多电平逆变器特定谐波消除脉宽调制方法的初值问题研究

特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)方法,通过开关时刻的优化选择,消除选定的低频次谐波,具有波形质量、效率、直流电压利用率都高、直流侧滤波器尺寸小等一系列优点,所以受到人们的普遍关注。该文提出一种基于面积相等和注入零序谐波相结合的非线性方程组的初值求取的方法,简化了多电平逆变器SHEPWM非线性方程组初值的求取方法,显著提高了初值的有效性,根据一个调制度数值和谐波消除目标确定的初值,往往适用于同样谐波消除目标下、调制度在该值附近的一个范围内的所有SHEPWM非线性方程组,并且较大加快了求解非线性方程组的迭代过程的收敛速度;以五电平电压源逆变器为例,采用电力电子专用仿真软件POWERSIM6,对非线性方程组的数值解进行了仿真研究,结果证实了所提初值求取方法的有效性和实用性。

特定次谐波消除调制方式的谐波特性分析

在电力机车牵引传动系统中,受到最高开关频率以及输出电压、电流谐波性能的限制,无论是牵引逆变器还是辅助逆变器都广泛地采用特定次谐波消除调制方式(SHEPWM),以消除低次谐波。本文中对不同开关角分布下的SHEPWM在消除低次谐波后,高次电压谐波幅值随调制比的变化规律进行了分析,并以异步电机为例,对感性负载条件下的电流谐波以及引起的转矩脉动等都进行了详细的量化研究,从而可以更加准确地衡量SHEPWM的性能指标,并对相关采用SHEPWM的应用领域中滤波器的设计等问题提供参考依据。

基于捕食策略遗传算法的3电平中点箝位型逆变器特定谐波消除脉宽调制技术

基于遗传算法(GA)的特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)技术存在易早熟、易收敛于局部最优解等问题,影响了开关角度解的精确度。为此,提出了基于改进遗传算法的3电平SHEPWM控制技术。该方法通过采用捕食策略遗传算法(PSGA)对3电平SHEPWM方程组进行求解,解决了传统数值算法对初值的依赖性、标准遗传算法易早熟等问题,同时该方法可拓展到更多电平的SHEPWM方程组求解中。以1/4周期3角度SHEPWM方程组为例,给出了各个调制度下的开关角度轨迹,同时给出了较高调制度下的另1组可行解。算例结果验证了该方法的正确性。

五电平逆变器特定谐波消除脉宽调制方法

为了提高非线性方程组的求解速度,提出了一种基于"冲量相等、重心重合"原则和直接数值计算的非线性方程组初值求取方法。以12个开关切换点为例,主要研究了五电平逆变器SHEPWM非线性方程组在调制比从1.15到0.01的全范围变化时的求解方法,对每一个M值给出了至少一组数值解。求解过程证明所提初值方法是有效的。论文讨论了随着M值从大到小变化,SHEPWM问题的解及其代表的波形的变化趋势。对选取的典型数值解进行了仿真和实验研究,结果证明所得数值解能够实现基波控制目标并有效消除选定的低频次谐波。

链式多电平变换器特定谐波消除脉宽调制方法研究

链式多电平变换器调制方法中,特定谐波消除脉宽调制SHEPWM(SelectedHarmonicElimi-nationPulseWidthModulation)具有输出波形质量高、消除谐波效果好、直流电压利用率高等优点。研究了链式多电平变换器的SHEPWM技术,针对其1/4周期对称的阶梯波形,给出了一种每个H桥开关频率相同的控制方法,同时列出了该方法下的链式多电平变换器的SHEPWM通用非线性超越方程组,重点提出了利用单个H桥的开关角度叠加求取初值的方法。以5电平链式多电平变换器为例,通过Matlab仿真证明了结论的正确性。

一种新的多电平逆变器特定谐波消除脉宽调制方法

基于多电平逆变器特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)方法的波形对称方案,提出了一种新的多电平逆变器半周期对称波形SHEPWM方法,可以求取许多现有方法不能求得的数值解,具有通用性强、形式简单、波形灵活、易于编程、解的空间大等优点.以五电平逆变器为例,取半个周期内20个开关切换点,对调制比为0.8时的非线性方程组进行求解,求取了12组数值解,抽取其中2组进行仿真和实验研究,证明了所提SHEPWM方法的有效性和实用性.

两类多电平逆变器多波段特定谐波消除脉宽调制求解算法的比较

针对目前缺乏对特定谐波消除脉宽调制求解算法的非线性求解法和线性求解法应用于同一种逆变器电平拓扑进行研究的问题,针对级联型多电平逆变器建立了基于同伦算法的非线性求解方程和基于Walsh函数的线性求解模型,在多种拓扑条件下对比了两种算法求得的开关角轨迹、求解上限及消谐效果,分析了多波段调制模式下各算法初始求解条件的设置,得出了同伦算法和Walsh函数的求解特点、优劣性及在不同控制条件下的适用性,并提出将2种算法应用于同一种逆变器电平拓扑时可减小求解工作量,提高控制灵活性。

高速磁悬浮牵引系统大功率三电平整流器特定谐波消除脉宽调制策略

高速磁悬浮列车牵引供电系统采用大功率背靠背三电平有源中点钳位(ANPC)变流器。为在低开关频率下降低网侧电流谐波,基于三相静止坐标系的线性扩张状态观测器(LESO)和比例谐振(PR)控制,提出一种适用于大功率三电平整流器的特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)策略,并设计相应的死区补偿方法。高速磁悬浮列车在运行过程中,定子段换步会造成逆变侧负载剧烈变化,从而引起网侧电流的大幅度改变。考虑到SHEPWM动态性能较差,提出一种在换步阶段对离线计算的开关角进行在线修正的方法,可提高基于SHEPWM整流器闭环控制的动态调节能力。最后,利用背靠背三电平ANPC变流器实验平台进行实验,验证了SHEPWM提高网侧电流质量的优越性以及所提策略提高SHEPWM闭环控制动态性能的有效性。

三电平双模块并联协同特定谐波消除脉宽调制

针对中压大功率并网变流器开关频率低、并网电流谐波大等问题,提出适于中性点钳位型(NPC)三电平双模块并联网侧变流器特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)分频段协同控制策略.通过在低频段控制双模块各自输出谐波为零,在高频段控制并网双模块输出总的谐波为零,有效地提高双模块并联系统电流谐波性能.为了抑制器件死区引起的并网电流中5次、7次谐波,引入频率自适应广义积分控制器.该控制器在离散域直接设计参数,避免数字化过程导致控制器性能偏差.仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性、优越性.

级联多电平逆变器帝国竞争特定谐波消除方法

为了解决级联型多电平逆变器SHEPWM的开关角度问题,采用了求解级联H桥七电平逆变器SHEPWM非线性方程组的帝国竞争算法。克服了传统数值方法依赖初值的缺点,和遗传算法相比具有更高的精度和更快的收敛速度,并且以较高的概率收敛到全局最优。利用DSP TMS320F2812构建实验平台进行研究,验证了帝国竞争算法求解的正确性。

DC-DC变换器随机脉宽调制选择性谐波消除方法

针对高频DC-DC变换器在矿用电机车等领域产生电磁干扰和电磁振动等问题,采用DC-DC变换器随机脉宽调制(Random Pulse Width Modulation,RPWM)选择性电压谐波消除方法有选择性地消除危害性较大的特定次谐波.分析DC-DC变换器选择性电压谐波消除机理,推导随机PWM选择性消谐通用计算公式,从而选择性地消除特定频率及其整数倍频率下的谐波噪声功率.研究结果表明:与传统RPWM和定开关频率PWM方式相比,RPWM选择性电压谐波消除方法能够显著降低特定频率处的谐波噪声功率,将开关频率及其整数倍处集中分布的谐波比较均匀地分布在选定频率范围内.

基于FPGA的特定次谐波消除PWM脉冲生成方法

针对大功率电力机车牵引系统中IGBT开关频率低的特点,本文对特定次谐波消除(selected harmonics elimination,SHE)PWM算法展开理论分析和开关角求解,并分别对开关角分布范围为0~60°和0~90°的两组解进行谐波性能对比分析。在此基础上,探讨了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)实现SHEPWM脉冲生成的方法,并分别通过ISE/ModelSim仿真和硬件实验验证本文设计的PWM脉冲生成方法的有效性。

基于特定谐波消除PWM的三电平有源中点钳位逆变器共模电压抑制方法

带电机负载的逆变系统中,降低逆变器输出共模电压的幅值对预防定子绕组绝缘击穿、延长轴承寿命和减小电磁干扰等具有重要意义。以三相三电平有源中点钳位型逆变器为研究对象,分析了三相特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)输出开关状态产生的共模电压幅值及其对中点电压的影响,研究了SHEPWM方法的中点电压自平衡特性,提出了一种改进的SHEPWM控制策略。该控制策略在不影响消除线电压特定谐波及保持中点电压自平衡特性的前提下,能有效降低逆变器输出的共模电压幅值。最后搭建了三电平有源中点钳位型逆变器仿真和实验平台,并对提出的控制策略进行验证,实验结果证明了控制策略的有效性。

基于DSP在线实现特定谐波消除技术的2种方法

在数字信号处理器中分别用线性插值法和牛顿迭代法实现了特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)技术开关角度的在线计算。首先,利用三角函数倍角关系将级联七电平逆变器SHEPWM消谐方程组转换为代数多项式方程组的形式;然后,利用数学软件MATLAB中的Solve函数对其进行求解得到了调制比区间[0.485,1.07]内的所有解,并绘制了开关角度随调制比变化的轨迹,分析了开关角度变化的特点。选取其中一组开关角度,分别用数据查表结合线性插值的方法和对开关角度进行一元线性拟合并用拟合方程求解的开关角度作为牛顿迭代的初值而后用牛顿迭代法计算开关角度的方法,实现了级联七电平逆变器SHEPWM开关角度的在线计算,对2种方法的特点进行了分析和比较。仿真和实验证明了利用Solve函数求解多项式方程组得到的开关角度解是正确的,所述2种方法是可行的。

逆变器系统的低次谐波段线性消除

根据特定谐波组消除脉宽调制的基本原理,将特定谐波组消除脉宽调制用于低次连续谐波段的线性消除。基于正弦脉宽调制在该应用中的相似性,建立了能消除特定谐波组的正弦脉宽调制的调制方法。进一步分析了特定谐波组消除脉宽调制与正弦脉宽调制的调制形式,以12n±1(n=1,2,3)次谐波的线性消除为例,研究了pn±1类低次不连续谐波段的线性消除方法,获得了线性消除12n±1(n=1,2,3)次谐波的脉宽调制形式。对所得结果进行数值仿真,证明了结果的正确性和有效性。

基于双脉宽调制方式的谐波抑制技术

针对谐波的产生会导致一些用电设备,特别是精密仪器出现工作故障、甚至损坏,提出了一种双脉宽调制方式,可以有效地抑制输出电流特定次谐波。分析了双脉宽调制方式的基本原理,给出了控制信号频谱的仿真比较结果,并对仿真与实验的数据分析,验证了该调制方式可以对直流电源的输出电流特定次谐波进行抑制。

基于随机牛顿法(SNM)的级联多电平逆变器特定谐波消除

特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)技术,通过计算最优的开关角度,在保证期望基波电压输出的同时有效消除选定的低次谐波,具有开关频率低、波形质量高等一系列优点。为了提高SHEPWM非线性方程组的求解可靠性和快速性,提出了将粒子群优化算法(PSO)与牛顿迭代法相结合的随机牛顿法(SNM),通过Matlab编程求解SHEPWM非线性方程组验证了SNM求解的可靠性和快速性。最后通过搭建单相7电平级联H桥逆变器和三相D型接线11电平级联H桥逆变器仿真实验系统,验证了SNM求解的开关角度能够实现基波控制目标并有效消除选定的低次谐波。

基于FPGA的逆变器特定谐波消除算法实现

介绍了特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)技术的基本原理,建立SHEPWM的数学模型,研究了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的脉冲生成方法及不同载波比之间的切换条件。最后通过仿真和实验分析验证了其可行性和有效性。

新型混沌粒子群算法的特定谐波消除控制技术

针对粒子群算法(PS0)在应用到逆变器的特定谐波消除控制技术中所存在的搜索能力差且易陷入局部最优等问题,提出一种新型混沌PS0,通过采用以凸函数形式变化的惯性参数和对学习因子取值的改进,及在搜索过程中引入自适应型的混沌序列来提高算法的全局搜索能力与局部精细搜索能力,由此提髙求解精度,改善特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)控制技术的性能。通过此算法对三电平中点箝位(NPC)逆变器的SHEPWM控制方程进行求解,解决了传统数值迭代算法对初值依赖性高及PS0求解准确性低等问题,通过此算法求出不同调制度范围的两组可行解,最后通过仿真及实验验证所提算法应用到SHEPWM控制技术中的有效性。

基于并联电流源光伏逆变器的特定谐波消除法

提出了一种适用于低开关频率并联电流源光伏逆变器的改进谐波控制策略。建立了并联电流源光伏逆变器模型,分析了影响并网点电流谐波的几个关键因素。针对传统指定谐波消除法(SHE)不能直接控制并网点谐波的局限性,对传统指定谐波消除法的波形约束条件和并联电流源协同控制条件进行修改,提出了极低开关频率下利用逆变桥输出特定电流谐波主动补偿并网点电流波形质量的改进控制方法。测试结果验证了所提方案可以有效改善并网电流谐波性能。