Otimização de algoritmos para o cálculo das sequências de chaveamento na modulação SVPWM com inclusão da topologia com capacitor flutuante

Este trabalho compara duas abordagens para o cálculo das razões cíclicas na modulação por vetores espaciais (SVPWM) aplicada a inversores trifásicos de dois níveis: a formulação trigonométrica clássica no plano αβ e a abordagem baseada na transformada g, h. Ambas foram implementadas em Matlab/Simulink sob condições idênticas de simulação, permitindo uma avaliação controlada do custo computacional (tempo de execução) e da qualidade da forma de onda por meio dos índices THD (Distorção Harmônica Total) e THI (Distorção Harmônica Individual). Os resultados indicam equivalência espectral entre as duas formulações, sem diferenças relevantes nos índices de qualidade de forma de onda nas condições analisadas. Em termos computacionais, a abordagem baseada em g, h apresentou tempo médio de execução de 60,6 ms, enquanto a formulação trigonométrica demandou 78,7 ms, correspondendo a uma redução aproximada de 23% no tempo de processamento. Adicionalmente, o mesmo procedimento foi aplicado a um inversor com capacitor flutuante operando em modo quasi-two-level (Q2L), exclusivamente para comparação espectral, preservando a lógica de síntese derivada de dois níveis. Nessa configuração, não foram observados ganhos relevantes de qualidade de forma de onda nas condições avaliadas. No escopo considerado, conclui-se que a formulação g, h oferece ganhos computacionais quantitativamente significativos, mantendo a qualidade espectral da modulação SVPWM, configurando-se como alternativa eficiente para implementação em sistemas com restrição de processamento.

Resumo (inglês)

This work compares two approaches for calculating the duty cycles in space vector pulse-width modulation (SVPWM) applied to three-phase two-level inverters: the classical trigonometric formulation in the alpha\beta plane and the approach based on the g,h transformation. Both were implemented in Matlab/Simulink under identical simulation conditions, allowing a controlled evaluation of computational cost (execution time) and waveform quality through the THD (Total Harmonic Distortion) and THI (Individual Harmonic Distortion) indices. The results indicate spectral equivalence between the two formulations, with no relevant differences in waveform quality indices under the analyzed conditions. In computational terms, the g,h, based approach achieved an average execution time of 60.6ms, whereas the trigonometric formulation required 78.7ms, corresponding to an approximate 23% reduction in processing time. Additionally, the same procedure was applied to a flying-capacitor inverter operating in quasi-two-level (Q2L) mode, exclusively for spectral comparison purposes, while preserving the two-level-derived synthesis logic. In this configuration, no significant improvements in waveform quality were observed under the evaluated conditions. Within the considered scope, it is concluded that the g,h formulation provides quantitatively significant computational gains while maintaining the spectral quality of SVPWM, establishing itself as an efficient alternative for implementation in processing-constrained systems.

Palavras-chave

Inversores elétricos, Modulação de frequência de pulso, Processamento de sinais - Técnicas digitais, Capacitadores, Funções trigonométricas, Electric inverters, Pulse frequency modulation, Signal processing - Digital techniques, Capacitors, Trigonometrical functions

Idioma

Português

Citação

MENZINGER, Juliana Semíramis. Otimização de algoritmos para o cálculo das sequências de chaveamento na modulação SVPWM com inclusão da topologia com capacitor flutuante. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Instituto de Ciência e Tecnologia, Universidade Estadual Paulista, Sorocaba, 2025.