[发明专利]一种特定谐波抑制优化PWM的实现方法

说明书

本发明涉及一种特定谐波抑制优化PWM的实现方法，其主要技术特点是包括以下步骤：采用正态分布方法确定开关角度初值；确定开关角度连续约束条件及窄脉冲约束条件；使用序列二次规划法将开关角度初值、约束条件与目标函数进行迭代计算。本发明设计合理，其采用正态分布方法合理设置开关角度初值，并补充开关角度连续约束条件及电压幅值连续约束条件，最终计算出的开关角度能够随给定电压幅值连续变化，使本方法能够在闭环控制系统当中获得实际应用。

技术领域

本发明属于大功率变频器技术领域，尤其是一种特定谐波抑制优化PWM的实现方法。

背景技术

随着工业技术和生产能力的进步，市场对大功率变频器的需求日益增加，变频器的单机容量也越来越大。损耗和散热性能决定了变频器的温升，因此也决定了变频器的最大容量，减少损耗、增加散热能力是大功率变频器研发的关键问题。减小变频器的开关频率可以有效降低功率开关器件的开关损耗，但会使得输出电压谐波含量增加，导致变频系统控制性能、整体损耗、电磁兼容等一系列问题。采用优化PWM调制降低谐波含量是解决这一问题的重要研究方向。

特定谐波消除(Specific Harmonic Elimination,SHE)PWM是目前常见的一种优化PWM方法(“Generalized techniques of harmonic eliminationand voltage controlin thyristor inverters—Part 1:Harmonicelimination,”,H.S.Patel and R.G.Hoft,IEEE Trans.Ind.Appl.,vol.IA-9,no.3,pp.310–317,May/Jun.1973.)。该方法基于对PWM开关角度的预计算，将PWM波形中指定的低阶谐波含量限制为0，剩余的高次谐波通过硬件滤波器或电感负载即可抑制其含量。但是，由于低次谐波被限制为0，使得SHEPWM的谐波含能量集中分布在高次谐波，特别是前几阶未被消除的谐波含量会显著增大。为了削弱这些高次谐波，滤波器必须使用较大的电感、电容器件，体积、重量和成本均会增加。针对这一问题，文献(“Generalized techniques ofharmonic eliminationand voltage control inthyristor inverters—Part 1:Harmonicelimination,”H.S.PatelandR.G.Hoft,IEEETrans.Ind.Appl,vol.IA-9,no.3,pp.310–317,May/Jun.1973.)与(“A FlexibleSelective Harmonic MitigationTechnique to Meet Grid Codes in Three-Level PWMConverters,”L.Garcia Franquelo,J.Nápoles,R.C.Portillo Guisado,J.Ignacio Leónand Miguel A.Aguirre,Trans.Industrial Electronics,Volume 54,Issue6Dec.2007p.p.3022-3029.)提出一种特定谐波抑制(Specific Harmonic Mitigation,SHM)PWM方法，其在预计算开关角度时不让低次谐波含量为0，而是确保其含量低于电网谐波标准中规定的限值，从而将求解超越方程组的问题转化为带有约束条件的非线性优化问题。而且，在对这一优化问题求解过程中，还可以把其他一些技术因素引入目标函数，例如窄脉冲条件、THD限制，等等。因此，SHMPWM方法输出电压的谐波能量在低频和高频均有分布，相比于SHEPWM方法，其高次谐波含量较低，对滤波器的要求也较低。

在SHMPWM方法中，开关角的计算需要在线下确定约束条件与目标函数，而后编写程序在线计算角度初值，将其与约束条件、目标函数一同代入到算法模块对应每个基波幅值进行计算。其中，确定约束条件、目标函数的方法如下：

1、确定约束条件