كنترل اينورترهاي منبع ولتاژ چند سطحي سه فاز با استفاده از مدولاسيون بردار فضايي و به كمك روش كلاسه‌بندي بردارها

Space Vector Modulation Based on Classification Method in Three-Phase Multi-Level Voltage Source Inverters

امروزه تكنيكهاي مدولاسيون پهناي پالس به طور وسيعي براي كنترل ولتاژ و جريان خروجي مبدلهاي AC/DC به‌كار مي‌روند. از ميان اين روشها، مدولاسيون بردار فضايي (SVM) به خاطر سادگي و خواص مطلوب آن در كنترل اينورترهاي سه فاز به صورت ديجيتالي مورد توجه فراوان قرار گرفته است. محدوديت اين روش، پيچيده و زمان‌بر بودن محاسبات مورد نياز براي اجراي آن به صورت زمان حقيقي است كه ماكزيمم فركانس سوييچينگ و در نتيجه پهناي باند سيستم كنترلي را محدود مي‌سازد. اين مسئله به‌ويژه در اجراي روش SVM در مبدلهاي چند سطحي كه در مقايسه با نوع دو سطحي از حجم محاسبات بيشتري برخوردارند، محدوديتهاي بيشتري را سبب مي‌شود. به‌عبارت ديگر، با افزايش تعداد سطوح ولتاژ خروجي، پيچيدگي سخت‌افزاري و نرم افزاري روش به طور قابل ملاحظه‌اي افزايش مي‌يابد. بنابراين ارائه روشي دقيق و سريع براي اجراي SVM به صورت زمان حقيقي بر روي مبدلهاي چندسطحي، باعث بهبود عملكرد اين‌گونه مبدلها مي‌شود. اين مقاله به ارائه چنين روشي مي‌پردازد. در اين مقاله به طور خاص روش كلاسه‌بندي بردارها كه در سال 1996 براي اولين بار براي سادگي اجرا، افزايش دقت محاسباتي، كاهش زمان محاسباتي و همچنين كاهش سخت‌افزار مورد نياز براي اجراي SVM بر روي مبدلهاي دو سطحي مطرح شده، به مبدلهاي m سطحي تعميم داده مي‌شود. روش ارائه شده در مقايسه با روش متعارف، امكان استفاده از پردازنده‌هاي با سرعت پردازش كمتر و ارزان قيمت‌تر را فراهم مي‌سازد. همچنين با توجه به كاهش زمانهاي محاسباتي، پردازنده به‌كارگرفته شده مي‌تواند براي اهداف چندمنظوره استفاده شود. اعتبار معادلات تحليلي و رياضي به‌دست آمده به كمك شبيه‌سازي رايانه‌اي برروي يك مبدل سه سطحي به اثبات رسيده است.

Pulse Width Modulation (PWM) techniques are commonly used to control the output voltage and current of DC to AC converters. Space Vector Modulation (SVM), of all PWM methods, has attracted attention because of its simplicity and desired properties in digital control of Three-Phase inverters. The main drawback of this PWM technique is its complex and time-consuming computations in real-time implementation. The time-consuming calculation as well as software and hardware complexities of the network grow dramatically as the number of inverter levels increases. Therefore, it is necessary to develop an exact, fast, and general computation SVM algorithm for multi-level converters. This paper introduces such an algorithm. Specifically, the SVM computation algorithm based on a vector classification technique, introduced for 2-level inverters in 1996, is developed and generalized to be applicable in determining the switching sequences and calculating the switching instants in m-level inverters. The proposed technique reduces hardware and software complexities, decreases the computation time, and increases the accuracy of the positioning of the switching instants when compared with the conventional implementation of the SVM in multi-level converters