多电平逆变器的shepwm控制系统及方法
【专利摘要】多电平逆变器的SHEPWM控制系统及方法属于逆变器技术领域，尤其涉及一种多电平逆变器的SHEPWM控制系统及方法。本发明采用粒子群?细菌觅食优化算法(PSO?BFO)实现多电平逆变器的SHEPWM技术，在保证输出波形的同时准确的求出开关角实现特定谐波消除，达到简化运算流程，降低计算时间的目的。本发明多电平逆变器的SHEPWM控制系统包括DPS处理电路、电压采样电路、隔离驱动电路、开关电源电路和电压传感器,其结构要点电压传感器、电压采样电路、DPS处理电路、隔离驱动电路依次相连，隔离驱动电路的输出端口与T型三电平光伏并网逆变器的开关器件的控制端口相连。
【专利说明】
多电平逆变器的SHEPWM控制系统及方法
技术领域
[0001 ]本发明属于逆变器技术领域，尤其涉及一种多电平逆变器的SHEPWM控制系统及方 法。
【背景技术】
[0002] 近年来电力电子技术发展迅猛，多电平逆变器在高电压大容量领域得到了越来越 多的重视。多电平逆变器具有谐波畸变率低、能量转换效率高的优点，且输出电压高、功率 大，不需要输出变压器进行辅助，因此在高压大功率场合得到很多应用。由于电网侧电流和 电压波形容易受到影响，且大部分负载呈非线性，很容易造成基波电流畸变，所产生的谐波 会干扰设备的稳定运行，使得设备或零件的报废率增加，会带来较大的经济损失。研究如何 抑制和消除电网中的有害谐波显得意义重大。到目前为止，消谐技术可分为很多种。其中， 通过对逆变器拓扑结构的改进，搭建多重逆变电路能够实现消谐，但电路结构较复杂，成本 高，还会引起其它问题。通过引入电能质量补偿器能有效的抑制谐波干扰，但是对系统参数 设置要求较高，设计不合理甚至会影响系统的稳定性。通过控制开关器件的导通和关断，生 成特定阶梯波，能够达到消除指定低频次谐波的目的，对消谐能起到较好的效果。SHEPWM技 术具有开关频率低、开关损耗小、输出波形质量好、逆变效率高、输出滤波器尺寸小等优点， 因此受到了越来越多的关注。将粒子群算法作为一个变异算子引入细菌觅食算法的聚集操 作中，提出一种混合的粒子群-细菌觅食优化算法。其基本思想为:先由粒子群算法完成全 局空间的搜索，记忆个体和群体的最优信息，将每一个粒子都看成是细菌，再由细菌觅食算 法的趋向和聚集操作完成局部搜索的功能，以此提高细菌觅食算法全局搜索能力的同时， 又提高粒子群算法的局部搜索能力。混合算法的优点是算法流程简单，对初值没有要求，参 数简洁，易于实现，无需复杂的搜索调整对优化问题的连续性无任何要求。
【发明内容】
[0003] 本发明就是针对上述问题，采用粒子群-细菌觅食优化算法(PS0-BF0)实现多电平 逆变器的SHEPWM技术，在保证输出波形的同时准确的求出开关角实现特定谐波消除，达到 简化运算流程，降低计算时间的目的。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明多电平逆变器的SHEPWM控制 系统包括DPS处理电路、电压采样电路、隔离驱动电路、开关电源电路和电压传感器，其结构 要点电压传感器、电压采样电路、DPS处理电路、隔离驱动电路依次相连，隔离驱动电路的输 出端口与T型三电平光伏并网逆变器的开关器件的控制端口相连；电压传感器的输入端口 与T型三电平光伏并网逆变器的输出端口相连;开关电源电路的输出端口分别与DPS处理电 路电源端口、电压采样电路电源端口、隔离驱动电路电源端口相连。
[0005] 作为一种优选方案，本发明所述电压采样电路采用0PA4376芯片U5，DPS处理电路 采用TMS320F283XXPGF芯片U3，U5的3脚为检测三电平光伏并网逆变器输出U-端口，U5的2脚 为检测三电平光伏并网逆变器输出U+端口，U5的1脚与U3的42脚相连；
[0006] U5的5脚为检测三电平光伏并网逆变器输出V-端口，U5的6脚为检测三电平光伏并 网逆变器输出V+端口，U5的7脚与U3的46脚相连。
[0007] 作为另一种优选方案，本发明所述开关电源电路采用UC28C45芯片。
[0008] 另外，本发明所述隔离驱动电路采用7800A光耦U10、U11、U13、U14、U15、U16、U17、 1]18、1]19、1]20，1]11的2脚分别与即~三极管03的集电极、3.3￥电源相连，03的基极与1]3的5脚 相连，Q3的发射极分别与地线、Ul 1的3脚相连，Ul 1的7脚为U1控制端；
[0009] U10的2脚分别与NPN三极管Q2的集电极、3.3V电源相连，Q2的基极与U3的6脚相连， Q2的发射极分别与地线、U10的3脚相连，U10的7脚为U2控制端；
[0010] U14的2脚分别与NPN三极管Q6的集电极、3.3V电源相连，Q6的基极与U3的11脚相 连，Q6的发射极分别与地线、U14的3脚相连，U14的7脚为VI控制端；
[0011] U13的2脚分别与NPN三极管Q5的集电极、3.3V电源相连，Q5的基极与U3的12脚相 连，Q5的发射极分别与地线、U13的3脚相连，U13的7脚为V2控制端；
[0012] U16的2脚分别与NPN三极管Q8的集电极、3.3V电源相连，Q8的基极与U3的13脚相 连，Q8的发射极分别与地线、U16的3脚相连，U16的7脚为V3控制端；
[0013] U17的2脚分别与NPN三极管Q9的集电极、3.3V电源相连，Q9的基极与U3的16脚相 连，Q9的发射极分别与地线、U17的3脚相连，U17的7脚为V4控制端；
[0014] U15的2脚分别与NPN三极管Q7的集电极、3.3V电源相连，Q7的基极与U3的17脚相 连，Q7的发射极分别与地线、U15的3脚相连，U15的7脚为W1控制端；
[0015] U18的2脚分别与NPN三极管Q10的集电极、3.3V电源相连，Q10的基极与U3的18脚相 连，Q10的发射极分别与地线、U18的3脚相连，U18的7脚为W2控制端；
[0016] U20的2脚分别与NPN三极管Q12的集电极、3.3V电源相连，Q12的基极与U3的19脚相 连，Q12的发射极分别与地线、U20的3脚相连，U20的7脚为W3控制端；
[0017] U19的2脚分别与NPN三极管Q11的集电极、3.3V电源相连，Q11的基极与U3的20脚相 连，Ql 1的发射极分别与地线、U19的3脚相连，U19的7脚为W4控制端。
[0018]本发明多电平逆变器的SHEP丽控制方法包括以下部分：
[0019] 1、建立T型三电平光伏并网逆变器的SHEPWM消谐模型，T型三电平逆变器单相输出 电压波形由傅里叶级数表示：
[0020] Uo(t) = E [Ansin(n ? t)+Bncos(n w t) ] (1)
[0021] 其中
式中，Uo为逆变器输出电压;An、B n为振幅；〇 为角频率；
[0023] SHEPWM波形具有正负两半周期的镜对称性，该级数的直流分量、余弦分量和偶次 正弦分量皆为零，仅含有奇次正弦项谐波;则： f
[0027] 式中，Ud为逆变器直流侧电源电压值;N为在1/4周期内所取的开关角个数;akSN个 开关角中的第k个开关角；
[0028] 选定的基波用q表示，则Bi = q;再令其余的n-1个低阶高次谐波幅值为零，
[0029] 贝 iJ:Bn=〇 n=l，3,5,7，."（5)
[0030]设基波调制撞
如果消除5，7，11，13，…，6i-1，6i+1，…，M次谐波(M为 可校区的最高次谐波次数），得到：
[0032] 式中，Usm⑴为基波；
[0033] SHEP丽控制用算法根据不同的m值计算出式(6)中满足要求的a值;所要求的解的 是一个非线性超越方程组，它有N个不同的解，即ai，a2，…，ctN-UN，消去5,7，11，13次谐波， 贝1JN=5,将式(6)变换为
[0035] 最小化多目标问题被统一成一个单目标问题，并作为目标函数： i ni i n : 二 ￡'| +.占 '。+. ￡'?，+ ..6'4 十么
[0036] i " i .vi. :()<?； < a, < a, < a4 < a, < n! 2 ( ^、
[0037]设计函数适应度为
[0039] PSO算法中的速度和位置更新方程为
[0040] v^JJ = wv1^ + c^mdiXpbest^ - xkid) + c2randl{gbestkid - x^) ^
[0041 ] X.f = X!-d + VkX q j ^
[0042] i = l，2，."，m;d=l ,2, ???，D;k为迭代次数;randi，rand2是[0,1]之间的随机数；W 为惯性权重;C1为认知学习因子;c2为社会学习因子;pdest为个体最优位置;gbest为整个群 体的最优位置；
[0043] PS0算法作为变异算子引入BF0算法中，去除了式（10)速度更新算法中的个体认知 部分仅使用社会认知部分，即群体信息的共享部分，如式（12);同时，将通过PS0变异算子得 到的群体信息加入到位置更新方程中，如式（13);利用PS0算法的记忆功能提高BF0算法的 全局搜索能力和搜索效率；
[0044] PS0的粒子速度更新公式为
[0045] v.J] = wvlkl + c2randl2(gbest1^ ~xkid)
[0046] 位置更新公式为
[0047] 6>Y/ + 1, k, l) = 6l (/, k, I) + vj/1(j 3}
[0048] 其中j表示种群中个体的第j次趋向操作，k表示种群中个体的第k次复制操作，1表 示种群中个体的；9Uj，k，l)表示种群中的个体再执行第j次趋向操作、第k次复制操作、第1 次迀徙操作后的位置；
[0049] 通过在BF0算法中引入PS0变异按公式（12)和（13)更新细菌位置，计算出新的适应 值，即SHEPWM控制的开关角；
[0050] 2、进行以下步骤：
[0051 ] (1)系统初始化，确定不变的参数；
[0052] (2)随机初始化粒子群的速度和位置;根据式(8)的约束条件，随机产生一群可行 解ai，a2，…，a s，其中包含每个粒子的速度和位置；
[0053] (3)确定解空间为
进行迀徙操作循环，每个粒子以概率Ped被随机分布到 解空间中；
[0054] (4)执行复制操作，定义健康度函数淘汰一半健康度较低 的，并复制另一半健康度较高的；
[0055] (5)执行趋向操{1
= A随机方向的一个 单位向量；
[0056] (6)考虑细菌间的斥力和引力，计算细菌i的适应值函数J(i，j，k，l)令Jlast = J(i， j,k,l)；
[0057] (7)细菌翻转搜寻最优位置，同时按公式（12)和（13)更新菌群的位置0Uj + l，k， 1)，并计算菌群的适应值J(i，j+l，k，l);
[0058] 了（1，」+1，1^，1)=1(1，」氺，1)+九。(01(」+1氺，1)，？〇+1，11))，判断与了1_的大小 并更新Jlast的值；
[0059] (8)判断是否达到最大循环次数，是则输出最优开关角，否则进行循环；
[0060] (9)应用新的开关状态驱动三电平逆变器系统实现SHEP丽控制。
[0061]本发明有益效果。
[0062]本发明针对T型三电平光伏并网逆变器的特点，采用一种粒子群-细菌觅食优化算 法实现T型三电平光伏并网逆变器的SHEPWM控制的方法，基于一个T型逆变器的消除谐波模 型，确定一个求开关角的关系式，采用细菌觅食-粒子群算法求解SHEPWM技术中的开关角， 对初值没有要求，算法流程简单，无需复杂的搜索调整，对优化问题的连续性没有要求，来 简化SHEPWM的计算过程，实现特定谐波消除控制方法。
【附图说明】
[0063]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限 于以下内容的表述。
[0064]图1为本发明设计的T型三电平光伏并网逆变器示意图。
[0065] 图2为逆变器相电压SHEP丽模型示意图。
[0066]图3为本发明所设计的T型三电平逆变器的系统控制框图。
[0067]图4为本发明设计的粒子群-细菌觅食优化算法原理框图。
[0068]图5为本发明设计方法中的粒子群-细菌觅食优化算法流程图。
[0069] 图6为本发明所设计的光伏并网逆变器SHEPWM控制的硬件电路图。
[0070] 图7为本发明所设计的UV相电压检测电路。
[0071]图8(a)、(b)、（c)为本发明设计的DSP外围电路。
[0072]图9(a)、(b)、（c)为本发明设计的管脚保护电路。
[0073]图10为本发明设计的开关电源电路。
[0074] 图ll(a)、(b)、（c)为本发明设计的隔离驱动电路。
【具体实施方式】
[0075] 如图所示，本发明是通过以下技术方案实施的：
[0076] 1、粒子群-细菌觅食优化算法(PS0-BF0)的多电平逆变器的SHEPWM技术研究，该方 法包括:（a)受控对象和控制方法；（b)整个控制系统硬件部分。
[0077] (a)受控对象和控制方法;受控对象为T型三电平光伏并网逆变器，逆变器三相输 出通过电阻电感负载与电网并网；控制方法采用基于粒子群-细菌觅食优化算法实现的特 定谐波消除控制，基于一个消谐模型，确定特定谐波消除技术中的开关角；
[0078] PS0优化算法流程简单、无复杂的搜索调整过程、运算速度快且全局搜索能力强。 但PS0算法在求解SHEPWM方程时，容易陷入局部最优，且解过早的收敛，使算法的全局搜索 能力变差。且当算法进行到后期时，解的精度不能提高，导致算法的收敛速度变慢。BF0算法 利用扩散机制全局搜索能力强。
[0079]鉴于以上分析，将PS0算法作为一个变异算子引入BF0算法的聚集操作中，提出一 种混合的粒子群-细菌觅食优化算法(PS0-BF0)。其基本思想为:先由PS0算法完成全局空间 的搜索，记忆个体和群体的最优信息，将每一个粒子都看成是细菌，再由BF0算法的趋向和 聚集操作完成局部搜索的功能，以此提高BF0算法全局搜索能力的同时，又提高PS0算法的 局部搜索能力。
[0080] 其中的受控对象T型三电平光伏并网逆变器，建立T型三电平光伏并网逆变器的 SHEPWM消谐模型，T型三电平逆变器单相输出电压波形可由傅里叶级数表示：
[0081] Uo(t) = E [Ansin(n ? t)+Bn cos(ncot)] (1)
Uo为逆变器输出电压;An、Bn为振幅；〇 为角频率。
[0084]由于SHEPWM波形具有正负两半周期的镜对称性，该级数的直流分量、余弦分量和 偶次正弦分量皆为零，仅含有奇次正弦项谐波。则：
[0088] 式中，Ud为逆变器直流侧电源电压值;N为在1/4周期内所取的开关角个数;akSN个 开关角中的第k个开关角。
[0089] 选定的基波用q表示，则出=(1。再令其余的n_l个低阶高次谐波幅值为零，
[0090] 贝 iJ:Bn=〇 n=l，3,5,7，."（5)
[0091 ]设基波调制虔
如果消除5，7，11，13，…，6i-l，6i+l，…，M次谐波(M为 可校区的最高次谐波次数），得到：
[0093] 式中，Usm⑴为基波。
[0094] SHEPWM技术的重点是要用算法根据不同的m值计算出式(6)中满足要求的a值。所 要求的解的是一个非线性超越方程组，它有N个不同的解，gpai，a2，…，aWN，主要消去5， 7，11，13次谐波，则N=5，将式(6)变换为
[0096] 于是，最小化多目标问题被统一成一个单目标问题，并作为目标函数： min : 5(a) = ^,2 + ￡； + ￡； + ￡'； + ￡；
[0097] \ ^ ^
[5i.: 0 < < a2 < a3 < a4 < as < ^/ 2
[0098]设计函数适应度为
[0100] PS0算法中的速度和位置更新方程为
[0101] v-^J = wvfd + c{rand^(phestkid - xkid) + c2randk2(ghestkid - xkid) ^ y .U h 1.4-1
[0102] Xid =X；d+Vid (n)
[0103] i = l ,2,…，m;d=l ,2,…，D;k为迭代次数;randi,rand2是[0,1]之间的随机数；W 为惯性权重;C1为认知学习因子;c2为社会学习因子;pdest为个体最优位置;gbest为整个群 体的最优位置。
[0104] 这里，PS0算法作为变异算子引入BF0算法中，去除了式（10)速度更新算法中的个 体认知部分仅使用社会认知部分，即群体信息的共享部分，如式(12)。同时，将通过PS0变异 算子得到的群体信息加入到位置更新方程中，如式（13)。其目的是利用PS0算法的记忆功能 提高BF0算法的全局搜索能力和搜索效率。
[0105] PS0的粒子速度更新公式为
[0106] vku^ = wv^ + c2randl2(gbest^ -x-d) (
[0107] 位置更新公式为
[0108] (丨 + \'k，l)二 (j，kJ} + vkJ'
[0109] 其中j表示种群中个体的第j次趋向操作，k表示种群中个体的第k次复制操作，1表 示种群中个体的。9Uj，k，l)表示种群中的个体再执行第j次趋向操作、第k次复制操作、第1 次迀徙操作后的位置。
[011 0] 通过在BF0算法中引入PS0变异按公式（12)和（13)更新细菌位置，计算出新的适应 值，即SHEPWM控制的开关角。
[0111] (b)整个控制系统硬件部分:控制主电路、控制对象;其中控制主电路包括DPS处理 器、管脚保护电路、电流采样电路、开关电源电路、隔离驱动保护电路;控制对象为T型三电 平光伏并网逆变器。
[0112] 所述方法主控制程序包括以下步骤：
[0113] (1)系统初始化，确定不变的参数；
[0114] (2)随机初始化粒子群的速度和位置;根据式(8)的约束条件，随机产生一群可行 解ai，a 2，…，as，其中包含每个粒子的速度和位置；
[0115] (3)确定解空间为 进行迀徙操作循环，每个粒子以概率hd被随机分布到 ， 解空间中； . Nc
[0116] (4)执行复制操作，定义健康度函数Am? 淘汰一半健康度较低 产1 .， 的，并复制另一半健康度较高的；
[0117] (5)执行趋向操作
A随机方向的一个 单位向量；
[0118] (6)考虑细菌间的斥力和引力，计算细菌i的适应值函数J(i，j，k，l)令Jlast = J(i， j,k,l)；
[0119] (7)细菌翻转搜寻最优位置，同时按公式（12)和（13)更新菌群的位置0Uj + l，k， 1)，并计算菌群的适应值J(i，j+l，k，l);
[0120] 了（1，」+1，1^，1)=1(1，」氺，1)+九。(01(」+1氺，1)，？〇+1，11))，判断与了1_的大小 并更新Jlast的值；
[0121] (8)判断是否达到最大循环次数，是则输出最优开关角，否则进行循环；
[0122] (9)应用新的开关状态驱动三电平逆变器系统实现SHEP丽控制。
[0123] 下面结合附图对本发明的技术方案进行具体描述：
[0124] 图1为本发明设计的T型三电平光伏并网逆变器示意图，如图所示，TAi，TBi，TCi， (i = l，2,3,4)共12个开关器件构成了该电路的拓扑结构，该电路利用反向串联的两个开关 器件将输出端与中点相连接，实现中点箝位功能。C1和C2是直流侧的分压电容，分压电容之 间的〇点为零电位参考点。P是母线正极，N是母线负极。R、L表示负载，e表示电网。在三相平 衡系统下，逆变桥输出电压分别为Uia、Uib、Ui。，电感电流分别为i a、ib、i。，电网电压分别为 &、讲、以。根据基尔霍夫定律，三电平逆变器系统的三相电压电流方程可表示为：
[0126]图2为逆变器相电压SHEPWM模型示意图，T型三电平逆变器单相输出电压波形可由 傅里叶级数表示:U〇(t) = E [Ansin(n 0 t)+Bncos(n 0 t)]
Uo为逆变器输出电压;An、Bn为振幅；《为 角频率。
[0129] 图3为本发明所设计的T型三电平逆变器的系统控制框图，首先经过坐标变换，将 abc坐标系变换到邱y坐标系，在邱y坐标系下，采用粒子群-细菌觅食优化算法，求解出开 关角，求出的开关角给逆变器，控制逆变器并网电流的波形。
[0130] 图4为本发明设计的粒子群-细菌觅食优化算法原理框图，通过这种智能优化算法 计算出开关角，驱动逆变器。
[0131] 图5为本发明设计方法中的粒子群-细菌觅食优化算法流程图，该控制算法由DSP 处理器实现，由MATLAB/Simulink7.0进行仿真。在该智能算法中，采样周期为Ts = lus，或者 使采样频率为〇. 1KHZ。在图6所示流程图中，先由PS0算法完成全局空间的搜索，记忆个体和 群体的最优信息，将每一个粒子都看成是细菌，再由BF0算法的趋向和聚集操作完成局部搜 索的功能，以此提高BF0算法全局搜索能力的同时，又提高PS0算法的局部搜索能力。
[0132] 图6为本发明所设计的光伏并网逆变器SHEPWM控制的硬件电路图，光伏电池板的 原始电能通过逆变器，输出三电平电压，再经过滤波处理，与电网并网。为了保持系统的平 稳运行，达到中点电位平衡控制的目的，本发明设计采用粒子群-细菌觅食优化算法实现 SHEPWM控制，形成闭环回路，对并网电压进行控制。SHEPWM中，包括对负载电压的采样、直流 侧电容电压的检测、DSP计算处理、开关电源电路设计以及隔离驱动电路的设计。
[0133] 图7为本发明设计的UV相电压检测电路，经过精密运算放大器，对电压进行采样和 放大之后，为DSP提供测量的负载电压信号。
[0134] 图8为本发明设计的D SP外围电路。外围电路主要包括接口配置、复位电路、ADC模 块的设置和时钟电路。用阻容电路产生上电复位，电源芯片的输入为5V，输出为1.9 V和3.3V 电源为DSP供电，输出电源分别有两个复位信号，当电源不稳定或过低时，会产生复位信号。 图9为DSP的管脚保护电路。
[0135] 图10为本发明设计的开关电源电路。直流高压端加到高频脉冲变压器初级端，开 关器件串联在变压器另一个初级端。开关器件周期性的导通和关断，使初级直流电压转换 成一定周期的矩形波，再由脉冲变压器耦合到次级，滤波后得到相应的直流低压输出电压。 该电路采用UC28C45芯片，通过变压器线圈感应出多组电压源。向主控板、驱动电路等提供 低压电源。
[0136] 图11为本发明设计的隔离驱动电路，即电流检测保护电路。驱动电路是将主控电 路中的12个PWM信号，经过光电隔离和放大之后，为逆变电路的换流器件提供驱动信号。本 发明设计中的隔离驱动电路由电流取样、信号隔离放大、信号放大输出三部分组成。7800A 光耦的放大系数为8。
[0137] 可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本 发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行 修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之 内。
【主权项】
1. 多电平逆变器的SHEPWM控制系统，包括DPS处理电路、电压采样电路、隔离驱动电路、 开关电源电路和电压传感器，其特征在于电压传感器、电压采样电路、DPS处理电路、隔离驱 动电路依次相连，隔离驱动电路的输出端口与T型三电平光伏并网逆变器的开关器件的控 制端口相连;电压传感器的输入端口与T型三电平光伏并网逆变器的输出端口相连;开关电 源电路的输出端口分别与DPS处理电路电源端口、电压采样电路电源端口、隔离驱动电路电 源端口相连。2. 根据权利要求1所述多电平逆变器的SHEPmi控制系统，其特征在于所述电压采样电 路采用0PA4376芯片U5，DPS处理电路采用TMS320F283XXPGF芯片U3，U5的3脚为检测三电平 光伏并网逆变器输出U-端口，U5的2脚为检测三电平光伏并网逆变器输出U+端口，U5的1脚 与U3的42脚相连； U5的5脚为检测三电平光伏并网逆变器输出V-端口，U5的6脚为检测三电平光伏并网逆 变器输出V+端口，U5的7脚与U3的46脚相连。3. 根据权利要求1所述多电平逆变器的SHEPmi控制系统，其特征在于所述开关电源电 路采用UC28C45芯片。4. 根据权利要求2所述多电平逆变器的SHEPmi控制系统，其特征在于所述隔离驱动电 路采用 7800A 光耦 1]10、1]11、1]13、1]14、1]15、1]16、1]17、1]18、1]19、1]20，1]11的2脚分别与陬~三极 管Q3的集电极、3.3V电源相连，Q3的基极与U3的5脚相连，Q3的发射极分别与地线、Ul 1的3脚 相连，U11的7脚为U1控制端； U10的2脚分别与NPN三极管Q2的集电极、3.3V电源相连，Q2的基极与U3的6脚相连，Q2的 发射极分别与地线、U10的3脚相连，U10的7脚为U2控制端； U14的2脚分别与NPN三极管Q6的集电极、3.3V电源相连，Q6的基极与U3的11脚相连，Q6 的发射极分别与地线、U14的3脚相连，U14的7脚为VI控制端； U13的2脚分别与NPN三极管Q5的集电极、3.3V电源相连，Q5的基极与U3的12脚相连，Q5 的发射极分别与地线、U13的3脚相连，U13的7脚为V2控制端； U16的2脚分别与NPN三极管Q8的集电极、3.3V电源相连，Q8的基极与U3的13脚相连，Q8 的发射极分别与地线、U16的3脚相连，U16的7脚为V3控制端； U17的2脚分别与NPN三极管Q9的集电极、3.3V电源相连，Q9的基极与U3的16脚相连，Q9 的发射极分别与地线、U17的3脚相连，U17的7脚为V4控制端； U15的2脚分别与NPN三极管Q7的集电极、3.3V电源相连，Q7的基极与U3的17脚相连，Q7 的发射极分别与地线、U15的3脚相连，U15的7脚为W1控制端； U18的2脚分别与NPN三极管Q10的集电极、3.3V电源相连，Q10的基极与U3的18脚相连， Q1 〇的发射极分别与地线、U18的3脚相连，U18的7脚为W2控制端； U20的2脚分别与NPN三极管Q12的集电极、3.3V电源相连，Q12的基极与U3的19脚相连， Q12的发射极分别与地线、U20的3脚相连，U20的7脚为W3控制端； U19的2脚分别与NPN三极管Q11的集电极、3.3V电源相连，Q11的基极与U3的20脚相连， Ql 1的发射极分别与地线、U19的3脚相连，U19的7脚为W4控制端。5. 多电平逆变器的SHEPWM控制方法，其特征在于包括以下部分： 1、建立T型三电平光伏并网逆变器的SHEPWM消谐模型，T型三电平逆变器单相输出电压 波形由傅里叶级数表示： Uo(t) = Σ[An sin(nωt)+Bn cos(nωt)] (1) 其t /pi中，Uo为逆变器输出电压;An、Bd振幅；ω为角频 率； SHEPmi波形具有正负两半周期的镜对称性，该级数的直流分量、余弦分量和偶次正弦 分量皆为零，仅含有奇次正弦项谐波;则：式中，Ud为逆变器直流侧电源电压值;N为在1/4周期内所取的开关角个数;akSN个开关 角中的第k个开关角； 选定的基波用q表示，则Bi = q;再令其余的n-1个低阶高次谐波幅值为零， 贝lJ:Bn = 0 n=l，3,5,7，··· (5) 设基波调制度如果消除5，7，11，13，…，6i-l，6i+l，…，Μ次谐波(M为可校 9 区的最高次谐波次数），得到：式中，Usm⑴为基波； SHEPmi控制用算法根据不同的m值计算出式(6)中满足要求的a值;所要求的解的是一 个非线性超越方程组，它有N个不同的解，即ai，a2，…，aWN，消去5,7，11，13次谐波，则N = 5,将式(6)变换为 L .-{?) 最小化多目标问题被统一成一个单目标问题，并作为目标函数：设计函数适应度为PSO算法中的速度和位置更新方程为i = l，2，···，m;d = l，2,…，D;k为迭代次数;randi，rand2是[0,1]之间的随机数；ω为惯 性权重;ci为认知学习因子;C2为社会学习因子;pdest为个体最优位置;gbest为整个群体的 最优位置； PSO算法作为变异算子引入BFO算法中，去除了式（10)速度更新算法中的个体认知部分 仅使用社会认知部分，即群体信息的共享部分，如式（12);同时，将通过PSO变异算子得到的 群体信息加入到位置更新方程中，如式（13);利用PSO算法的记忆功能提高BFO算法的全局 搜索能力和搜索效率； PSO的粒子速度更新公式为位置更新公式为其中j表示种群中个体的第j次趋向操作，k表示种群中个体的第k次复制操作，1表示种 群中个体的；0Uj，k，l)表示种群中的个体再执行第j次趋向操作、第k次复制操作、第1次迀 徙操作后的位置； 通过在BFO算法中引入PSO变异按公式（12)和（13)更新细菌位置，计算出新的适应值， 艮PSHEPWM控制的开关角； 2、进行以下步骤： (1) 系统初始化，确定不变的参数； (2) 随机初始化粒子群的速度和位置;根据式(8)的约束条件，随机产生一群可行解αι， α2,…，as，其中包含每个粒子的速度和位置；(3) 确定解空间3 进行迀徙操作循环，每个粒子以概率Ped被随机分布到解空 ， 间中； (4) 执行复制操作，定义健康度函数淘汰一半健康度较低的，并 r 复制另一半健康度较高的； (5) 执行趋向操作A随机方向的一个单位 向量；(6) 考虑细菌间的斥力和引力，计算细菌i的适应值函数J(i，j，k，l)$Jlast = J(i，j，k， 1)； (7) 细菌翻转搜寻最优位置，同时按公式(12)和（13)更新菌群的位置0Uj+l，k，l)，并计 算菌群的适应值J(i, j+l，k，l); J(i, j+l，k，l)=J(i,』_，1^，1)+]?;(01(」+1，1^，1)，？(]_+1，1^，1))，判断与了1 331；的大小并更新 Jlast的值； (8) 判断是否达到最大循环次数，是则输出最优开关角，否则进行循环； (9) 应用新的开关状态驱动三电平逆变器系统实现SHEPWM控制。
【文档编号】H02M7/5387GK105958854SQ201610463049
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】王丽梅, 刘思强, 闫玉莹
【申请人】沈阳工业大学