[发明专利]一种三相电压源型逆变器的多目标满意优化脉宽调制策略

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种三相电压源型逆变器，尤其涉及一种三相电压源型逆变器的多目标满意优化脉宽调制策略。

背景技术

两电平电压源型逆变器(two-level voltage source inverters，2L-VSI)被广泛应用于新能源发电、不间断电源、电能质量治理、电动汽车等领域。对于2L-VSI，人们往往在追求多个指标满意的基础上偏重于优化单个或多个指标，在不同应用领域，2L-VSI的控制指标的偏重点不尽相同。如在电动自行车领域，侧重点在于简化脉宽调制策略(pulse width modulation，PWM)，以保证低成本的数字芯片能够有效地完成运算；在电能质量治理领域，输出谐波为优先控制指标，以减小逆变器固有输出谐波对电网的影响；而在电动汽车领域，更加关注逆变器的开关损耗，以提高电能利用效率，增加续航里程。传统的PWM策略往往只能实现单个控制目标的局部优化，而忽略了其他性能指标，然而随着2L-VSI应用领域的不断扩展，人们对于现代逆变器系统提出越来越多的设计要求，此时传统的PWM凸显局限性。

针对不同的优化目标，国内外学者对逆变器的高性能PWM进行了广泛研究。针对PWM线性调制范围扩展的问题，空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation，SVPWM)以及零序分量注入PWM等使得最大线性调制度扩展到1.15。针对2L-VSI输出总谐波畸变率(total harmonic distortion，THD)较大的问题，应用智能控制算法(如神经网络、免疫算法、遗传算法等)计算逆变器的开关时刻，有效减小了输出谐波，并削弱了系统非线性对调制性能的影响，但计算量过大。针对功率开关器件开关损耗较大的问题，不连续脉宽调制策略(discontinuous pulse width modulation，DPWM)能够在若干个载波周期实现上或下母线钳位，以降低实际开关频率，但是相对于连续PWM，DPWM不具有谐波边带消除的现象，使得加权谐波总畸变率(weighted total harmonic distortion，WTHD)增加。

发明内容

为了克服传统PWM逆变器存在的难题，本发明提出一种三相电压源型逆变器的多目标满意优化脉宽调制策略。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明的PWM在单个载波周期内进行寻优，以电流纹波损耗控制目标取代传统的谐波总畸变率(total harmonic distortion，THD)指标，有效地在时域内实现了单个控制指标的全局优化。

三相电压源型逆变器的多目标满意优化脉宽调制策略，包括两电平电压源型逆变器、全局优化PWM、开关损耗优化三个部分。

所述两电平电压源型逆变器由六个二极管组成不可控整流电路、两个电容组成滤波电容、六个IGBT反并联二极管的桥式电路组成逆变电路。

所述全局优化PWM通过设定控制目标的优先级，分别对各目标进行控制。

所述开关损耗优化利用三相伏秒平衡准则方程组的特解大于0且小于载波周期。

本发明的有益效果是：本发明首先通过对单个载波周期内的伏秒平衡方程组特解的数学规划模型的求解，得到线性调制范围扩展、输出电流纹波损耗与开关损耗3个优化目标对应的全局最优解。其次，提出了一种基于伏秒平衡方程组特解在线规划的多目标满意PWM。最后，通过调整开关损耗系数界限来灵活地调整各控制目标的重要性，以满足不同应用领域的需求。

附图说明

图1两电平电压源型逆变器拓扑。

图2开关损耗优化PWM算法流程。

具体实施方案

图1中，直流母线电压记为U_dc，母线中点记作o，三相阻感负载星形连接，其中性点记作n。PWM的各项性能取决于两个方面，一是脉冲的宽度，二是脉冲的位置。当上管开通时，输出端至直流母线中点的电压Udc/2，记为P状态，否则记为N状态，而实际输出电压与参考电压之间的差异会导致实际电流中存在高频谐波。

根据上述分析，在一个载波周期Ts内，PWM的单目标优化可以转化为特解分量的数学规划。首先，对于线性调制度扩展的控制指标，可以建立三相伏秒平衡准则方程组的特解必须大于0且小于载波周期，因为脉冲发生器无法产生宽度为负或大于Ts的触发脉冲，否则导致所求出的特解为无效解。其次，对于输出电流纹波损耗这一控制指标，可以建立目标函数。不同电压空间矢量对应的纹波斜率，可由相对应的戴维南等效电路计算。对于开关损耗指标可用相同的方法实现全局最优化。