法进行仿真，生成12路PWM波，并与在Matlab/Simulink平台上搭建的SVPWM模型生成的PWM波形一致，证明了三电平SVPWM算法的正确性。而且对不同调制度下的PWM波形进行深入分析，进一步验证了理论分析的正确性。可以看出，采用FPGA实现SVPWM算法，既验证了该调制策略的可行性，又解决了复杂的算法实现困难的问题。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于FPGA的三电平SVPWM控制系统进一步限定，在本实施方式中，三电平逆变器每相均包括4个开关管，分别为一号开关管至四号开关管，

一号开关管和三号开关管为一组桥臂，二号开关管和四号开关管为另一组桥臂，

一号开关管和三号开关管开关状态互补，二号开关管和四号开关管开关状态互补。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (5)

1.基于FPGA的三电平SVPWM控制系统，其特征在于，所述系统包括A/D转换模块、Clarke变换模块、主辅矢量作用时间模块、各开关器件作用时间模块和三角载波模块，

A/D转换模块，用于实时对三电平逆变器三相桥臂输出的电压值进行模数转换，得到三相的参考电压矢量V_ref传送给Clarke变换模块；

Clarke变换模块，用于将三相的参考电压矢量转换为两相静止坐标系下的矢量，得到三相的参考电压矢量V_ref在α轴上投影V_α和参考矢量在β轴上投影V_β，发送给主辅矢量作用时间模块；

主辅矢量作用时间模块，用于根据每个时刻下得到的V_α和V_β，得到每个时刻下三相的参考电压矢量V_ref位于三电平逆变器空间电压矢量的区域位置，根据该区域位置，得到合成参考电压矢量V_ref的三个基本矢量，根据该三个基本矢量和参考电压矢量V_ref，得到三个基本矢量的作用时间，并发送给各开关器件作用时间模块；

三角载波模块，用于生成三角波，并发送给各开关器件作用时间模块；

各开关器件作用时间模块，用于利用三个基本矢量的作用时间将三角波一个周期分成设定的七段时间，设定的七段时间分别是：1/4T₁、1/2T₂、1/2T₃、1/2T₁、1/2T₃、1/2T₂和1/4T₁，每段时间对应三电平逆变器空间电压矢量的一个矢量状态，根据7个矢量状态得到三相开关管的开关状态，根据所述的开关状态控制逆变器。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的三电平SVPWM控制系统，其特征在于，7个矢量状态为：

所述三电平逆变器空间电压矢量包括27个矢量，27个矢量包括6个长矢量、6个中矢量、12个短矢量和3个零矢量，12个短矢量包括6个负短矢量和6个正短矢量，27个矢量将三电平逆变器空间分为6个大扇区，每个大扇区包括6个区域，分别命名为1号区域至6号区域，以三电平空间电压矢量的x轴为α轴，以三电平空间电压矢量的y轴为β轴，每个大扇区中1号区域和2号区域均位于每相邻2个长矢量的夹角处，且1号区域靠近α轴，2号区域靠近β轴，3号区域靠近1号区域，4号区域靠近2号区域，5号区域靠近3号区域，6号区域靠近4号区域；

七段时间呈中心对称，每个矢量状态由3个电平组成，

当三相的参考电压矢量V_ref位于三电平逆变器空间电压矢量的1号区域时，7个矢量状态为：在1号区域内的负短矢量、在1号区域和2号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第一个矢量状态相比只改变一个电平、在1号区域和2号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第二个矢量状态相比只改变一个电平、在1号区域和2号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第三个矢量状态相比只改变一个电平、与第三个矢量状态相同、与第二个矢量状态相同、与第一个矢量状态相同；

当三相的参考电压矢量V_ref位于三电平逆变器空间电压矢量的2号区域时，7个矢量状态为：在2号区域内的负短矢量、在1号区域和2号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第一个矢量状态相比只改变一个电平、在1号区域和2号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第二个矢量状态相比只改变一个电平、在1号区域和2号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第三个矢量状态相比只改变一个电平、与第三个矢量状态相同、与第二个矢量状态相同、与第一个矢量状态相同；

当三相的参考电压矢量V_ref位于三电平逆变器空间电压矢量的3号区域时，7个矢量状态为：在3号区域内的负短矢量、在3号区域和4号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第一个矢量状态相比只改变一个电平、在3号区域和4号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第二个矢量状态相比只改变一个电平、在3号区域和4号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第三个矢量状态相比只改变一个电平、与第三个矢量状态相同、与第二个矢量状态相同、与第一个矢量状态相同；

当三相的参考电压矢量V_ref位于三电平逆变器空间电压矢量的4号区域时，7个矢量状态为：在4号区域内的负短矢量、在3号区域和4号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第一个矢量状态相比只改变一个电平、在3号区域和4号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第二个矢量状态相比只改变一个电平、在3号区域和4号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第三个矢量状态相比只改变一个电平、与第三个矢量状态相同、与第二个矢量状态相同、与第一个矢量状态相同；

当三相的参考电压矢量V_ref位于三电平逆变器空间电压矢量的5号区域时，7个矢量状态为：在5号区域内的负短矢量、在5号区域中选出1个矢量状态，该矢量状态与第一个矢量状态相比只改变一个电平、在5号区域中选出1个矢量状态，该矢量状态与第二个矢量状态相比只改变一个电平、在5号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第三个矢量状态相比只改变一个电平、与第三个矢量状态相同、与第二个矢量状态相同、与第一个矢量状态相同；

当三相的参考电压矢量V_ref位于三电平逆变器空间电压矢量的6号区域时，7个矢量状态为：在6号区域内的负短矢量、在6号区域中选出1个矢量状态，该矢量状态与第一个矢量状态相比只改变一个电平、在6号区域中选出1个矢量状态，该矢量状态与第二个矢量状态相比只改变一个电平、在6号区域围成的三角形中选出1个矢量状态，该矢量状态与第三个矢量状态相比只改变一个电平、与第三个矢量状态相同、与第二个矢量状态相同、与第一个矢量状态相同。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的三电平SVPWM控制系统，其特征在于，根据每个时刻下得到的V_α和V_β，得到每个时刻下三相的参考电压矢量V_ref位于三电平逆变器空间电压矢量的区域位置，具体为：

先根据三相的参考电压矢量V_ref与α轴的夹角判断参考电压矢量V_ref所在的扇区位置，再根据以下得到参考电压矢量V_ref位于该扇区的哪个区域；

(1)当θ≤30°时，V_ref在1号小扇区或3号区域或5号区域内；

若

V_dc为直流电容电压，则V_ref在1号区域内；

若

则V_ref在5号区域内；

若

且/>

V_ref在3号区域内；

(2)当θ≥30°时，V_ref在2号区域或4号小扇区或6号区域内；

若

则V_ref在6号区域内；

若

则V_ref在2号区域内；

若

且/>

V_ref在4号区域内。

4.根据权利要求3所述的基于FPGA的三电平SVPWM控制系统，其特征在于，根据该扇区位置，得到合成参考电压矢量V_ref的三个基本矢量，根据该三个基本矢量和参考电压矢量V_ref，得到三个基本矢量的作用时间，具体为：

根据NTV法则，得到合成参考电压矢量V_ref的三个基本矢量

将三个基本矢量

同参考电压矢量V_ref一起代入伏秒平衡方程组：

分别求出三个基本矢量的作用时间T₁、T₂和T₃；

式中，三个基本矢量

分别表示参考电压矢量V_ref在三相坐标系的分解矢量，

T_s为三角波周期。

5.根据权利要求1所述的基于FPGA的三电平SVPWM控制系统，其特征在于，三电平逆变器每相均包括4个开关管，分别为一号开关管至四号开关管，一号开关管和三号开关管为一组桥臂，二号开关管和四号开关管为另一组桥臂，一号开关管和三号开关管开关状态互补，二号开关管和四号开关管开关状态互补。

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