[發明專利]一種特定諧波抑制優化PWM的實現方法

有效

• 申請號: 201711067943.6
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN107645234B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 宋鵬;金雪峰;田凱;楊雨菲;姜一達;王自滿
• 申請（專利權）人: 天津電氣科學研究院有限公司
• 主分類號: H02M1/12
• 分類號: H02M1/12
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王利文

本發明涉及一種特定諧波抑制優化PWM的實現方法，其主要技術特點是包括以下步驟：采用正態分布方法確定開關角度初值；確定開關角度連續約束條件及窄脈沖約束條件；使用序列二次規劃法將開關角度初值、約束條件與目標函數進行迭代計算。本發明設計合理，其采用正態分布方法合理設置開關角度初值，并補充開關角度連續約束條件及電壓幅值連續約束條件，最終計算出的開關角度能夠隨給定電壓幅值連續變化，使本方法能夠在閉環控制系統當中獲得實際應用。

技術領域

本發明屬于大功率變頻器技術領域，尤其是一種特定諧波抑制優化PWM的實現方法。

背景技術

隨著工業技術和生產能力的進步，市場對大功率變頻器的需求日益增加，變頻器的單機容量也越來越大。損耗和散熱性能決定了變頻器的溫升，因此也決定了變頻器的最大容量，減少損耗、增加散熱能力是大功率變頻器研發的關鍵問題。減小變頻器的開關頻率可以有效降低功率開關器件的開關損耗，但會使得輸出電壓諧波含量增加，導致變頻系統控制性能、整體損耗、電磁兼容等一系列問題。采用優化PWM調制降低諧波含量是解決這一問題的重要研究方向。

特定諧波消除(Specific Harmonic Elimination,SHE)PWM是目前常見的一種優化PWM方法(“Generalized techniques of harmonic eliminationand voltage controlin thyristor inverters—Part 1:Harmonicelimination,”,H.S.Patel and R.G.Hoft,IEEE Trans.Ind.Appl.,vol.IA-9,no.3,pp.310–317,May/Jun.1973.)。該方法基于對PWM開關角度的預計算，將PWM波形中指定的低階諧波含量限制為0，剩余的高次諧波通過硬件濾波器或電感負載即可抑制其含量。但是，由于低次諧波被限制為0，使得SHEPWM的諧波含能量集中分布在高次諧波，特別是前幾階未被消除的諧波含量會顯著增大。為了削弱這些高次諧波，濾波器必須使用較大的電感、電容器件，體積、重量和成本均會增加。針對這一問題，文獻(“Generalized techniques ofharmonic eliminationand voltage control inthyristor inverters—Part 1:Harmonicelimination,”H.S.PatelandR.G.Hoft,IEEETrans.Ind.Appl,vol.IA-9,no.3,pp.310–317,May/Jun.1973.)與(“A FlexibleSelective Harmonic MitigationTechnique to Meet Grid Codes in Three-Level PWMConverters,”L.Garcia Franquelo,J.Nápoles,R.C.Portillo Guisado,J.Ignacio Leónand Miguel A.Aguirre,Trans.Industrial Electronics,Volume 54,Issue6Dec.2007p.p.3022-3029.)提出一種特定諧波抑制(Specific Harmonic Mitigation,SHM)PWM方法，其在預計算開關角度時不讓低次諧波含量為0，而是確保其含量低于電網諧波標準中規定的限值，從而將求解超越方程組的問題轉化為帶有約束條件的非線性優化問題。而且，在對這一優化問題求解過程中，還可以把其他一些技術因素引入目標函數，例如窄脈沖條件、THD限制，等等。因此，SHMPWM方法輸出電壓的諧波能量在低頻和高頻均有分布，相比于SHEPWM方法，其高次諧波含量較低，對濾波器的要求也較低。

在SHMPWM方法中，開關角的計算需要在線下確定約束條件與目標函數，而后編寫程序在線計算角度初值，將其與約束條件、目標函數一同代入到算法模塊對應每個基波幅值進行計算。其中，確定約束條件、目標函數的方法如下：

1、確定約束條件