專利名稱：基于免疫算法的逆變器無(wú)死區(qū)控制優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及逆變器數(shù)字化控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及基于免疫算法的逆變器無(wú)死區(qū)控制優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，PWM電壓源型逆變器(VSI)在變頻調(diào)速、智能電網(wǎng)等現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和居民生活中得到廣泛的應(yīng)用。從理論上來(lái)說(shuō)采用PWM控制后逆變器輸出波形的諧波成份應(yīng)該較高(集中在載波頻率的整數(shù)倍周?chē)?。但實(shí)際應(yīng)用中，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件具有非理想的開(kāi)關(guān)特性，使器件開(kāi)通時(shí)間小于關(guān)斷時(shí)間，容易造成同相橋臂互補(bǔ)的兩個(gè)功率器件開(kāi)關(guān)發(fā)生直通短路故障，為避免這種情況，通常將信號(hào)延時(shí)導(dǎo)通或是提前關(guān)斷即設(shè)置·死區(qū)。但死區(qū)的存在將使得輸出電壓和電流發(fā)生非線性畸變，且低次諧波增加，電機(jī)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生脈動(dòng)及增加諧波損耗等，尤其是在電壓低，開(kāi)關(guān)頻率高時(shí)影響更為嚴(yán)重。為了減小和消除死區(qū)的影響，很多專家、學(xué)者進(jìn)行了大量研究，主要包括幾個(gè)方面①死區(qū)補(bǔ)償，②死區(qū)時(shí)間最小化，③消除死區(qū)時(shí)間。死區(qū)補(bǔ)償方法主要是對(duì)死區(qū)誤差進(jìn)行電壓補(bǔ)償，或者調(diào)整的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)PWM寬度而進(jìn)行時(shí)間的補(bǔ)償，使實(shí)際的開(kāi)通時(shí)間與理想導(dǎo)通時(shí)間相一致。2007年，Oliveira A. C.等提出通過(guò)改變開(kāi)關(guān)頻率與門(mén)極信號(hào)脈寬來(lái)減少逆變器輸出電壓的畸變，但其計(jì)算量大。Urasaki N等提出的在線補(bǔ)償方法可以消除功率管開(kāi)關(guān)時(shí)間以及功率管上壓降的變動(dòng)對(duì)死區(qū)補(bǔ)償效果的影響，但其前提是電動(dòng)機(jī)參數(shù)必須準(zhǔn)確。Kim S. Y等提出通過(guò)在基波指令電壓矢量上疊加一個(gè)補(bǔ)償矢量以抵消死區(qū)引起的擾動(dòng)電壓矢量，但硬件檢測(cè)電路帶來(lái)了不可靠性、復(fù)雜性。何正義等通過(guò)在d-q坐標(biāo)系下計(jì)算電流大小，提出分別獨(dú)立地改變?nèi)齻€(gè)橋臂各自的死區(qū)時(shí)間，目的是使由死區(qū)引起的擾動(dòng)電壓矢量跟隨電流矢量同步旋轉(zhuǎn)，但最小死區(qū)允許時(shí)間是由器件自身決定且在運(yùn)行中其值也是個(gè)變量。Choi J. S等提出禁止給不必要的開(kāi)關(guān)門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的一種的死區(qū)時(shí)間最小化的算法。當(dāng)采用硬件對(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)或是計(jì)算時(shí)，存在引入A/D轉(zhuǎn)換的誤差以及檢測(cè)的滯后，并由于存在PWM的開(kāi)關(guān)噪聲和零電流的鉗位現(xiàn)象，使得在電流檢測(cè)中出現(xiàn)多個(gè)過(guò)零點(diǎn)的現(xiàn)象，難以準(zhǔn)確獲取電流極性，所以死區(qū)補(bǔ)償與最小死區(qū)時(shí)間方法只是在一定程度上減少死區(qū)效應(yīng)影響，但不能完全消除。消除死區(qū)時(shí)間是在分析設(shè)置死區(qū)的三要素條件基礎(chǔ)上，提出不設(shè)置死區(qū)的控制策略，其原理是電流在正負(fù)半周內(nèi)，實(shí)際上同一橋臂只有一個(gè)功率器件與并聯(lián)二極管導(dǎo)通電流，所以可以禁止實(shí)際不導(dǎo)通電流的功率器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)，讓其一直處于關(guān)斷狀態(tài)，則上下開(kāi)關(guān)之間不用再設(shè)置死區(qū)，實(shí)現(xiàn)無(wú)死區(qū)控制，但該方法需要準(zhǔn)確獲取每個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)檢測(cè)情況以及電流極性。L. H. Chen等提出通過(guò)判斷功率管并聯(lián)二極管是否導(dǎo)通來(lái)檢測(cè)電流方向而引入了電流檢測(cè)硬件電路，并且Lin Y. K后提出了不需要為檢測(cè)電路提供單獨(dú)的獨(dú)立電源，但是這兩種方法引入檢測(cè)回路，同時(shí)也將會(huì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)型和可靠性等方面的缺點(diǎn)。此外，這種死區(qū)消除方法并不適應(yīng)于多個(gè)電流過(guò)零點(diǎn)的情況。當(dāng)電流在零點(diǎn)附近時(shí)其電流方向?qū)l(fā)生快速頻繁的變換，且數(shù)字信號(hào)的采樣延時(shí)或計(jì)算延時(shí)這樣更易造成驅(qū)動(dòng)信號(hào)的缺失，所以不能可靠有效地消除死區(qū)的影響。楊波等提出采用常規(guī)無(wú)死區(qū)控制與過(guò)零區(qū)域死區(qū)補(bǔ)償?shù)膬煞N方法的結(jié)合，該方法可以有效的消除死區(qū)影響，但是上述死區(qū)時(shí)間控制的方法都是基于兩電平PWM控制策略。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問(wèn)題；提供了一種有效的解決了消除逆變器死區(qū)影響的過(guò)零點(diǎn)的問(wèn)題，且不需要非常精確的電流極性檢測(cè)裝置的基于免疫算法的逆變器無(wú)死區(qū)控制優(yōu)化方法。本發(fā)明還有一目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問(wèn)題；提供了一種能夠使逆變器開(kāi)關(guān)器件開(kāi)關(guān)狀態(tài)的過(guò)渡更加平滑，實(shí)現(xiàn)了各區(qū)域之間無(wú)縫過(guò)渡的無(wú)死區(qū)控制的基于免疫算法的逆變器無(wú)死區(qū)控制優(yōu)化方法。本發(fā)明再有一目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問(wèn)題；提供了一種明顯減少逆變器輸出波形總諧波畸變率，提高了輸出波形質(zhì)量的基于免疫算法的逆變器無(wú)死區(qū)控制優(yōu)化方法。本發(fā)明最后有一目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問(wèn)題；提供了一種能夠最大限度地減少開(kāi)關(guān)損耗，且由于開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)平均分配則可以提高器件的利用率和延長(zhǎng)使用周期的基于免疫算法的逆變器無(wú)死區(qū)控制優(yōu)化方法。本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的一種基于免疫算法的逆變器無(wú)死區(qū)控制優(yōu)化方法，其特征在于，。步驟1，設(shè)定迭代次數(shù)k，并根據(jù)編碼操作產(chǎn)生初始群體，定義抗體是單相逆變器開(kāi)關(guān)模式對(duì)應(yīng)的一組數(shù)字串，其染色體結(jié)構(gòu)可以定義如下Chrom=X1, X2, X3,…Xn其中Xm(m=l，2，3…N)即表示每個(gè)開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)序列，Xm在0，1，2三個(gè)值中取值，其中，初始種群是在滿足編碼操作及無(wú)死區(qū)時(shí)間的約束條件情況下隨機(jī)產(chǎn)生的；步驟2，注射疫苗，即將作為治療性疫苗的抗體加入步驟I產(chǎn)生的初始抗體種群中，與隨機(jī)生成的染色體，得到初始的抗體種群；步驟3，對(duì)當(dāng)前的抗體種群中每一條染色體計(jì)算親和度，以及當(dāng)前的種群中每一條染色體的濃度；步驟4，根據(jù)步驟3所得親和度和濃度對(duì)當(dāng)前的抗體種群中每一條抗體計(jì)算免疫選擇函數(shù)值，將免疫選擇函數(shù)值低的抗體按概率從當(dāng)前的抗體種群中去除；步驟5，針對(duì)步驟4完成的抗體種群進(jìn)行交叉操作，即以設(shè)定概率在某兩個(gè)個(gè)體的交叉點(diǎn)發(fā)生相互交換；步驟6，針對(duì)步驟5完成抗體種群進(jìn)行變異操作，即對(duì)抗體上的某一位或一些基因座上的基因值按照設(shè)定的變異概率進(jìn)行的突變；步驟7，判斷當(dāng)前迭代次數(shù)k是否達(dá)到設(shè)定的最大迭代次數(shù)，是則進(jìn)入步驟8，否則設(shè)當(dāng)前迭代次數(shù)k=k+l，返回到步驟3進(jìn)行下一次迭代；步驟8，對(duì)當(dāng)前的抗體種群中每一條抗體計(jì)算親和度，判斷當(dāng)前所得結(jié)果是否收斂，是則進(jìn)入步驟9，否則以當(dāng)前的抗體種群作為治療性疫苗的抗體，返回到步驟I重新生成加入初始抗體種群進(jìn)行迭代；步驟9，對(duì)當(dāng)前的抗體種群中每一條抗體計(jì)算免疫選擇函數(shù)值，根據(jù)免疫選擇函數(shù)值最大的抗體得到消除死區(qū)影響的單相逆變器的整個(gè)周期中(Γ π /2部分或(Γ π部分的開(kāi)關(guān)狀態(tài)控制序列。在上述的基于免疫算法的逆變器無(wú)死區(qū)控制優(yōu)化方法，所述步驟I中，初始種群是在滿足編碼操作及無(wú)死區(qū)時(shí)間的約束條件情況下隨機(jī)產(chǎn)生的，根據(jù)電流區(qū)域劃分，其約束條件為，在電流下降的過(guò)零區(qū)域染色體基因編碼只能為序列“2”，在電流上升的過(guò)零區(qū)域染色體基因編碼只能為序列“ I ”，在過(guò)渡區(qū)域，染色體基因編碼只能為序列“O”。在上述的基于免疫算法的逆變器無(wú)死區(qū)控制優(yōu)化方法，所述步驟3中，親和度由于需要綜合考慮THD與開(kāi)關(guān)損耗，親和度的獲取基于公式
權(quán)利要求
1.一種基于免疫算法的逆變器無(wú)死區(qū)控制優(yōu)化方法，其特征在于，。
步驟1，設(shè)定迭代次數(shù)k，并根據(jù)編碼操作產(chǎn)生初始群體，定義抗體是單相逆變器開(kāi)關(guān)模式對(duì)應(yīng)的一組數(shù)字串，其染色體結(jié)構(gòu)定義如下 Chrom=X1, X2, X3, ··· Xn 其中Xm(m=l，2，3-N)即表示每個(gè)開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)序列，Xm在0，1，2三個(gè)值中取值，其中，初始種群是在滿足編碼操作及無(wú)死區(qū)時(shí)間的約束條件情況下隨機(jī)產(chǎn)生的； 步驟2，注射疫苗，即將作為治療性疫苗的抗體加入步驟I產(chǎn)生的初始抗體種群中，與隨機(jī)生成的染色體，得到初始的抗體種群； 步驟3,對(duì)當(dāng)前的抗體種群中每一條染色體計(jì)算親和度，以及當(dāng)前的種群中每一條染色體的濃度； 步驟4，根據(jù)步驟3所得親和度和濃度對(duì)當(dāng)前的抗體種群中每一條抗體計(jì)算免疫選擇函數(shù)值，將免疫選擇函數(shù)值低的抗體按概率從當(dāng)前的抗體種群中去除； 步驟5，針對(duì)步驟4完成的抗體種群進(jìn)行交叉操作，即以設(shè)定概率在某兩個(gè)個(gè)體的交叉點(diǎn)發(fā)生相互交換； 步驟6，針對(duì)步驟5完成抗體種群進(jìn)行變異操作，即對(duì)抗體上的某一位或一些基因座上的基因值按照設(shè)定的變異概率進(jìn)行的突變； 步驟7，判斷當(dāng)前迭代次數(shù)k是否達(dá)到設(shè)定的最大迭代次數(shù)，是則進(jìn)入步驟8，否則設(shè)當(dāng)前迭代次數(shù)k=k+l，返回到步驟3進(jìn)行下一次迭代； 步驟8，對(duì)當(dāng)前的抗體種群中每一條抗體計(jì)算親和度，判斷當(dāng)前所得結(jié)果是否收斂，是則進(jìn)入步驟9，否則以當(dāng)前的抗體種群作為治療性疫苗的抗體，返回到步驟I重新生成加入初始抗體種群進(jìn)行迭代； 步驟9，對(duì)當(dāng)前的抗體種群中每一條抗體計(jì)算免疫選擇函數(shù)值，根據(jù)免疫選擇函數(shù)值最大的抗體得到消除死區(qū)影響的單相逆變器的整個(gè)周期中(Γ π /2部分或(Γ π部分的開(kāi)關(guān)狀態(tài)控制序列。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于免疫算法的逆變器無(wú)死區(qū)控制優(yōu)化方法，其特征在于，步驟I中，初始種群是在滿足編碼操作及無(wú)死區(qū)時(shí)間的約束條件情況下隨機(jī)產(chǎn)生的，根據(jù)電流區(qū)域劃分，其約束條件為，在電流下降的過(guò)零區(qū)域染色體基因編碼只能為序列2，在電流上升的過(guò)零區(qū)域染色體基因編碼只能為序列1，在過(guò)渡區(qū)域，染色體基因編碼只能為序列O0
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于免疫算法的逆變器無(wú)死區(qū)控制優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟3中，親和度由于需要綜合考慮THD與開(kāi)關(guān)損耗，親和度的獲取基于公式 式中，Xi表示第i條抗體，Im(t)表示實(shí)際電流值，用Im⑴等效ι Δ t到(m+Ι) Δ t這段時(shí)間的實(shí)際電流平均值，If (t)表示理想電流值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于免疫算法的逆變器無(wú)死區(qū)控制優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟3中，染色體的濃度的獲取方法是定義第i條抗體Xi和第j條抗體\為在空間X中的兩個(gè)矢量，它們通過(guò)函數(shù)f映射到空間Y中稱為矢量f (Xi)、f(xj)，因此矢量f (Xi)、f(xj)在Y空間中的距離為
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于免疫算法的逆變器無(wú)死區(qū)控制優(yōu)化方法，其特征在于，步驟4中,將免疫選擇函數(shù)設(shè)為
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于免疫算法的逆變器無(wú)死區(qū)控制優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟5中，交叉操作的具體操作是若判定兩條染色體某個(gè)基因位隨機(jī)產(chǎn)生的概率大于交叉率，則從該基因位開(kāi)始，兩條染色體的基因發(fā)生互換。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于免疫算法的逆變器無(wú)死區(qū)控制優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟6中，變異操作的具體操作是若判定染色體某個(gè)基因位隨機(jī)產(chǎn)生的概率大于變異率，若原序列為1，則隨機(jī)突變?yōu)镺或2 ;原序列為O，則隨機(jī)突變?yōu)镮或2 ;原序列為2，則隨機(jī)突變?yōu)镮或O。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于免疫算法的逆變器無(wú)死區(qū)控制優(yōu)化方法。本發(fā)明在分析各種減少或消除死區(qū)影響方法的基礎(chǔ)上，針對(duì)單相全橋逆變器提出一種新的三電平死區(qū)消除方法。在不需要精確的電流極性檢測(cè)條件下，通過(guò)劃分參考電流區(qū)域確定開(kāi)關(guān)序列，該發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)在電流過(guò)零點(diǎn)附近以及各區(qū)域之間無(wú)縫過(guò)渡的無(wú)死區(qū)控制。并借助于免疫算法對(duì)滿足死區(qū)消除方法的PWM控制序列進(jìn)行優(yōu)化，提高逆變器輸出波形質(zhì)量。本發(fā)明所產(chǎn)生的無(wú)死區(qū)最優(yōu)PWM控制序列與常規(guī)控制策略相比不僅能有效地消除死區(qū)影響，還能明顯減小逆變器輸出波形的總諧波畸變率(THD)。
文檔編號(hào)H02M7/5387GK102946208SQ20121049700
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者袁佳歆, 費(fèi)雯麗, 陳柏超, 田翠華, 魏亮亮, 孫彬 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)