基于改进人工鱼群算法的特定谐波消除策略研究 (1)

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1、第一章绪论图1-1正弦PWM原理图2.空间矢量调制策略如图1-2为SVPWM空间矢量合成的基本原理。图1-2SVPWM合成空间矢量原理图空间矢量调制技术（SpaceVectorPulseWidthModulation,SVPWM）[18]，属于磁链跟踪型脉宽调制方法，其与载波调制技术的区别在于，空间矢量调制技术没有把逆变器和电动机分开来看，而是将二者看成一个整体。德国学者H.W.VanderBroek从控制电机的特点出发，三相电机输入正弦电流最终产生圆形旋转磁场，那么以该圆形磁场为基准，通过逆变器的不同开关状态组合，输出电压

2、矢量合成为一个与理想圆形磁场近似的实际磁链，通过不断的跟踪理想磁链，最终形成实际圆形磁场。3.多重化调制策略2第一章绪论多重化调制策略，通过变压器将多个较小功率的逆变器在输入侧进行串并联，每个逆变器都工作在同一频率下，但是对于每个逆变器的控制角设置一定相移，达到以小功率逆变器提供大输出容量的目的，同时也改善了输出波形质量[19-20]。若相邻两个逆变器的控制角相差π/3N，通过调整变压器变比以及变压器主副边的连接方式，输出电压波形为6(N-1)的阶梯波，多次谐波相互抵消，仅剩余6kN±1(k为整数)次谐波。但由于多重化技术需

3、要利用变压器进行波形的重组，变压器设计的困难制约了多重化调制策略的发展，增加了其使用成本。4.电流跟踪PWM调制策略图1-3电流跟踪调制策略原理图如图1-3为电流跟踪调制策略的基本原理[21]。在电流跟踪调制策略中，设置比较器对输出电流和给定电流进行比较，设置一定宽度的滞环带，当输出电流上升到了滞环带的上界时，滞环比较器输出端极性变换，改变开关器件的状态使输出电流减小，当输出减小至滞环区下限时，比较器输出极性再次变换，改变开关器件的状态使输出电流增大。这种调制策略，实际输出电流是在给定电流的滞环带宽度内呈锯齿状变化，从而得到

4、了所输出的波形。在逆变器的工作过程中，由于开关器件的非线性，以及在大功率的工作场合下，开关器件的开关频率受到限制，使得逆变器输出电压的谐波含量显著增加，其危害主要有[22-24]：（1）对电网质量的不利影响：随着电机控制系统在工农业生产中的广泛应用，变流器的使用比例大幅增加，向电网注入谐波，高频次谐波会造成电压电流波形发生畸变，会消耗相应频次的无功功率和有功功率。（2）对输电线路稳定的不利影响：电网内部的高频谐波，易使继电保护装置发生误动作，断路器的通断能力受到影响，消弧效果变差乃至产生电弧重燃，3第一章绪论容易发生短路；由

5、于电网中的用电设备的状态经常在变动之中，易于产生串联或并联谐振，在特定频率下产生谐振，在电网中产生过电压和过电流，使电力传输发生故障。（3）对用电设备的不利影响：电动机通入含有谐波的电网电流，会产生更大的噪声，运行过程中谐波电流在定子回路和转子绕组以及铁心中产生附加损耗，降低了电机的运行效率；如果发生谐振，会使电动机的输出转矩发生振荡，引起机械共振，容易造成事故；对于白炽灯等用电设备，谐波电流可能使其瞬时过电压，影响其寿命。（4）对变压器的不利影响：电网谐波会使电力系统中的变压器产生更大的铁耗和铜耗，主要包括铁心的磁滞损耗、

6、涡流损耗、电阻损耗和漏磁通带来的杂散损耗，谐波会使变压器铁芯产生磁致伸缩，进而产生变压器噪声。（5）对于计量设备和通信设备的不利影响：对于感应型电力计量设备，当谐波较大时，会产生较大计量误差，造成计量不准确；当通讯设备附近存在电力线路时，二者存在电磁效应和静电效应，产生了电磁场耦合，谐波分量对通信设备的音频造成干扰，降低了音频信号的质量，破坏音频信号的正常传导，不仅影响通信的清晰度，极端情况还会涉及生命安全。由于变流器工作中产生的谐波为电网和用电设备带来了诸多危害，对谐波污染的治理引起了人们的日益关注。半导体器件的开关过程不

7、是理想的，普遍存在导通和关断损耗。特别是在高电压大功率的情况下，电力电子器件的开关频率不宜超过1kHz，否则过大的开关损耗会影响器件寿命，降低系统效率。传统的脉宽调制原理，应用载波比比较的方式生成一系列脉冲波与正弦波拟合，由于本身脉冲生成机制的固有机理，不可避免的会产生大量的高频谐波[25]。因此，谐波污染程度已经成为了衡量电力电子变流装置优劣的重要指标。特定谐波消除技术通过计算非线性消谐方程，求得开关角，控制逆变器通断，达到了消除定次谐波，控制基波分量，改变谐波频谱分布的目的，因此特定消谐技术的研究得到了广泛的重视。虽然特

8、定谐波消除调制策略具有诸多优点，但其实现的最大困难在于非线性消谐方程组的求解。因此将新型智能寻优算法应用于特定谐波消除调制策略的非线性方程求解之中，并通过参数优化和算法改进，提高求解效果并进行仿真分析和实验研究具有现实意义。4第一章绪论1.2特定谐波消除技术研究现状以上所述的PWM调制策略