[发明专利]一种最优谐波分布SHEPWM开关角的计算方法及系统

说明书

本发明公开了一种最优谐波分布SHEPWM开关角的计算方法及系统，方法包括：S1.确定基波和各次受控谐波的幅值表达式；S2.确定调制比和各次受控谐波误差值，并根据调制比和各次受控谐波误差值确定基波的等式方程和各次受控谐波的等式方程，构建非线性超越方程组；S3.以最低次不可控谐波的幅值表达式构建目标函数，通过遗传算法寻找非线性超越方程组的解，得到满结果。本发明具有克服传统牛顿迭代法的依赖初值选取，大大减少繁琐的初值试凑过程，提高求解方法的普适性，并能克服特定消谐PWM技术不可控的高次谐波畸变增大的问题，在低次谐波消除满足工程要求的情况下，降低高次谐波的幅值以降低总THD的最优谐波分布等优点。

技术领域

本发明涉及逆变器控制领域，尤其涉及一种最优谐波分布SHEPWM开关角的计算方法及系统。

背景技术

为了提高城轨再生制动能量回馈领域的逆变器输出电能质量，更好地抑制并网电流谐波，较SPWM技术，SHEPWM调制技术具有开关频率低，无特定次的低次谐波，输出波形质量高，开关损耗低等特点，故而电力电子逆变器选择性谐波消除(SHEPWM)技术应用原来越广泛。

由于特定消谐技术的数学模型是一组非线性的超越方程，其求解较困难，求解过程复杂，传统上常采用牛顿迭代法求解，而初值给定方法是影响数值牛顿迭代法求解速度及敛散性的关键因素之一，即牛顿迭代法对迭代初值敏感，开关角求解很大程度依赖于初值选取合适与否；此外，在本质上，SHEPWM技术并不能减小逆变器输出电压波形的总谐波失真，而只是改变各次谐波的分布，将对电气设备和外部线路造成影响大的低次谐波选择性消除，其代价就是不可控的高次谐波畸变增大，甚至会出现在SHEPWM调制方式下，不可控的剩余谐波幅值很大，导致THD水平大于同等开关频率的SPWM调制方式，这就背离了应用SHEPWM调制技术的初衷。

在现有技术中，能馈逆变器采用常见的三相半桥电压型逆变器，如图1所示，常应用三相三线拓扑结构，以单相SHEPWM为例，求解开关角的双极性PWM波形图如图2所示。其电压波形的傅里叶级数可以表示为如下式所示：

式(1)中，t为时间，U₀(t)为双极性PWM电压波形傅里叶分解后，电压波形的傅里叶级数表达式，α_n为傅里叶级数中余弦项系数，n为基波和各次谐波次数，w为以w频率进行傅里叶分解，β_n为傅里叶级数中正弦项系数。

为简化计算，输出波形应能满足1/4周期对称，即满足半周期π的镜像对称，则消除傅里叶级数中偶次谐波；同时在半周期内以π/2为奇对称，即可以消除谐波中的余弦项，又由于在三相对称电路里相电压中的3次谐波及3次整数倍谐波在线电压中相互抵消，故而波形可以简化为式(2)所示：

式(2)中，f(t)为波形函数，其余参数的定义与式(1)相同。

求解该傅里叶级数的系数β_n后并化简，可得到下式：

式(3)中，b_n为基波和各次谐波幅值表达式，n为基波和各次谐波的次数，E为PWM波幅值，N为在区间[0,π/2]内开关角的数量，α_k为在[0,π/2]区间内第k个开关角。

基波幅值如下式所示：

式(4)中，b₁为基波幅值，其余各参数的定义与式(3)中相同。

令b₁＝q，q为选定的基波幅值；令其他的N-1个低阶的高次谐波的幅值为零，则有式(5)，

b_n＝0，1n≤N (5)

式(5)中，参数的定义与式(3)中相同。