專利名稱：基于免疫算法的逆變器無死區(qū)控制優(yōu)化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及逆變器數字化控制技術領域，尤其是涉及基于免疫算法的逆變器無死區(qū)控制優(yōu)化方法。
背景技術：
隨著電力電子技術的發(fā)展，PWM電壓源型逆變器(VSI)在變頻調速、智能電網等現代工業(yè)生產和居民生活中得到廣泛的應用。從理論上來說采用PWM控制后逆變器輸出波形的諧波成份應該較高(集中在載波頻率的整數倍周圍)。但實際應用中，半導體開關器件具有非理想的開關特性，使器件開通時間小于關斷時間，容易造成同相橋臂互補的兩個功率器件開關發(fā)生直通短路故障，為避免這種情況，通常將信號延時導通或是提前關斷即設置·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，電機轉矩產生脈動及增加諧波損耗等，尤其是在電壓低，開關頻率高時影響更為嚴重。為了減小和消除死區(qū)的影響，很多專家、學者進行了大量研究，主要包括幾個方面①死區(qū)補償，②死區(qū)時間最小化，③消除死區(qū)時間。死區(qū)補償方法主要是對死區(qū)誤差進行電壓補償，或者調整的驅動脈沖信號PWM寬度而進行時間的補償，使實際的開通時間與理想導通時間相一致。2007年，Oliveira A. C.等提出通過改變開關頻率與門極信號脈寬來減少逆變器輸出電壓的畸變，但其計算量大。Urasaki N等提出的在線補償方法可以消除功率管開關時間以及功率管上壓降的變動對死區(qū)補償效果的影響，但其前提是電動機參數必須準確。Kim S. Y等提出通過在基波指令電壓矢量上疊加一個補償矢量以抵消死區(qū)引起的擾動電壓矢量，但硬件檢測電路帶來了不可靠性、復雜性。何正義等通過在d-q坐標系下計算電流大小，提出分別獨立地改變三個橋臂各自的死區(qū)時間，目的是使由死區(qū)引起的擾動電壓矢量跟隨電流矢量同步旋轉，但最小死區(qū)允許時間是由器件自身決定且在運行中其值也是個變量。Choi J. S等提出禁止給不必要的開關門極驅動信號的一種的死區(qū)時間最小化的算法。當采用硬件對電流進行檢測或是計算時，存在引入A/D轉換的誤差以及檢測的滯后，并由于存在PWM的開關噪聲和零電流的鉗位現象，使得在電流檢測中出現多個過零點的現象，難以準確獲取電流極性，所以死區(qū)補償與最小死區(qū)時間方法只是在一定程度上減少死區(qū)效應影響，但不能完全消除。消除死區(qū)時間是在分析設置死區(qū)的三要素條件基礎上，提出不設置死區(qū)的控制策略，其原理是電流在正負半周內，實際上同一橋臂只有一個功率器件與并聯二極管導通電流，所以可以禁止實際不導通電流的功率器件驅動信號，讓其一直處于關斷狀態(tài)，則上下開關之間不用再設置死區(qū)，實現無死區(qū)控制，但該方法需要準確獲取每個開關的狀態(tài)檢測情況以及電流極性。L. H. Chen等提出通過判斷功率管并聯二極管是否導通來檢測電流方向而引入了電流檢測硬件電路，并且Lin Y. K后提出了不需要為檢測電路提供單獨的獨立電源，但是這兩種方法引入檢測回路，同時也將會產生經濟型和可靠性等方面的缺點。此外，這種死區(qū)消除方法并不適應于多個電流過零點的情況。當電流在零點附近時其電流方向將發(fā)生快速頻繁的變換，且數字信號的采樣延時或計算延時這樣更易造成驅動信號的缺失，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)無死區(qū)控制與過零區(qū)域死區(qū)補償的兩種方法的結合，該方法可以有效的消除死區(qū)影響，但是上述死區(qū)時間控制的方法都是基于兩電平PWM控制策略。

發(fā)明內容
本發(fā)明主要是解決現有技術所存在的技術問題；提供了一種有效的解決了消除逆變器死區(qū)影響的過零點的問題，且不需要非常精確的電流極性檢測裝置的基于免疫算法的逆變器無死區(qū)控制優(yōu)化方法。本發(fā)明還有一目的是解決現有技術所存在的技術問題；提供了一種能夠使逆變器開關器件開關狀態(tài)的過渡更加平滑，實現了各區(qū)域之間無縫過渡的無死區(qū)控制的基于免疫算法的逆變器無死區(qū)控制優(yōu)化方法。本發(fā)明再有一目的是解決現有技術所存在的技術問題；提供了一種明顯減少逆變器輸出波形總諧波畸變率，提高了輸出波形質量的基于免疫算法的逆變器無死區(qū)控制優(yōu)化方法。本發(fā)明最后有一目的是解決現有技術所存在的技術問題；提供了一種能夠最大限度地減少開關損耗，且由于開關動作次數平均分配則可以提高器件的利用率和延長使用周期的基于免疫算法的逆變器無死區(qū)控制優(yōu)化方法。本發(fā)明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的一種基于免疫算法的逆變器無死區(qū)控制優(yōu)化方法，其特征在于，。步驟1，設定迭代次數k，并根據編碼操作產生初始群體，定義抗體是單相逆變器開關模式對應的一組數字串，其染色體結構可以定義如下Chrom=X1, X2, X3,…Xn其中Xm(m=l，2，3…N)即表示每個開關對應的開關序列，Xm在0，1，2三個值中取值，其中，初始種群是在滿足編碼操作及無死區(qū)時間的約束條件情況下隨機產生的；步驟2，注射疫苗，即將作為治療性疫苗的抗體加入步驟I產生的初始抗體種群中，與隨機生成的染色體，得到初始的抗體種群；步驟3，對當前的抗體種群中每一條染色體計算親和度，以及當前的種群中每一條染色體的濃度；步驟4，根據步驟3所得親和度和濃度對當前的抗體種群中每一條抗體計算免疫選擇函數值，將免疫選擇函數值低的抗體按概率從當前的抗體種群中去除；步驟5，針對步驟4完成的抗體種群進行交叉操作，即以設定概率在某兩個個體的交叉點發(fā)生相互交換；步驟6，針對步驟5完成抗體種群進行變異操作，即對抗體上的某一位或一些基因座上的基因值按照設定的變異概率進行的突變；步驟7，判斷當前迭代次數k是否達到設定的最大迭代次數，是則進入步驟8，否則設當前迭代次數k=k+l，返回到步驟3進行下一次迭代；步驟8，對當前的抗體種群中每一條抗體計算親和度，判斷當前所得結果是否收斂，是則進入步驟9，否則以當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行迭代；步驟9，對當前的抗體種群中每一條抗體計算免疫選擇函數值，根據免疫選擇函數值最大的抗體得到消除死區(qū)影響的單相逆變器的整個周期中(Γ π /2部分或(Γ π部分的開關狀態(tài)控制序列。在上述的基于免疫算法的逆變器無死區(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死區(qū)時間的約束條件情況下隨機產生的，根據電流區(qū)域劃分，其約束條件為，在電流下降的過零區(qū)域染色體基因編碼只能為序列“2”，在電流上升的過零區(qū)域染色體基因編碼只能為序列“ I ”，在過渡區(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與開關損耗，親和度的獲取基于公式
權利要求
1.一種基于免疫算法的逆變器無死區(qū)控制優(yōu)化方法，其特征在于，。
步驟1，設定迭代次數k，并根據編碼操作產生初始群體，定義抗體是單相逆變器開關模式對應的一組數字串，其染色體結構定義如下 Chrom=X1, X2, X3, ··· Xn 其中Xm(m=l，2，3-N)即表示每個開關對應的開關序列，Xm在0，1，2三個值中取值，其中，初始種群是在滿足編碼操作及無死區(qū)時間的約束條件情況下隨機產生的； 步驟2，注射疫苗，即將作為治療性疫苗的抗體加入步驟I產生的初始抗體種群中，與隨機生成的染色體，得到初始的抗體種群； 步驟3,對當前的抗體種群中每一條染色體計算親和度，以及當前的種群中每一條染色體的濃度； 步驟4，根據步驟3所得親和度和濃度對當前的抗體種群中每一條抗體計算免疫選擇函數值，將免疫選擇函數值低的抗體按概率從當前的抗體種群中去除； 步驟5，針對步驟4完成的抗體種群進行交叉操作，即以設定概率在某兩個個體的交叉點發(fā)生相互交換； 步驟6，針對步驟5完成抗體種群進行變異操作，即對抗體上的某一位或一些基因座上的基因值按照設定的變異概率進行的突變； 步驟7，判斷當前迭代次數k是否達到設定的最大迭代次數，是則進入步驟8，否則設當前迭代次數k=k+l，返回到步驟3進行下一次迭代； 步驟8，對當前的抗體種群中每一條抗體計算親和度，判斷當前所得結果是否收斂，是則進入步驟9，否則以當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行迭代； 步驟9，對當前的抗體種群中每一條抗體計算免疫選擇函數值，根據免疫選擇函數值最大的抗體得到消除死區(qū)影響的單相逆變器的整個周期中(Γ π /2部分或(Γ π部分的開關狀態(tài)控制序列。
2.根據權利要求I所述的基于免疫算法的逆變器無死區(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死區(qū)時間的約束條件情況下隨機產生的，根據電流區(qū)域劃分，其約束條件為，在電流下降的過零區(qū)域染色體基因編碼只能為序列2，在電流上升的過零區(qū)域染色體基因編碼只能為序列1，在過渡區(qū)域，染色體基因編碼只能為序列O0
3.根據權利要求I所述的基于免疫算法的逆變器無死區(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與開關損耗，親和度的獲取基于公式 式中，Xi表示第i條抗體，Im(t)表示實際電流值，用Im⑴等效ι Δ t到(m+Ι) Δ t這段時間的實際電流平均值，If (t)表示理想電流值。
4.根據權利要求3所述的基于免疫算法的逆變器無死區(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中的兩個矢量，它們通過函數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.根據權利要求I所述的基于免疫算法的逆變器無死區(qū)控制優(yōu)化方法，其特征在于，步驟4中,將免疫選擇函數設為
6.根據權利要求I所述的基于免疫算法的逆變器無死區(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基因位隨機產生的概率大于交叉率，則從該基因位開始，兩條染色體的基因發(fā)生互換。
7.根據權利要求I所述的基于免疫算法的逆變器無死區(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基因位隨機產生的概率大于變異率，若原序列為1，則隨機突變?yōu)镺或2 ;原序列為O，則隨機突變?yōu)镮或2 ;原序列為2，則隨機突變?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)影響方法的基礎上，針對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條件下，通過劃分參考電流區(qū)域確定開關序列，該發(fā)明可以實現在電流過零點附近以及各區(qū)域之間無縫過渡的無死區(qū)控制。并借助于免疫算法對滿足死區(qū)消除方法的PWM控制序列進行優(yōu)化，提高逆變器輸出波形質量。本發(fā)明所產生的無死區(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H02M7/5387GK102946208SQ20121049700
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權日2012年11月28日
發(fā)明者袁佳歆, 費雯麗, 陳柏超, 田翠華, 魏亮亮, 孫彬 申請人:武漢大學