基于MPSO算法的特定谐波消除技术研究

目的对于级联H桥逆变器的调制,特定谐波消除技术具有开关损耗小,能够消除特定次谐波,变换效率高等优点,但传统粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)在求解消谐方程组时收敛性差,容易局部最优,提出一种改进的粒子群优化算法(Modified Particle Swarm Optimization,MPSO)。方法该算法用非线性惯性权重取代线性变化的惯性权重,并在非线性惯性权重引入混沌映射以产生随机性更好的随机量,新的惯性权重可权衡粒子的全局搜索和局部搜索能力,使粒子具有后期跳出局部最优的能力;另外,该算法优化了速度和位置的更新机制,以增强算法的收敛速度,并保证粒子在后期仍具有一定种群多样性优势。结果根据级联H桥型逆变器的非线性消谐方程组,在保证输出电压基波的前提下最大化降低目标次谐波,建立适应度函数,将MPSO算法应用于级联H桥型逆变器的SHEPWM,能够在1~1.2的调制度范围内得到优化的开关角,提高收敛精度和求解成功率。通过七电平CHB逆变器仿真平台验证了MPSO算法所求的优化开关角能够有效地消除5次、7次谐波。结论通过使用非线性惯性权重和优化粒子的速度和位置更新机制,可以增加开关角求解成功率,所得解可以有效地消除目标次谐波。

低开关频率下五电平逆变器双波段特定谐波消除方法

针对低开关频率下传统方法在求解多电平逆变器特定谐波消除(Selective harmonic elimination pulse width modulation,SHEPWM)的非线性方程组时存在初始值选取困难、非线性方程组转化复杂、容易得到局部最优解问题,提出一种新的求解方法。首先利用三角函数公式变换非线性方程组,其次通过设定约束条件将非线性方程组转化为线性方程组进行求解。以五电平U型逆变器(Modified packed U-cells,MPUC)为研究对象,将拓宽调制度的双波段SHEPWM控制方法与新方法结合得到调制度在[0,1.15]的精确解,并将新方法求解与智能算法求解进行对比。对比显示新方法在低调制度下具有更好的总谐波畸变率(Total harmonic distortion,THD)。最后以仿真和试验证明新方法可以有效消除五电平逆变器的五次谐波。

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。

三电平逆变器特定谐波消除脉宽调制方法的研究

特定谐波消除SHEPWM,通过开关时刻的优化选择,消除选定的低频次谐波,具有波形质量高、效率高、直流电压利用率高、直流侧滤波器尺寸小等一系列显著优点,所以受到人们的普遍关注。该文首先针对1/4周期对称的脉宽调制波形,研究了三电平SHEPWM非线性方程组的求法,提出了以三角载波法生成非线性方程组初值的方法,使得求解非线性方程组的速度明显加快;根据非线性方程组的数值解,用POWERSIM电力电子专用仿真软件对三电平SHEPWM进行了仿真研究; 用小功率MOSFET管构成二极管箝位三电平逆变器实验电路模型,以双DSP中压变频控制平台为控 制器,对三电平SHEPWM方法进行实验研究。仿真和实验结果证实了SHEPWM的谐波消除效果和SHEPWM方法所具有的一系列显著优点。

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。

基于特定谐波消除的并网锁相环技术

锁相环(phase-locked loop,PLL)技术的性能直接影响大规模并网系统的运行效果。为实现精确并网逆变控制,提出一种基于特定谐波消除(selective harmonic elimination,SHE)的锁相环技术。利用SHE能消除特定低次谐波的特性,将方波与SHE相结合,组成一种新颖的鉴相器;基于傅里叶分析,验证了该鉴相器的可行性。与常规PLL相比,该锁相技术大幅简化计算、便于数字化实现;且能保证在非理想电网环境下有效跟踪基波信号。Matlab仿真及DSP实验结果验证了该新颖锁相技术具有良好的动静态跟踪性能,且能同时适用于单相和三相并网系统。

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。

多电平逆变器特定谐波消除脉宽调制方法的仿真研究

研究了多电平SHEPWM技术,针对1/4周期对称的多电平PWM波或阶梯波形,给出了根据波形直接确定傅立叶系数和多电平SHEPWM非线性方程组的方法;采用三角载波SPWM方法确定非线性方程组的初值,保证和加速了非线性方程组迭代过程的收敛;以五电平为例,对多电平逆变器的SHEPWM方法,用POWERSIM专用仿真软件进行了仿真研究,结果证明:多电平SHEPWM非线性方程组形式和求解过程简单,易于收敛;根据非线性方程组求得的最终波形不受参考波形限制,能够根据调制比的变化而自动调整;当调制比小于一定值时,线电压所包含的电平数也会有所下降,以满足调制比变化和谐波消除的要求;直流母线电压利用率高;谐波消除效果非常理想, 输出波形质量高, 是多电平变换器的一种非常有效的控制策略。

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。

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。

特定谐波消除及优化脉宽调制单相整流器的研究

特定谐波消除(SHEPWM)及优化脉宽调制(OPTPWM)通过开关时刻的优化选择,具有输出波形谐波含量小、效率高、直流电压利用率高等优点。本文提出了在单相电压型PWM整流器中采用SHEPWM或OPTPWM调制策略,并与SPWM调制进行比较。首先对单相整流器SHEPWM、OPTPWM调制策略的原理及控制策略进行了分析,并通过50k V·A单相整流器进行仿真分析和实验验证。仿真和实验结果表明,采用SHEPWM或OPTPWM调制策略网侧输入电流总谐波畸变率、整流变压器绕组谐波损耗及铁心损耗都要低于SPWM调制策略。

四桥臂三相逆变器的特定谐波消除控制

提出了四桥臂三相逆变器的特定谐波消除控制(selected harmonic elimination,SHE)方案。传统的SHE思想利用傅里叶分析建立消除低次谐波的方程,在单相逆变器和三桥臂三相逆变器中得到较广的应用,该文将SHE思想扩展应用于四桥臂三相逆变器中。4个桥臂开关管的控制脉冲产生思路为:①逆变器的3个桥臂采用SHE技术消除6k±1次谐波(其中k为1、2、3…);②通过第四桥臂产生和其余3个桥臂产生的3k次谐波相抵消的低次谐波。此方法消除了四桥臂逆变桥产生的所有低次谐波,输出电压总谐波含量(ηTHD)小,开关频率低,适用于中大功率中高频输出的应用场合。采用本控制方法的四桥臂三相逆变器还具有不平衡负载下相电压不平衡度小、输入直流电压利用率高等优点。仿真研究和实验结果验证了理论分析结论。该文的拓展型SHE控制思想还可以扩展应用于M桥臂M-1相输出的场合。

单相特定谐波消除脉宽调制高频逆变器的死区补偿策略

由于死区时间的设置,开关管不能以理想时刻开断,导致逆变器输出波形发生畸变。为改善波形,需要进行死区补偿。以提前关断方式为例,深入分析高频逆变器在消除特定谐波脉冲宽度调制控制时,死区对特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)波的影响,给出了基波幅值和总谐波畸变率随死区时间的变化曲线。提出在正半周期内只对开关管S2和S3的触发脉冲设置死区,在负半周内只对S1和S4的触发脉冲设置死区的死区补偿策略,详细分析死区补偿阶段开关管及相应续流二极管的电流的工作状态。以功率MOSFET为例分析开关管的开通关断过程,并给出了死区时间设置的经验公式。最后,搭建仿真模型和硬件平台对所提死区补偿策略进行仿真和实验,结果表明该死区补偿策略有效缓解了由于死区所造成的波形畸变。

一种采用级联型多电平技术的IPT系统谐波消除与功率调节方法

传统的感应电能传输(inductive power transfer,IPT)系统采用单相全桥谐振逆变器,由于受到功率器件的容量限制,IPT系统的输出功率较低。为实现IPT系统大功率输出,构建了基于阶梯波移相合成方法的级联型多电平逆变器的IPT系统,并详细分析其工作原理和功率自平衡特性。在此基础上,建立谐波消除方程,得到移相角与脉宽的显式解,从而避免求解高次超越方程。在消除3次谐波的基础上,通过改变移相角与脉宽,不需增加DC-DC环节便能实现IPT系统输出功率的连续调节。仿真和实验验证了IPT系统的级联型逆变器输出功率为1.6 kW时,每个全桥单元的输出功率约为800 W,且级联逆变器的输出电压的3次谐波被完全消除,同时能连续调节IPT系统的功率。这种基于阶梯波移相合成方法的级联型多电平逆变器可望在大功率IPT系统中得到应用。

H桥级联型逆变器的迭代谐波消除方法

多电平逆变器在中高压变频器中有着广泛的运用,其中尤以H桥级联型逆变器运用最广。人们对阶梯电压波形中谐波的消除方法大多是在经过傅里叶变换后需要求解高次多变量多项式方程。为此,提出了一种不同的方法,它以等面积法和谐波注入为基础,利用该方法,不论有多少阶梯电压波形,都仅需解几个简单的方程和进行数次迭代就可以有效消除谐波。并以最多5个开关角阶梯电压波形为例,利用所提出的方法,对逆变器调制系数范围在0.1~0.99的变化可以取得很好的谐波消除效果。最后在H桥级联型逆变器上进行实验研究,实验结果验证了所提方法的可行性。

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。

基于Walsh变换的多电平逆变器谐波消除技术(英文)

将Walsh函数引入到多电平逆变器选择性消谐法(SHE)开关角的求解中。为此,在介绍Fourier-Walsh变换的基础上,得出了级联型多电平逆变器基于Walsh函数的消谐模型,并提出了一种快速求解消谐模型在基波幅值整个变化范围内开关角的全部解的方法。应用分析表明所提方法是可行的,级联型多电平逆变器开关角的解是关于基波幅值的分段线性方程。因此,所得的分段线性方程解决了逆变器SHEPWM技术在线求解开关角的难题。最后,多个算例的计算结果和实验结果证实了该方法的正确性。

基于Walsh变换的特定谐波消除脉宽调制技术在动态电压恢复器中的应用

基于Walsh变换的特定消谐PWM(selective harmonic elimination PWM,SHEPWM)方法把其对应的Fourier域内的超越非线性方程转化为线性代数方程,在合适的初始条件下,能得到基波幅值和开关角的分段线性关系,从而可实现在线调压和谐波抑制,特别适用于动态电压恢复器(dynamic voltage restorer,DVR)逆变器的控制。本文介绍了Walsh函数,分析了Walsh域SHE线性方程的建立和求解过程,提出了以质心PWM技术产生初始开关角分布模式的方法,有效提高了计算效率,并且针对SHEPWM脉冲的谐波分布特点,给出了逆变器的滤波器设计原则和方法。在200 kVA 级DVR上的实验结果表明,逆变器在整个电压范围内能有效抑制各次谐波并有良好的动态特性,证实了该方法的可行性和有效性。

基于沃尔什函数的逆变器选择性谐波消除技术开关角的快速求解

基于Walsh函数的逆变器选择性谐波消除(SHE)技术可以得到求解开关角的分段线性方程。然而,要获得基波幅值整个变化范围内开关角的全部解,需要大量搜索和确定各种开关角的区间组合,且随着开关角个数的增多,搜索时间较长,影响了实时性。为此,该文在分析基于Walsh函数的单极性PWM输出波形的数学模型的基础上,提出了一种快速求解基波幅值整个变化范围内开关角的全部解的方法。应用分析表明,该方法实际可行的、精度高、实时性强,从而使Walsh函数在逆变器选择性谐波消除实用化方面迈进了一步。

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。