改进蛇算法的七电平逆变器SHEPWM研究

多电平逆变器控制策略中的特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)能够以较低的开关频率得到较好的电压输出波形,重点在于开关角的求取。在多电平逆变器SHEPWM调制的开关角求解算法上提出改进蛇优化算法,对传统蛇优化算法采用Tend混沌映射初始种群,使初始种群分布更加均匀;引入Levy飞行策略增强算法的全局搜素能力,能够更加精准快速得到全局开关角的最优解。仿真结果表明,改进蛇优化算法所求的开关角相较于传统算法更好地消除低次谐波,并降低了输出线电压的畸变率,充分验证了该方法的可行性。

基于SHEPWM的三电平三相逆变器中点电位主动平衡控制策略

在大功率系统中,常采用特定次谐波消除脉宽调制(SHEPWM)以降低系统的开关损耗。针对三电平中点钳位(NPC)型三相逆变器在SHEPWM下的中点电位偏移问题,分析SHEPWM下逆变器输出相电压基波与3次谐波在不同电压相位范围内对中点电位的影响,设计两种在基波周期内对中点电位总充放电效果相反的开关角组合方案,并提出一种通过测量中点电位偏移值及中点电位滞环控制,选择不同的开关角组合方案进行调制的中点电位主动平衡控制策略。实验结果验证了所提出方法的实用性及有效性。

三电平SHEPWM与SVPWM混合控制策略及其矢量平滑切换方法的研究

本文提出了一种有源中点箝位(ANPC)三电平变换器的SHEPWM与SVPWM混合控制策略。充分利用两种控制策略的优点,在低频时采用SVPWM控制策略,获得较高的直流电压利用率,减小电流纹波;在中高频时采用SHEPWM控制策略消除特定的低次谐波。同时本文在研究了SHEPWM与SVPWM之间的联系以及对三电平变换器的影响的基础上,提出了一种可以实现在三电平SHEPWM与SVPWM两种控制方法之间,任意时刻平滑切换的方法。最后通过仿真与实验研究,验证了算法的正确性和有效性。

基于SHEPWM的中压大功率牵引永磁同步电机两电平控制

永磁同步电机具有结构紧凑、高功率密度、高气隙磁通和高转矩惯性比等优点,在中高压牵引驱动领域具有广阔的市场应用前景。本文对基于SHEPWM的中压大功率牵引永磁同步电机的两电平闭环控制技术进行研究,提出了非方波模式时的系统控制策略。研究了该控制策略中三相电压时间域的角度值和电压矢量空间位置角的关系,SHEPWM的工程实现方法和不同PWM模式下的动态切换方法等关键技术。经过试验验证,该控制策略达到了预期的消谐要求,动态切换过程中电流平滑,全速度范围内d、q电流跟踪良好。

基于SHEPWM调制的电力机车全速度运行策略及切换方法研究

电力机车功率大、直流侧电压高、开关频率低、运行速度快,针对牵引状态下电机电流谐波含量大、转矩脉动大、定子发热等问题,研究了电力机车在整个运行速度范围内的调制策略。提出了电力机车调制方式由异步调制切换至同步SHEPWM调制然后再到最大电压利用区(方波调制)的策略。理论上分析推导了减小切换电流畸变的方案,针对该策略和方案进行了仿真研究并在异步电机小功率实验平台上进行了实验验证。仿真和实验结果表明,所提出的调制策略可以作为电力机车全速度范围调制策略,切换方案能够减小电流谐波含量,提高电压利用率,使电力机车在全速度范围内平稳运行。

基于SHEPWM的多模式调制切换算法

为了抑制切换过程电流和转矩冲击,提出了一种基于特定次谐波消除脉宽调制(SHEPWM)的多模式调制平滑切换算法.根据SHEPWM算法的基本原理分析了相电压波形谐波分布情况;基于异步电机等效电路模型得到不同开关角个数下各次电流谐波幅值和调制度的关系;将切换过程抽象为电流基波及各次谐波的一阶暂态响应过程,建立了切换过程的数学模型,从电路原理的角度分析了切换冲击的产生机理;基于RT-LAB半实物实验平台对两种切换算法进行了硬件在环半实物试验对比.研究结果表明:谐波幅值突变是造成转矩冲击的原因,在相电压基波相位π/2和3π/2处切换谐波电流幅值不发生变化,相电流可以平滑过渡;三相无法同时满足相位为π/2或3π/2的条件,因此分别在相电压基波相位π/2和3π/2处切换,切换过程电流和转矩冲击得到有效抑制.

五电平逆变器双波段SHEPWM控制方法研究

将能拓宽多电平逆变器调制比的SHEPWM方案与Walsh变换相结合,提出了一种五电平逆变器双波段SHEPWM控制方法;分析了傅里叶级数变换下的多电平多波段SHEPWM电压波形,归纳出了各波段模式下SHEPWM非线性方程组的一般形式;并利用Walsh变换将非线性方程组转换为易解的分段线性方程组,从而达到简化计算过程和拓宽调制比的目的。以五电平H桥级联逆变器为例,给出了A,B波段模式下的Walsh函数分段线性方程组,并通过实验验证了五电平逆变器双波段SHEPWM控制方法的正确性及可行性,为实现SHEPWM控制技术的在线运算及实时控制奠定了基础。

移相与SHEPWM结合控制的级联型混合非对称三相变流器

提出了一种由二极管钳位型三相三电平逆变模块与单相H桥逆变模块级联、采用移相与特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)结合控制的级联型混合非对称三相变流器。该变流器在逆变模块间使用移相控制消除低频谐波,各逆变模块使用SHEPWM技术进一步消除输出低频谐波,可以实现低开关频率的大功率变流。分析了输出电压谐波特性以及逆变模块间的功率分配和损耗。该变流器具有电路结构简洁、隔离变压器容量小和开关频率低的特点,输出电压在宽调制比范围内均有较低的低次谐波含量和总谐波失真(THD)。原理样机的实验结果表明了理论分析的正确性。

消谐法SHEPWM的谐波影响数值分析

为了研究特定谐波消除脉宽调制技术(SHEPWM)的谐波影响,采用数值法计算了SHEPWM线电压波形特征及全电压范围的谐波分布、THD、转矩脉动。并与不对称规则采样正弦波脉宽调制(SPWM)进行了数值对比。结果表明,相同开关频率下,在M>0.54区间,SHEPWM的转矩与转速脉动优于SPWM的对应值;而在M<0.54区间,SHEPWM不具有优势。在M∈[0,1]区间,SPWM的THD优于SHEPWM。因此,不同PWM的转矩脉动比值与相应的THD比值之间不具有对应关系。所得结果为客观评估SHEPWM技术性能及其谐波影响提供了新依据。

提高机车牵引电机动态性能的同步SHEPWM调制方法

为了提高电力机车牵引电机控制及调制方法下的动态性能。提出了一种同步SHEPWM调制方法下提高动态性能的新方法,该方法将提前计算好开关角存储在控制器中,随着调制度的增加开关角改变,新的开关角是通过多段、微距线性插值的方式得到的,这样得到的开关角度更加精确。同时,基波频率变化时载波频率也随着变化,保证载波比为6的倍数,采用15分频的方式来得到载波频率,能保证稳态下SHEPWM脉冲正负半波对称和1/4周期对称。提出的由SHEPWM 7切换至SHEPWM 5、SHEPWM 3,然后由SHEPWM 1到方波的调制方式,可以增加系统的切换性能。在电机小功率平台上进行了实验,实验结果表明了该方法的可行性、整个动态过程效果明显、各调制方式之间切换平滑、能够自然过渡到6脉波模式。该方法可以作为机车牵引调制策略。

用开关点预置SHEPWM控制方案实现变换器调压

开关点预置最优正弦脉宽调制方案是以预设的最优开关点进行控制，具有总谐波含量小等优点，但缺点是开关点固定，控制不够灵活。基于DSP的数字变换器，采用开关点预置SHEPWM控制策略，并结合最优SPWM，可以实现变换器在线控制调压，由于采用了软件控制的变换器调压方案，电路较为简单。论述了SHEPWM的原理和求解方法，并对其进行了系统仿真验证。

基于改进粒子群优化算法的可控发射电流频率SHEPWM控制方法

针对传统方法控制的发射电流频率间隔固定、频域不完全可控的问题,为提高频率域电磁测深效率,提出一种基于改进粒子群优化算法的可控发射电流频率的选择性谐波消除脉宽调制(SHEPWM)控制方法.先根据勘探目标计算出期望的频谱,再根据发射电流的时频域特性建立半周期镜像对称SHEPWM非线性方程组,最后采用改进粒子群优化算法对非线性方程组求解,得到对应的开关时刻序列,由开关时刻序列控制发射系统逆变器,即可输出探测所需的发射电流.当勘探特定深度目标时,发射系统可输出最优的发射电流,进而提高纵向分辨率.

三电平NPC逆变器的一种空间分区矢量提取的SHEPWM调制策略

深入分析基本空间矢量SV与特定谐波消去SHEPWM之间的内在联系,提出三电平NPC逆变器的一种基于空间分区矢量提取的SHEPWM调制策略,推导出空间电压矢量PWM的三相等效调制波规则采样的开关角矩阵,得出基本空间矢量SV的选用与规则采样的运算关系以及SHEPWM的脉冲状态由基本SV组成的矢量序列特殊解。在此基础上,在三电平NPC逆变器的矢量空间六边形所分区的两电平六边形中,研究SHEPWM脉冲序列的空间电压矢量组成的扇区分布,并提取相应的基本SV,求解作用时间。SHEPWM的脉冲状态由空间分区提取的基本SV矢量序列运算合成而实现,避开了其开关角非线性超越方程组的求解,并具有同样的消谐效果且便于实现。

三电平逆变器SHEPWM的一种空间电压矢量合成算法

三电平逆变器的特定谐波消去脉冲宽度调制(SHEPWM)的开关角难于实时求解,而两电平的SHEPWM调制可由基本空间矢量SV组成的矢量序列实现。在三电平的空间矢量六边形所分解的两电平小六边形中,得出三电平SHEPWM所需的基本SV矢量切换状态表,推导基本SV矢量的作用时间,形成矢量序列,实现了三电平逆变器SHEPWM的一种电压矢量合成新算法,该算法中的开关角可通过基本SV矢量运算而直接生成且易于快速实现。

混沌蚁群算法在三电平逆变器SHEPWM策略中的应用

特定谐波消除脉宽调制法作为多电平逆变器的常用调制手段,其难点在于开关角度的准确求取。在分析传统求解方法弊端的基础上引入混沌蚁群智能算法,实现该调制算法开关角度的在线实时求取。并对混沌蚁群算法进行优化,通过引入懒蚂蚁思想,有效防止算法停滞;同时利用变尺度混沌算法的搜索原理进一步准确地求取全局最优解,保证开关角度的精度,减小线电压谐波含量。并利用Matlab对该系统进行仿真,结果显示线电压的畸变率小于传统的SHEPWM方法,充分表明了该方法的有效性。

基于SHEPWM阶段控制的航空电磁发射波形研究

为保证低开关频率条件下发射电流质量,提出半周期镜像对称选择性谐波消除脉冲宽度调制(SHEPWM)阶段控制策略来平衡发射电流质量与开关损耗。基于发射电流及发射线圈阻感负载的时频域信息,建立半周期镜像对称SHEPWM阶段控制非线性超越方程组,利用神经网络递归算法求解出对应交变梯形波电流的开关时刻序列。仿真和实验验证表明:半周期镜像对称SHEPWM阶段控制策略在保证发射波形质量及探测精度的前提下,能有效降低开关损耗。

基于SHEPWM的六相感应电动机谐波抑制

针对双Y移30°绕组结构的六相感应电动机中存在的主要脉动转矩,基于特定谐波(SHE)的PWM技术,提出了一种新的脉动转矩谐波抑制方法。首先,对双Y移30°绕组与更高级的4Y移15°绕组的矢量谐波进行比较;然后,将所得差矢量的谐波进行等效变换;最后,获得控制开关的PWM波形。仿真结果表明:该方法能有选择地降低11、13次谐波电流,从而在尽可能低的开关频率下,对12倍基频的脉动转矩进行有效的抑制。

改进粒子群算法的SHEPWM开关角计算方法研究

针对多电平逆变器消除特定谐波中多变量非线性方程组难于获得精确解的问题,以十一电平逆变器为例,建立特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)目标方程,采用改进粒子群优化算法(PSO)求解目标方程,选取非线性时变权重,以平衡算法局部搜索与全局搜索,变异影响全局最优解的随机数,避免算法后期陷入局部最优解。通过Matlab/Simulink试验对改进的粒子群算法、标准粒子群算法与SPWM方法进行比较分析,并得到M=0.85时,改进粒子群的THD%最大降落幅度与SPWM低8.03%;M=0.095时,改进粒子群与标准粒子群相比,THD%降幅最大为33.1%,验证了改进PSO方法能够精确求解SHEPWM方程组。

基于SHEPWM的多模式调制切换策略研究

以大功率电力机车牵引传动系统为背景,针对其逆变器开关频率最大值较低的特点,采用一种基于SHEPWM的多模式调制策略以实现牵引电机在速度全程范围的平滑运行。在综合考虑SHEPWM的实现方法、分析输出电压的谐波成分及电流特性的基础上,对不同调制方式间或相同调制方式的不同载波比之间的切换策略进行深入研究,提出一种基于SHEPWM的三相电压同时切换策略,使控制牵引电机切换的算法显著简化。最后,通过仿真和实验验证切换策略。

低开关频率下SHEPWM和SVPWM同步调制策略比较研究

在大功率牵引传动系统中,由于受到开关损耗和散热条件等限制,逆变器最高开关频率通常比较低,只有几百赫兹,因此在高速运行区需要采用同步调制技术。针对铁路系统大功率低开关频率的特点,本文对SHEPWM和SVPWM两种同步调制技术的基本原理进行了深入的分析与研究,总结了SHEPWM开关角的计算方法,介绍了五种常用的SVPWM同步调制策略。为了直观地比较SHEPWM和SVPWM的整体性能,本文从磁链轨迹、线电压谐波分布、线电压谐波畸变因数以及DSP数字化实现的难易程度等几个方面对两种调制方法进行了详细的对比分析,得出当载波比较高时(通常载波比不小于7),SHEPWM整体谐波性能较好,而当载波比较低时,SVPWM具有更大谐波优势;同时SVPWM具有算法简单,更易于数字化实现等优点。