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

摘要

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。