一种三电平逆变器中点电压的控制方法

本发明涉及三电平逆变器控制，具体涉及一种三电平逆变器中点电压的控制方法。

背景技术：

1、三电平逆变器是目前应用广泛的逆变器类型之一，其中点电压不平衡和共模电压幅值高的问题关系到逆变器的性能及实际应用。中点电压不平衡直接影响逆变器的输出电压波形的质量以及器件的寿命等；共模电压虽然不会对逆变器的性能产生明显的影响，但是高的共模电压会对周围的操作人员以及设备造成危害还会降低逆变器的稳定性等。这两个问题如果不加以控制，会给逆变器的运行产生很大的影响，甚至会阻碍逆变器的发展和广泛应用。

2、关于中点电压平衡方法，目前国内外主要分为硬件和软件控制二大类。硬件控制的主要问题是系统复杂、成本高。相对于硬件控制方法，软件控制则具有很大的优势，第一点就是不需要另添加硬件电路和器件，可以有效控制成本；第二就是只需要对逆变器拓扑的控制策略进行优化，就能够实现中点电压平衡，更适合实际应用。因此，一直是研究者们研究的热点。

3、基于正弦载波的spwm调制方法(sinusoidal pwm，spwm)在目前的实际应用中很流行，在此调制方法中，一般是向逆变器中注入零序电流，因为只有零序电压分量是可以调节的，通过它来抵消中点电压的不平衡分量，从而达到中点电压平衡。空间矢量控制pwm调制方法(space vector pwm，svpwm)是yosluluro murai教授在上世纪80年代提出的，该方法容易实现，且对中点电压的控制也更加简单。其基本原理是利用三相桥臂上不同开关的通断来产生不同的状态组合，将这些组合状态表示为电压矢量，并通过这些不同的状态组合来合成输出电压。基于60°坐标系的svpwm方法是将svpwm方法从90°α-β坐标系转换到60°g-h坐标系上来运算，该方法计算流程简单，运算效率高。

4、因此，发明人提供了一种三电平逆变器中点电压的控制方法。

技术实现思路

1、(1)要解决的技术问题

2、本发明实施例提供了一种三电平逆变器中点电压的控制方法，解决了三电平逆变器中点电压的平衡控制效果较差的技术问题。

3、(2)技术方案

4、本发明提供了一种三电平逆变器中点电压的控制方法，包括以下步骤：

5、采用闭环控制实时监测三电平逆变器的中点电压状态；

6、根据所述中点电压状态，建立与逆变器中点电压对应的虚拟中矢量优化值的目标函数；

7、采用遗传-粒子群优化算法，确定所述目标函数中的动态参数的最优值；其中，所述虚拟中矢量优化值与所述动态参数相关；

8、依据所述动态参数的最优值及虚拟中矢量作用时间，确定所述目标函数的最优值；

9、利用所述目标函数的最优值调整所述三电平逆变器的中点电压处于设定波动范围内。

10、进一步地，所述三电平逆变器为三相全桥式结构。

11、进一步地，所述采用闭环控制实时监测三电平逆变器的中点电压状态，具体为：

12、采集所述三电平逆变器的中点电压值，获得逆变器直流侧上下电容的电压差值。

13、进一步地，所述根据所述中点电压状态，建立与逆变器中点电压对应的虚拟中矢量优化值的目标函数，具体包括如下步骤：

14、依据动态参数、中点电流及虚拟中矢量作用时间，确定所述虚拟中矢量优化值作用一个周期内流经中点处的电荷量；

15、依据所述电荷量与逆变器上、下电容的电荷量差值的和，确定所述目标函数。

16、进一步地，将空间矢量图中的扇区划分为多个区域，并依据所述动态参数确定每个区域对应的所述虚拟中矢量优化值。

17、进一步地，所述采用遗传-粒子群优化算法，确定所述目标函数中的动态参数的最优值，具体包括如下步骤：

18、依据所述目标函数，确定适应度函数；

19、在位置向量的上下界范围内随机产生多个粒子群，对粒子群中的每个粒子个体进行编码；

20、采用随机函数初始化每个粒子群的位置和速度；

21、依据粒子群的位置矢量计算每个粒子群的适应度值，并将各粒子群的适应度值进行排序，将适应度值最高的粒子群与历史全局最优值比较，更新全局最优值；

22、计算每个粒子群的适应度值的选择概率并选择适应度值最高的粒子群；

23、对所述适应度值最高的粒子群中的每个粒子个体分别进行位置交叉和速度交叉；

24、分别对位置交叉、速度交叉后的每个粒子个体分别进行位置变异和速度变异；

25、计算所述适应度值最高的粒子群中的每个粒子个体的适应度值，更新所述适应度值最高的粒子群中的个体最优值和全局最优值；

26、根据动态惯性权重、学习因子对所述适应度值最高的粒子群中的粒子个体进行速度和位置的更新；

27、当满足预设的最优解或迭代次数超过设定最大值时，确定速度最优值和位置最优值；

28、依据所述速度最优值及所述位置最优值，确定其对应的粒子个体的最优适应度值；

29、将所述最优适应度值代入所述适应度函数，计算所述动态参数的最优值；

30、依据所述动态参数的最优值，确定所述目标函数。

31、进一步地，所述依据所述目标函数，确定适应度函数，具体为：

32、所述适应度函数为所述目标函数与1之和的倒数。

33、进一步地，所述依据粒子群的位置矢量计算每个粒子群的适应度值，具体为：

34、将粒子群的位置矢量xi(t)代入f＝x2+1，确定所述粒子群的适应度值。

35、进一步地，所述动态惯性权重的取值范围为0.4～0.9。

36、进一步地，所述学习因子取值范围为1～2。

37、(3)有益效果

38、综上，本发明通过采用闭环控制，实时监测中点电压状态；根据中点电压状态，采用遗传-粒子群优化算法来获得虚拟矢量的最佳占空比；使流过中点的电荷量和逆变器直流侧上、下电容的电荷量差值小于允许的中点电压波动范围值，以保证中点电压平衡，能够对中点电压进行实时调节，具有更好的中点电压平衡效果。

技术特征：

1.一种三电平逆变器中点电压的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的三电平逆变器中点电压的控制方法，其特征在于，所述三电平逆变器为三相全桥式结构。

3.根据权利要求1所述的三电平逆变器中点电压的控制方法，其特征在于，所述采用闭环控制实时监测三电平逆变器的中点电压状态，具体为：

4.根据权利要求3所述的三电平逆变器中点电压的控制方法，其特征在于，所述根据所述中点电压状态，建立与逆变器中点电压对应的虚拟中矢量优化值的目标函数，具体包括如下步骤：

5.根据权利要求1所述的三电平逆变器中点电压的控制方法，其特征在于，将空间矢量图中的扇区划分为多个区域，并依据所述动态参数确定每个区域对应的所述虚拟中矢量优化值。

6.根据权利要求1所述的三电平逆变器中点电压的控制方法，其特征在于，所述采用遗传-粒子群优化算法，确定所述目标函数中的动态参数的最优值，具体包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的三电平逆变器中点电压的控制方法，其特征在于，所述依据所述目标函数，确定适应度函数，具体为：

8.根据权利要求6所述的三电平逆变器中点电压的控制方法，其特征在于，所述依据粒子群的位置矢量计算每个粒子群的适应度值，具体为：

9.根据权利要求6所述的三电平逆变器中点电压的控制方法，其特征在于，所述动态惯性权重的取值范围为0.4～0.9。

10.根据权利要求6所述的三电平逆变器中点电压的控制方法，其特征在于，所述学习因子取值范围为1～2。

技术总结
本发明涉及三电平逆变器控制技术领域，具体涉及一种三电平逆变器中点电压的控制方法，该方法包括步骤：采用闭环控制实时监测三电平逆变器的中点电压状态；根据中点电压状态，建立与逆变器中点电压对应的虚拟中矢量优化值的目标函数；采用遗传‑粒子群优化算法，确定目标函数中的动态参数的最优值；其中，虚拟中矢量优化值与动态参数相关；依据动态参数的最优值及虚拟中矢量作用时间，确定目标函数的最优值；利用目标函数的最优值调整三电平逆变器的中点电压处于设定波动范围内。该三电平逆变器中点电压的控制方法的目的是解决三电平逆变器中点电压的平衡控制效果较差的问题。

技术研发人员：廖微,彭向军,吴昊,戴健,李枢
受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院系统工程研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13