專利名稱：基于免疫算法的三相逆變器最優(yōu)空間矢量pwm控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及逆變器數(shù)字化控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及基于免疫算法的新型的三相逆變器最優(yōu)空間矢量PWM控制方法。
背景技術(shù)：
隨著全控型高頻率、高功率電力電子器件的性能的不斷提高，人們對(duì)逆變器工作性能和品質(zhì)的期望值也不斷提高，而逆變器輸出波形品質(zhì)一直是學(xué)者們關(guān)注的重點(diǎn)之一。因此近年來(lái)對(duì)提高逆變器性能的控制策略研究也越來(lái)越受到關(guān)注。將載波與調(diào)制波相比較，得到一組幅值相同的矩形脈沖序列，這些矩形脈沖序
列用來(lái)等效調(diào)制波，它們的寬度正比于調(diào)制波的函數(shù)值，這就是逆變器的脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM)0早期的PWM控制技術(shù)主要方法是通過(guò)模擬電子技術(shù)把載波和調(diào)制波相比較，得到等效調(diào)制波。1964年,PWM技術(shù)僅在通訊系統(tǒng)中應(yīng)用，A. Schonung和H. Stemmler把PWM技術(shù)應(yīng)用到到交流傳動(dòng)逆變器中后，產(chǎn)生了 SPWM技術(shù)。但是當(dāng)時(shí)器件的速度較慢，該項(xiàng)技術(shù)沒(méi)有得到推廣。1975年S. R. Bowes采用模擬技術(shù)的自然采樣法來(lái)實(shí)現(xiàn)正弦波脈寬調(diào)制，使該技術(shù)得到廣泛地注意，為逆變器控制翻開新篇章，但是模擬控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、一致性差、可靠性弱的缺點(diǎn)限制了 PWM技術(shù)的應(yīng)用。80年代初由于微處理器性能的提高和價(jià)格的下降出現(xiàn)了基于數(shù)字化技術(shù)的規(guī)則采樣PWM方案以及準(zhǔn)優(yōu)化PWM技術(shù)。尤其在過(guò)去的幾十年中，PWM控制技術(shù)得到了很大地發(fā)展。數(shù)字化PWM控制具有數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單、無(wú)噪聲、零點(diǎn)漂移效應(yīng)和抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是模擬技術(shù)所無(wú)法比擬的，因此數(shù)字化PWM控制技術(shù)在逆變器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，并且在此基礎(chǔ)上，大量的智能算法如遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、和聲算法、粒子群算法等也開始在逆變器PWM最優(yōu)開關(guān)控制中有所應(yīng)用。1983年J. Holtz提出了空間矢量PWM (SVPWM)控制方法，該方法從三相電機(jī)的角度出發(fā)，直接采用以控制電機(jī)圓形磁場(chǎng)為目的的控制方法，因此使用起來(lái)更加方便和直觀。傳統(tǒng)SVPWM技術(shù)在三相電壓型逆變器的控制方面雖然較為成熟，但仍然存在著一些自由度。Nho-Van Nguyen等提出了運(yùn)用遺傳算法針對(duì)SVPWM的空間矢量順序進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算得到較優(yōu)的空間矢量順序，但是這空間矢量順序?qū)γ總€(gè)開關(guān)周期都是固定的，因而限制了輸出波形諧波的最小化以及波形質(zhì)量的最優(yōu)化。而對(duì)于逆變器輸出波形質(zhì)量?jī)?yōu)劣的研究，很多研究者都是應(yīng)用逆變器輸出電壓(電流)波形的諧波總畸變率(THD)來(lái)衡量，但是根據(jù)THD的公式定義發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用THD作為逆變器輸出波形質(zhì)量?jī)?yōu)劣的衡量因子時(shí)，沒(méi)有體現(xiàn)低次諧波與高次諧波對(duì)THD不同的影響權(quán)重，而在電力系統(tǒng)中，高次諧波的影響較小，低次諧波的影響較大，并且針對(duì)逆變器輸出矩形電壓波形高次諧波含量較高的事實(shí)，故采用THD作為逆變器輸出電壓波形質(zhì)量?jī)?yōu)劣的衡量因子并不合理。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有PWM控制技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種基于免疫算法的三相逆變器最優(yōu)空間矢量PWM (SVPWM)控制方法，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于免疫算法的三相逆變器最優(yōu)空間矢量PWM控制方法設(shè)三相逆變器的上橋臂開關(guān)為Sa、Sb和Sc，相應(yīng)的下橋臂開關(guān)為Sa'、Sb'和Sc'，三
相逆變器中橋臂開關(guān)的單極性二值邏輯開關(guān)函數(shù)Sm按以下公式取值，
權(quán)利要求
1.一種基于免疫算法的三相逆變器最優(yōu)空間矢量PWM控制方法，其特征在于設(shè)三相逆變器的上橋臂開關(guān)為Sa、Sb和Sc，相應(yīng)的下橋臂開關(guān)為Sa'、Sb'和Sc'，三相逆變器中橋臂開關(guān)的單極性二值邏輯開關(guān)函數(shù)Sm按以下公式取值，
2.如權(quán)利要求I所述基于免疫算法的三相逆變器最優(yōu)空間矢量PWM控制方法，其特征在于步驟3和步驟10的親和度計(jì)算公式如下，式中，Xi表示當(dāng)前的抗體種群中第i條抗體，N表示每個(gè)抗體上的基因數(shù)，n表示抗體上的基因編號(hào)n=0，1，2…N-l，In(t)表示實(shí)際電流值，用In (t)等效nAt到(n+1) A t這段時(shí)間的實(shí)際電流平均值，If (t)表示理想電流值。
3.如權(quán)利要求2所述基于免疫算法的三相逆變器最優(yōu)空間矢量PWM控制方法，其特征在于步驟5和步驟11的免疫選擇函數(shù)值計(jì)算公式如下， 式中，a、b為權(quán)重系數(shù),且a+b = I。
4.如權(quán)利要求I或2或3所述基于免疫算法的三相逆變器最優(yōu)空間矢量PWM控制方法，其特征在于步驟6基于當(dāng)前的抗體種群進(jìn)行交叉操作的實(shí)現(xiàn)方式如下， 從當(dāng)前的抗體種群中，按照預(yù)設(shè)的交叉率P。隨機(jī)選擇Round(HXPe)對(duì)抗體進(jìn)行交叉，得到交叉后的抗體種群，其中Round為取整數(shù)操作；對(duì)選出的一對(duì)抗體執(zhí)行交叉時(shí)，在抗體上隨機(jī)確定一個(gè)開關(guān)周期Ts為交叉點(diǎn)，這對(duì)抗體從交叉點(diǎn)開始互相交換編碼。
5.如權(quán)利要求I或2或3所述基于免疫算法的三相逆變器最優(yōu)空間矢量PWM控制方法，其特征在于步驟7基于當(dāng)前的抗體種群進(jìn)行變異操作的實(shí)現(xiàn)方式如下， 對(duì)當(dāng)前的抗體種群中任一抗體的每一個(gè)開關(guān)周期Ts，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)1-1000的數(shù)，除以1000后判斷該數(shù)是否小于預(yù)設(shè)的變異率Pm， 是則該開關(guān)周期Ts零矢量的作用時(shí)間隨機(jī)變化，但兩個(gè)零矢量的作用時(shí)間之和不變；否則不變化。
6.如權(quán)利要求I或2或3所述基于免疫算法的三相逆變器最優(yōu)空間矢量PWM控制方法，其特征在于步驟8基于當(dāng)前的抗體種群進(jìn)行的倒位操作的實(shí)現(xiàn)方式如下， 先進(jìn)行一般倒位操作，包括對(duì)當(dāng)前的抗體種群中任一抗體的每一個(gè)開關(guān)周期Ts，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)1-1000的數(shù)，除以1000后判斷該數(shù)是否小于預(yù)設(shè)的倒位率P_， 是則將該開關(guān)周期Ts中的基因與后一個(gè)開關(guān)周期Ts中的基因互換，該開關(guān)周期Ts中任一個(gè)零矢量的作用時(shí)間與后一個(gè)開關(guān)周期Ts中的一個(gè)零矢量的作用時(shí)間互換，另一個(gè)零矢量的作用時(shí)間相應(yīng)改變，否則不變化； 然后進(jìn)行微倒位操作，包括對(duì)一般倒位操作后的當(dāng)前的抗體種群中任一抗體的每一個(gè)開關(guān)周期Ts，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)1-1000的數(shù)，除以1000后判斷該數(shù)是否小于預(yù)設(shè)的微倒位率Pranl，是則將該開關(guān)周期Ts中的4個(gè)矢量的作用順序重新隨機(jī)安排，各矢量相應(yīng)的作用時(shí)間按矢 量的新作用順序相應(yīng)安排， 否則不變化。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于免疫算法的三相逆變器最優(yōu)空間矢量PWM控制方法，對(duì)三相電壓型逆變器空間矢量控制(SVPWM)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行分析研究，優(yōu)化目標(biāo)為使三相電壓型逆變器輸出電壓波形質(zhì)量最優(yōu)。在傳統(tǒng)三相電壓型逆變器SVPWM控制方法及其應(yīng)用的基礎(chǔ)上，根據(jù)三相電壓型逆變器空間電壓矢量控制中存在可優(yōu)化的自由度，基于免疫算法提出了同時(shí)優(yōu)化矢量順序和零矢量作用時(shí)間的優(yōu)化策略，考慮其優(yōu)化效果和效率，提出其為最優(yōu)空間矢量PWM控制策略。此外，本發(fā)明考慮實(shí)際電力系統(tǒng)中，低次諧波影響較大，高次諧波影響較小，而提出將電壓加權(quán)總諧波畸變率(WTHD)作為衡量波形質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，更符合實(shí)際情況。
文檔編號(hào)H02M7/5387GK102801351SQ20121029605
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月20日
發(fā)明者袁佳歆, 陳柏超, 田翠華, 費(fèi)雯麗, 潘建斌, 張晨萌 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)