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基于SA-PSO算法的七电平逆变器SHEPWM技术研究

基于SA-PSO算法的七电平逆变器SHEPWM技术研究

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作者：张乐天大连交通大学

学位级别：硕士

多电平逆变器因其输出波形总谐波失真(Total Harmonic Distortion,THD)较小、器件电压应力较低、系统电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)较低的优点,在高压大功率应用场合受到越来越多的关注,特定谐波消除脉宽调制(Selective H... 详细信息

多电平逆变器因其输出波形总谐波失真(Total Harmonic Distortion,THD)较小、器件电压应力较低、系统电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)较低的优点,在高压大功率应用场合受到越来越多的关注,特定谐波消除脉宽调制(Selective Harmonic Elimination Pulse Width Modulation,SHEPWM)技术具有精准的谐波消除能力,能够以低开关频率优化输出,广泛用于多电平逆变器的控制,各类智能算法则成为求解SHEPWM技术数学模型的有效手段。本文在介绍经典多电平逆变器拓扑结构及其控制策略的基础上,以级联七电平逆变器作为控制对象研究了SHEPWM技术的实现。建立1/4周期对称的SHEPWM技术消谐模型,对于消谐模型的求解问题,比较了传统数值算法中具有代表性的牛顿迭代法、同伦算法和智能算法中原理简单、求解效率高的粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)算法在求解非线性消谐方程组时的表现,并针对PSO算法和消谐模型自变量特点提出一种有效的自变量初始化方法。求解结果表明,牛顿迭代法对初值依赖性高,同伦算法精度不够,经同伦算法修正后的牛顿迭代法收敛能力强且精度得到提升,但仍然达不到粒子群算法的求解精度。为了进一步增强算法全局寻优能力并提高求解精度,引入模拟退火(Simulated Annealing,SA)算法,利用SA算法的概率突跳特性修正PSO算法的迭代进程,将优化得到的SA-PSO算法和PSO算法应用于级联七电平逆变器仿真分析,可知SA-PSO算法在保持PSO算法原理简单、收敛速度快的基础上,全局寻优能力和精度都有提高。针对多电平逆变器输出相电压1/2周期对称情况,建立了多电平逆变器半周期奇对称和半周期镜对称特定消谐技术的数学模型,针对两种对称模式下的消谐模型特点,利用SA-PSO算法求解消谐开关角,并应用于多电平逆变器半周期对称SHEPWM技术的仿真模型控制,仿真结果显示,逆变电压半周期奇对称和半周期镜对称下的消谐技术都能达到理想的消谐效果,逆变电压半周期镜对称情况下逆变器输出电压THD值略高,但想要消除的特定谐波残余量更低,且消谐方程组具有无穷多组解,谐波相位可控。实际应用中可以灵活选择逆变电压对称方式。

关键词：多电平逆变器 SHEPWM技术粒子群算法模拟退火算法逆变电压对称性

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