[发明专利]基于免疫算法的三相逆变器最优空间矢量PWM控制方法

说明书

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）。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S_m按以下公式取值，

三相逆变器的工作状态采用三相电压空间矢量（S_aS_bS_c）表示，包括矢量V₀（000）、V₁（001）、V₂（010）、V₃（011）、V₄（100）、V₅（101）、V₆（110）、V₇（111）；

采用免疫算法求取对三相逆变器的整个周期中0~2π/3部分的开关状态控制序列，然后经过对称变换得到整个周期中的开关状态控制序列，所述求取0~2π/3部分的开关状态控制序列包括以下步骤，

步骤1，编码操作，包括设置每一条抗体含有两条子抗体x和y，一条子抗体x包括0~2π/3部分的开关状态控制序列的所有合成矢量，每个合成矢量包括4个不同矢量V_m，子抗体x的每个基因位用矢量V_m的相应数值表示，矢量V_m的相应数值为m，m的取值范围为0、1、2、3、4、5、6、7；另一条子抗体y的基因位是与子抗体x各基因位的矢量V_m分别对应的作用时间T_m；