专利名称：基于免疫算法的三相逆变器最优空间矢量pwm控制方法
技术领域：
本发明涉及逆变器数字化控制技术领域，尤其是涉及基于免疫算法的新型的三相逆变器最优空间矢量PWM控制方法。
背景技术：
随着全控型高频率、高功率电力电子器件的性能的不断提高，人们对逆变器工作性能和品质的期望值也不断提高，而逆变器输出波形品质一直是学者们关注的重点之一。因此近年来对提高逆变器性能的控制策略研究也越来越受到关注。将载波与调制波相比较，得到一组幅值相同的矩形脉冲序列，这些矩形脉冲序
列用来等效调制波，它们的宽度正比于调制波的函数值，这就是逆变器的脉宽调制技术(PWM)0早期的PWM控制技术主要方法是通过模拟电子技术把载波和调制波相比较，得到等效调制波。1964年,PWM技术仅在通讯系统中应用，A. Schonung和H. Stemmler把PWM技术应用到到交流传动逆变器中后，产生了 SPWM技术。但是当时器件的速度较慢，该项技术没有得到推广。1975年S. R. Bowes采用模拟技术的自然采样法来实现正弦波脉宽调制，使该技术得到广泛地注意，为逆变器控制翻开新篇章，但是模拟控制系统结构复杂、一致性差、可靠性弱的缺点限制了 PWM技术的应用。80年代初由于微处理器性能的提高和价格的下降出现了基于数字化技术的规则采样PWM方案以及准优化PWM技术。尤其在过去的几十年中，PWM控制技术得到了很大地发展。数字化PWM控制具有数据处理简单、无噪声、零点漂移效应和抗干扰性强等优点，是模拟技术所无法比拟的，因此数字化PWM控制技术在逆变器的应用越来越广泛，并且在此基础上，大量的智能算法如遗传算法、神经网络算法、和声算法、粒子群算法等也开始在逆变器PWM最优开关控制中有所应用。1983年J. Holtz提出了空间矢量PWM (SVPWM)控制方法，该方法从三相电机的角度出发，直接采用以控制电机圆形磁场为目的的控制方法，因此使用起来更加方便和直观。传统SVPWM技术在三相电压型逆变器的控制方面虽然较为成熟，但仍然存在着一些自由度。Nho-Van Nguyen等提出了运用遗传算法针对SVPWM的空间矢量顺序进行寻优计算得到较优的空间矢量顺序，但是这空间矢量顺序对每个开关周期都是固定的，因而限制了输出波形谐波的最小化以及波形质量的最优化。而对于逆变器输出波形质量优劣的研究，很多研究者都是应用逆变器输出电压(电流)波形的谐波总畸变率(THD)来衡量，但是根据THD的公式定义发现，应用THD作为逆变器输出波形质量优劣的衡量因子时，没有体现低次谐波与高次谐波对THD不同的影响权重，而在电力系统中，高次谐波的影响较小，低次谐波的影响较大，并且针对逆变器输出矩形电压波形高次谐波含量较高的事实，故采用THD作为逆变器输出电压波形质量优劣的衡量因子并不合理。
发明内容
针对现有PWM控制技术的缺陷，本发明提供一种基于免疫算法的三相逆变器最优空间矢量PWM (SVPWM)控制方法，本发明的技术方案为一种基于免疫算法的三相逆变器最优空间矢量PWM控制方法设三相逆变器的上桥臂开关为Sa、Sb和Sc，相应的下桥臂开关为Sa'、Sb'和Sc'，三
相逆变器中桥臂开关的单极性二值逻辑开关函数Sm按以下公式取值，
权利要求
1.一种基于免疫算法的三相逆变器最优空间矢量PWM控制方法，其特征在于设三相逆变器的上桥臂开关为Sa、Sb和Sc，相应的下桥臂开关为Sa'、Sb'和Sc'，三相逆变器中桥臂开关的单极性二值逻辑开关函数Sm按以下公式取值，
2.如权利要求I所述基于免疫算法的三相逆变器最优空间矢量PWM控制方法，其特征在于步骤3和步骤10的亲和度计算公式如下，式中，Xi表示当前的抗体种群中第i条抗体，N表示每个抗体上的基因数，n表示抗体上的基因编号n=0，1，2…N-l，In(t)表示实际电流值，用In (t)等效nAt到(n+1) A t这段时间的实际电流平均值，If (t)表示理想电流值。
3.如权利要求2所述基于免疫算法的三相逆变器最优空间矢量PWM控制方法，其特征在于步骤5和步骤11的免疫选择函数值计算公式如下， 式中，a、b为权重系数,且a+b = I。
4.如权利要求I或2或3所述基于免疫算法的三相逆变器最优空间矢量PWM控制方法，其特征在于步骤6基于当前的抗体种群进行交叉操作的实现方式如下， 从当前的抗体种群中，按照预设的交叉率P。随机选择Round(HXPe)对抗体进行交叉，得到交叉后的抗体种群，其中Round为取整数操作；对选出的一对抗体执行交叉时，在抗体上随机确定一个开关周期Ts为交叉点，这对抗体从交叉点开始互相交换编码。
5.如权利要求I或2或3所述基于免疫算法的三相逆变器最优空间矢量PWM控制方法，其特征在于步骤7基于当前的抗体种群进行变异操作的实现方式如下， 对当前的抗体种群中任一抗体的每一个开关周期Ts，随机产生一个1-1000的数，除以1000后判断该数是否小于预设的变异率Pm， 是则该开关周期Ts零矢量的作用时间随机变化，但两个零矢量的作用时间之和不变；否则不变化。
6.如权利要求I或2或3所述基于免疫算法的三相逆变器最优空间矢量PWM控制方法，其特征在于步骤8基于当前的抗体种群进行的倒位操作的实现方式如下， 先进行一般倒位操作，包括对当前的抗体种群中任一抗体的每一个开关周期Ts，随机产生一个1-1000的数，除以1000后判断该数是否小于预设的倒位率P_， 是则将该开关周期Ts中的基因与后一个开关周期Ts中的基因互换，该开关周期Ts中任一个零矢量的作用时间与后一个开关周期Ts中的一个零矢量的作用时间互换，另一个零矢量的作用时间相应改变，否则不变化； 然后进行微倒位操作，包括对一般倒位操作后的当前的抗体种群中任一抗体的每一个开关周期Ts，随机产生一个1-1000的数，除以1000后判断该数是否小于预设的微倒位率Pranl，是则将该开关周期Ts中的4个矢量的作用顺序重新随机安排，各矢量相应的作用时间按矢 量的新作用顺序相应安排， 否则不变化。
全文摘要
本发明提出一种基于免疫算法的三相逆变器最优空间矢量PWM控制方法，对三相电压型逆变器空间矢量控制(SVPWM)优化问题进行分析研究，优化目标为使三相电压型逆变器输出电压波形质量最优。在传统三相电压型逆变器SVPWM控制方法及其应用的基础上，根据三相电压型逆变器空间电压矢量控制中存在可优化的自由度，基于免疫算法提出了同时优化矢量顺序和零矢量作用时间的优化策略，考虑其优化效果和效率，提出其为最优空间矢量PWM控制策略。此外，本发明考虑实际电力系统中，低次谐波影响较大，高次谐波影响较小，而提出将电压加权总谐波畸变率(WTHD)作为衡量波形质量的标准，更符合实际情况。
文档编号H02M7/5387GK102801351SQ20121029605
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月20日 优先权日2012年8月20日
发明者袁佳歆, 陈柏超, 田翠华, 费雯丽, 潘建斌, 张晨萌 申请人:武汉大学