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基于SA-PSO算法的七电平逆变器shepwm技术研究

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基于SA-PSO算法的七电平逆变器SHEPWM技术研究

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

基于SA-PSO算法的多电平逆变器半周期对称shepwm技术

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变频器世界 2021年第5期 63-67页

作者：张乐天王英大连交通大学电气信息工程学院

针对逆变器输出波形半周期对称需求,分别建立逆变波形半周期奇对称和半周期镜对称两种情况下的shepwm技术数学模型,并通过MATLAB/Sirnulink仿真平台搭建级联H桥型7电平逆变电路,控制方法采用shepwm技术,寻优算法采用SA-PSO算法,通过仿... 详细信息

针对逆变器输出波形半周期对称需求,分别建立逆变波形半周期奇对称和半周期镜对称两种情况下的shepwm技术数学模型,并通过MATLAB/Sirnulink仿真平台搭建级联H桥型7电平逆变电路,控制方法采用shepwm技术,寻优算法采用SA-PSO算法,通过仿真分析,可知逆变波形半周期镜对称条件下,逆变器输出线电压THD值更低,且不含偶次谐波,因此成为半周期对称shepwm技术更为理想的波形设定。

关键词：多电平逆变器 shepwm技术 SA-PSO算法半周期对称 MATLAB/Simulink

基于智能算法的多电平逆变器特定谐波消除控制技术研究

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基于智能算法的多电平逆变器特定谐波消除控制技术研究

作者：黄凯峰华东交通大学

学位级别：硕士

多电平逆变器由于输出容量大、开关频率低、输出电压波形质量好及功率因素高等优点,在中高压、大功率的电机调速和电力系统中受到了越来越多的关注。在多电平逆变器调制方法中,shepwm具有控制简单、波形质量高,能对谐波进行选择性的消... 详细信息

多电平逆变器由于输出容量大、开关频率低、输出电压波形质量好及功率因素高等优点,在中高压、大功率的电机调速和电力系统中受到了越来越多的关注。在多电平逆变器调制方法中,shepwm具有控制简单、波形质量高,能对谐波进行选择性的消除的优点,因此本文针对多电平逆变器shepwm技术做了相关研究,本文的主要内容和创新点如下:针对shepwm非线性方程组的求解问题,本文分别采用基于惯性权重动态的PSO和基于实数编码的GASA对其进行求解,它们均弥补了传统数值解法对初值依赖性较大的缺点,且前者克服了传统PSO易陷入局部最优的缺点,迭代次数大大减少,惯性权重的动态变化有效平衡了算法的寻优性能和收敛速度;后者充分利用了GA的全局寻优性能和SA的局部寻优性能,可更加有效、精确的收敛于最优解,并以实数编码保存个体来提高计算精度。以H桥级联型多电平逆变器为研究对象,建立阶梯波调制下的shepwm消谐策略和shepwm功率均衡策略,提出在输出相电压波形满足1/4周期对称前提下,改变各H桥输出单元的电压波形以达到H桥功率均衡,对比仿真结果比较可得,shepwm功率均衡策略可以在减少消谐方程的基础上达到功率均衡。针对级联型多电平逆变器输出侧低次谐波含量较多问题,在shepwm控制技术的基础上,结合移相调制,对H桥模块的输出电压幅值和输出电压相位进行综合控制,通过3个开关角度的计算即可消除大量低次谐波,输出线电压的最低次谐波为23次,显著提高了波形的质量。根据上述智能算法的求解结果,绘制相应开关角度轨迹曲线,利用Matlab/Simulink软件搭建多电平逆变器仿真平台,对电压波形和频谱进行仿真验证,证明相应控制策略的可行性和算法求解开关角度的正确性。

关键词： shepwm技术粒子群算法遗传模拟退火算法功率均衡移相控制

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抽油机混合PWM变频调速节能技术的研究

化工自动化及仪表 2017年第10期44卷 921-924页

作者：曹雪付光杰赵子明林雨晴乔永娜东北石油大学电气信息工程学院国网鹤岗供电公司上海电科船用电气事业部

介绍三电平SVPWM技术和shepwm技术的原理,并结合SVPWM和shepwm的优点提出了混合PWM变频调速节能技术。在抽油机用三相异步电动机实验平台上进行了实验验证,结果表明:混合PWM变频调速节能技术可有效降低能耗,能在实现电动机平稳启动的同... 详细信息

介绍三电平SVPWM技术和shepwm技术的原理,并结合SVPWM和shepwm的优点提出了混合PWM变频调速节能技术。在抽油机用三相异步电动机实验平台上进行了实验验证,结果表明:混合PWM变频调速节能技术可有效降低能耗,能在实现电动机平稳启动的同时提高转速的稳态精度。

关键词：混合调制技术抽油机 SVPWM技术 shepwm技术节能

五电平逆变器双波段shepwm控制方法研究

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工矿自动化 2014年第11期40卷 55-60页

作者：叶满园蔡鸿黎冰李宋华东交通大学电气与电子工程学院江西南昌330013

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... 详细信息

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。

关键词：五电平逆变器 shepwm技术多波段调制 Walsh变换

新型九电平逆变器APSO-GA特定谐波消除方法研究

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新型九电平逆变器APSO-GA特定谐波消除方法研究

作者：沈昭辉辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

随着电力电子技术和器件的不断更新与发展,多电平逆变器的应用范围逐渐由低压扩展到中高压领域,因其开关频率低、输出电压谐波含量少、单管所受应力小等优点,在高压大功率电机和电力系统等场合得到研究人员的青睐。但同时,多电平逆变器... 详细信息

随着电力电子技术和器件的不断更新与发展,多电平逆变器的应用范围逐渐由低压扩展到中高压领域,因其开关频率低、输出电压谐波含量少、单管所受应力小等优点,在高压大功率电机和电力系统等场合得到研究人员的青睐。但同时,多电平逆变器所带来的谐波污染也应值得关注,因此对多电平逆变器谐波消除的研究具有重要意义。首先,对三种典型的多电平逆变器拓扑结构以及新型MPUC拓扑结构进行了分析。新型MPUC拓扑同时具有飞跨电容型和级联H桥的优点,且在输出相同电平的情况下,结构更简单,功率开关器件少,且输出电压稳定,因此文章的研究对象选为单相九电平MPUC逆变器。在各种调制策略中,特定次谐波消除(Selective Harmonic Elimination Pulse Width Modulation,shepwm)技术因其开关损耗小且能获得较高的直流电压利用率的优势,被广泛地运用。其次,针对shepwm非线性超越方程组的求解难题,分析对比了三类常用求解方法:数值方法、代数方法、智能算法。其中,智能算法具有无需初值且计算相对简单等优点,因此常被用来求解非线性超越方程组。提出一种新型九电平逆变器异步粒子群优化-遗传算法(Asynchronous Particle Swarm Optimization-Genetic Algorithm,APSO-GA)特定次谐波消除方法,该算法利用APSO算法执行全局搜索,并应用GA算法进行局部细化以发现最佳解决方案周围的局部最小值,在达到全局最小值的概率、处理局部最小值和精确性等方面具有明显优势。最后,在Matlab/Simulink里搭建了单相九电平MPUC逆变器的仿真模型,验证了所用算法的有效性。并搭建了以32位DSP(TMS320F28335)为核心的单相九电平MPUC逆变器实验平台,证明所用算法的可行性。本论文含图51幅,表6个,参考文献68篇。

关键词：单相九电平MPUC逆变器 shepwm技术非线性超越方程组开关角求解 APSO-GA算法

基于Walsh变换的感应耐压试验电源的设计与实现

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基于Walsh变换的感应耐压试验电源的设计与实现

作者：黄智宏上海交通大学

学位级别：硕士

随着电气设备的使用、安装、检修等过程中的安全性检测越来越受到社会的重视,局部放电试验应用范围越来越广。由于能检测绝缘中微小缺陷,局部放电试验不仅可以对设备的绝缘情况有一个清晰的了解,同时还能发现安全隐患,确定绝缘故障的原... 详细信息

随着电气设备的使用、安装、检修等过程中的安全性检测越来越受到社会的重视,局部放电试验应用范围越来越广。由于能检测绝缘中微小缺陷,局部放电试验不仅可以对设备的绝缘情况有一个清晰的了解,同时还能发现安全隐患,确定绝缘故障的原因及其严重程度,因此是电力设备制造和运行中的一项重要预防性试验。变压器局部放电试验是一种感应耐压试验,随着其应用场合越来越广泛,对试验电源的便捷、节能、环保等要求也越来越明显。采用变频电源作为试验电源,符合电源小型化的趋势。本研究设计了一种基于特定谐波消除脉宽调制方法（Selected harmonic elimination pulse width modulation, shepwm）变频试验电源,并且将其应用到感应耐压试验中去。文中详细阐述了shepwm理论及特点,并对目前存在的3种主要算法结合感应耐压试验进行了研究对比,提出Walsh算法的优越性。本文研究了Walsh理论进行了介绍并给出了算法实现的详细过程,通过该算法可以将求解非线性超越方程组转化成求解线性代数方程组,实现了特定谐波消除技术在实时控制场合中的应用。本研究软件仿真配置shepwm变频电源的感应耐压试验主回路,证明shepwm变频电源不会通过主回路干扰试验结果。在仿真之后,本研究基于LM3S1138芯片搭建出了2KW的变频试验电源,并建立模拟变压器感应耐压试验平台,通过试验证明了shepwm电源的可行性。最后进行了误差分析并根据误差分析结果改进变频电源控制算法,进一步降低了其沿主回路传递的干扰,提高了变频电源的性能。

关键词：感应耐压试验变频电源 shepwm技术 Walsh算法

基于遗传学习人工蜂群算法的级联多电平逆变器shepwm研究

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基于遗传学习人工蜂群算法的级联多电平逆变器SHEPWM研究

作者：陈施齐大连交通大学

学位级别：硕士

随着功率器件的发展,多电平逆变器因其具有高压大容量、低谐波含量、低电磁干扰、低单管应力、高功率因数等优点,被广泛应用于中高压大功率的电机调速和电力系统等领域。特定谐波消除(Selective Harmonic Elimination Pulse Width Modul... 详细信息

随着功率器件的发展,多电平逆变器因其具有高压大容量、低谐波含量、低电磁干扰、低单管应力、高功率因数等优点,被广泛应用于中高压大功率的电机调速和电力系统等领域。特定谐波消除(Selective Harmonic Elimination Pulse Width Modulation,shepwm)技术作为一种常用的多电平逆变器调制方法,具有精准的谐波消除能力,可以实现低开关频率、低损耗、高效率的优化输出,各种智能算法成为求解shepwm非线性超越方程组的有效手段。本文在介绍经典多电平逆变器拓扑结构及其调制方法的基础上,以级联H桥型七电平逆变器为控制对象,研究shepwm技术的实现。建立1/4周期对称的多电平逆变器shepwm技术数学模型,对于shepwm非线性超越方程组的求解问题,比较作为传统数值算法的牛顿迭代法、同伦算法和智能算法中原理简单、求解效率高的人工蜂群算法的求解效果。结果表明,牛顿迭代法对初始值依赖性很强,而同伦算法的精度不够,经同伦算法修正的牛顿迭代法具有较强的收敛能力,求解精度也有所提高,但仍达不到人工蜂群算法的求解效率。将遗传学习算法引入到人工蜂群算法的侦察蜂阶段,侦察蜂阶段被抛弃的蜜源将由遗传学习算法构建的新蜜源代替,用改进的遗传学习人工蜂群算法解决shepwm方程组问题。将同伦算法优化牛顿迭代法、人工蜂群算法和遗传学习人工蜂群算法分别应用于级联H桥型七电平逆变器进行仿真分析并比较谐波消除效果,可知遗传学习人工蜂群算法在保持人工蜂群算法原理简单、探索能力强的基础上,消除了特定的谐波分量,提高了计算速度和精度。针对多电平逆变器相电压输出波形1/2周期对称的shepwm技术,分别采用1/2周期奇对称和1/2周期镜对称两种方案,构建shepwm技术数学模型,利用遗传学习人工蜂群算法分别求解对应的shepwm方程组并分析解的特性,在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建模型并研究两种波形对称方案下的shepwm问题。仿真结果表明,在1/2周期奇对称和1/2周期镜对称两种波形对称方案下,特定谐波的消除效果较好,符合理论预期,可以根据实际需求灵活选择两种1/2周期波形对称方案。

关键词：多电平逆变器 shepwm技术非线性超越方程组遗传学习人工蜂群算法 1/2周期对称

五电平MPUC逆变器双波段线性求解特定谐波消除方法研究

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五电平MPUC逆变器双波段线性求解特定谐波消除方法研究

作者：苑朝鸣辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

多电平逆变器可以输出较好的正弦电压波形,较低的谐波含量,对电力电子器件的耐压要求更低,在电机驱动、光伏发电、直流输电等领域中被广泛应用。文章以三相五电平U型封装逆变器(Modified Packed U-Cells,MPUC)为研究对象,进行特定次谐... 详细信息

多电平逆变器可以输出较好的正弦电压波形,较低的谐波含量,对电力电子器件的耐压要求更低,在电机驱动、光伏发电、直流输电等领域中被广泛应用。文章以三相五电平U型封装逆变器(Modified Packed U-Cells,MPUC)为研究对象,进行特定次谐波消除脉宽调制策略(Selective Harmonic Elimination Pulse Width Modulation,shepwm)方法的研究。首先,介绍了传统的多电平逆变器和五电平MPUC逆变器的拓扑结构和控制方法,并将MPUC逆变器与传统多电平逆变器进行比较分析。对比显示MPUC逆变器在输出相同电平的情况下使用的功率开关器件更少。其次,分析了传统shepwm求解方法的优点和缺点,并对线性求解的牛顿迭代法(Newton Iteration Method)和非线性求解的粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法存在的问题进行仿真验证。针对传统求解方法存在的问题,提出了一种五电平MPUC逆变器双波段线性求解方法。该方法首先将五电平MPUC逆变器进行单元分割建立输出功率平衡的双波段调制策略拓展调制度,其次利用三角函数公式变换shepwm的非线性方程组,之后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,得到调制度在[0,1.15]的精确解。然后,在全调制度下将新方法与牛顿迭代法和PSO算法进行对比。与PSO算法相比,该方法具有不存在局部最优解、在低调制度下具有更好的总谐波畸变率(Total Harmonic Distortion,THD)值;与牛顿迭代法相比,该方法在各个调制度下的THD值较小、基波更精确、求解过程不依赖初值;此外,该方法推导出的线性方程组计算简单,方便后期编程和数字实现,为shepwm在线求解提供了可能。最后,通过仿真和搭建五电平MPUC逆变器实验平台验证了新方法的有效性和可行性。该论文含有49幅,表11个,参考文献67篇。

关键词：五电平MPUC逆变器 shepwm技术非线性方程组双波段调制策略牛顿迭代法 PSO算法