[发明专利]三电平逆变器SHEPWM调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多电平逆变器的调制方法，特别是一种三电平逆变器SHEPWM调制方法。

背景技术

智能电网和新能源的大力发展，使得脉宽调制控制的电力电子技术得到了大力的发展，在高电压大功率应用场合，受到器件本身散热的限制，功率器件的开关频率不能很高。而在这些场合，效率又尤其被看重，因此输出谐波又不能太大。所以一方面要降低单个器件的开关频率，另一方面又要降低整体输出的谐波含量。解决上述的矛盾可以通过多电平逆变器和SHEPWM调制达到目的。

其中，多电平变换器本质上是一个以多电平拓扑结构为硬件，PWM控制技术为软件的大功率放大器。多电平逆变器降低了功率器件开关过程中的dv/dt，具有功率器件电压应力低、输出波形畸变率小等优点，在中高压大功率电力传动领域得到了广泛的应用。

SHEPWM是一种基于频率最优化的PWM方法，直接利用逆变器输出电压的数学模型来求解开关角，达到消除特定(低次)谐波的目的。与其它PWM控制技术相比，SHEPWM具有有效消除低次谐波、输出波形质量高、功率器件开关损耗低等优点。

SHEPWM方法的困难之处在于需要求解一个非线性谐波消除方程组，计算功率器件的开关角。传统的求解方法是Newton-Raphson法，通过数值迭代的方法求解非线性消谐方程组。使用这种方法的一个关键步骤是选取迭代的初始值，选取的初始值的好坏直接决定迭代收敛与否和收敛速度的快慢。

中国发明专利申请CN102983768A公开了一种基于SHEPWM的优化控制方法，包括以下步骤：列写基波和各次受控谐波的幅值表达式；确定基波和各次受控谐波的幅值；获得开关角度。从此发明专利的权利要求书和说明书中可以看出步骤3“获得开关角度”步骤3-1中就是选择迭代法，初值和步长求法求得此时的开关角度。由此可以看出，虽然此发明通过优化目标函数，获得最有利的受控谐波的幅值大小值，以改善SHEPWM波形的谐波分布情况，降低剩余谐波的幅值，并使得其总谐波含量减小，受控谐波分量一个很小的幅值变化可以对输出电压的谐波分布造成较大影响，合适的变动可以降低传统SHEPWM方法的剩余谐波分量的幅值，甚至消除某些比较大的剩余谐波；但是此发明的方法仍然需要知道开关角初始值，如果开关角初始值未知，则无法获得开关角度。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种未知开关角初始值就能快速求解开关角，并实现不同调制度时切换的三电平逆变器SHEPWM调制方法。

为解决上述的技术问题，本发明三电平逆变器SHEPWM调制方法包括以下步骤，

步骤S10：根据控制系统性能要求确定开关角数量和调制度m区间；

步骤S20：根据步骤S10得到的开关角数量在调制度m区间内通过遗传算法求得相应调制度时的开关角；

步骤S30：将步骤S20得到不同调制度的开关角通过多项式插值计算得到开关角与调制度m的关系式；

步骤S40：将插值计算得到的多项式系数存储于存储器中；

步骤S50：采样三相逆变器输出电压，根据采样输出电压求得当前调制度，根据调制度的值查找存储器中相应插值多项式系数；通过多项式系数求出各开关角；

步骤S60：接收步骤S50得到开关角，根据三电平逆变器控制规律产生PWM信号。

进一步的，所述步骤S20包括以下步骤，

步骤S201：选取开关角度为决策变量，确定决策变量约束条件为0°-90°之间；

步骤S202：采用二进制编码对开关角度进行编码，确定二进制编码长度；

步骤S203：根据开关角选择适应度函数；

步骤S204：确定遗传算法的运行参数和优化终止条件，所述运行参数包括种群大小、进化代数、交叉率和变异率，所述优化终止条件为适应度函数达到极小值或达到最大进化代数；

步骤S205：满足优化终止条件时，选取调制度得到相应的开关角度。