专利名称：基于免疫算法的逆变器无死区控制优化方法
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逆变器无死区控制优化方法。
背景技术：
随着电力电子技术的发展，PWM电压源型逆变器(VSI)在变频调速、智能电网等现代工业生产和居民生活中得到广泛的应用。从理论上来说采用PWM控制后逆变器输出波形的谐波成份应该较高(集中在载波频率的整数倍周围)。但实际应用中，半导体开关器件具有非理想的开关特性，使器件开通时间小于关断时间，容易造成同相桥臂互补的两个功率器件开关发生直通短路故障，为避免这种情况，通常将信号延时导通或是提前关断即设置·死区。但死区的存在将使得输出电压和电流发生非线性畸变，且低次谐波增加，电机转矩产生脉动及增加谐波损耗等，尤其是在电压低，开关频率高时影响更为严重。为了减小和消除死区的影响，很多专家、学者进行了大量研究，主要包括几个方面①死区补偿，②死区时间最小化，③消除死区时间。死区补偿方法主要是对死区误差进行电压补偿，或者调整的驱动脉冲信号PWM宽度而进行时间的补偿，使实际的开通时间与理想导通时间相一致。2007年，Oliveira A. C.等提出通过改变开关频率与门极信号脉宽来减少逆变器输出电压的畸变，但其计算量大。Urasaki N等提出的在线补偿方法可以消除功率管开关时间以及功率管上压降的变动对死区补偿效果的影响，但其前提是电动机参数必须准确。Kim S. Y等提出通过在基波指令电压矢量上叠加一个补偿矢量以抵消死区引起的扰动电压矢量，但硬件检测电路带来了不可靠性、复杂性。何正义等通过在d-q坐标系下计算电流大小，提出分别独立地改变三个桥臂各自的死区时间，目的是使由死区引起的扰动电压矢量跟随电流矢量同步旋转，但最小死区允许时间是由器件自身决定且在运行中其值也是个变量。Choi J. S等提出禁止给不必要的开关门极驱动信号的一种的死区时间最小化的算法。当采用硬件对电流进行检测或是计算时，存在引入A/D转换的误差以及检测的滞后，并由于存在PWM的开关噪声和零电流的钳位现象，使得在电流检测中出现多个过零点的现象，难以准确获取电流极性，所以死区补偿与最小死区时间方法只是在一定程度上减少死区效应影响，但不能完全消除。消除死区时间是在分析设置死区的三要素条件基础上，提出不设置死区的控制策略，其原理是电流在正负半周内，实际上同一桥臂只有一个功率器件与并联二极管导通电流，所以可以禁止实际不导通电流的功率器件驱动信号，让其一直处于关断状态，则上下开关之间不用再设置死区，实现无死区控制，但该方法需要准确获取每个开关的状态检测情况以及电流极性。L. H. Chen等提出通过判断功率管并联二极管是否导通来检测电流方向而引入了电流检测硬件电路，并且Lin Y. K后提出了不需要为检测电路提供单独的独立电源，但是这两种方法引入检测回路，同时也将会产生经济型和可靠性等方面的缺点。此外，这种死区消除方法并不适应于多个电流过零点的情况。当电流在零点附近时其电流方向将发生快速频繁的变换，且数字信号的采样延时或计算延时这样更易造成驱动信号的缺失，所以不能可靠有效地消除死区的影响。杨波等提出采用常规无死区控制与过零区域死区补偿的两种方法的结合，该方法可以有效的消除死区影响，但是上述死区时间控制的方法都是基于两电平PWM控制策略。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种有效的解决了消除逆变器死区影响的过零点的问题，且不需要非常精确的电流极性检测装置的基于免疫算法的逆变器无死区控制优化方法。本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种能够使逆变器开关器件开关状态的过渡更加平滑，实现了各区域之间无缝过渡的无死区控制的基于免疫算法的逆变器无死区控制优化方法。本发明再有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种明显减少逆变器输出波形总谐波畸变率，提高了输出波形质量的基于免疫算法的逆变器无死区控制优化方法。本发明最后有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种能够最大限度地减少开关损耗，且由于开关动作次数平均分配则可以提高器件的利用率和延长使用周期的基于免疫算法的逆变器无死区控制优化方法。本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种基于免疫算法的逆变器无死区控制优化方法，其特征在于，。步骤1，设定迭代次数k，并根据编码操作产生初始群体，定义抗体是单相逆变器开关模式对应的一组数字串，其染色体结构可以定义如下Chrom=X1, X2, X3,…Xn其中Xm(m=l，2，3…N)即表示每个开关对应的开关序列，Xm在0，1，2三个值中取值，其中，初始种群是在满足编码操作及无死区时间的约束条件情况下随机产生的；步骤2，注射疫苗，即将作为治疗性疫苗的抗体加入步骤I产生的初始抗体种群中，与随机生成的染色体，得到初始的抗体种群；步骤3，对当前的抗体种群中每一条染色体计算亲和度，以及当前的种群中每一条染色体的浓度；步骤4，根据步骤3所得亲和度和浓度对当前的抗体种群中每一条抗体计算免疫选择函数值，将免疫选择函数值低的抗体按概率从当前的抗体种群中去除；步骤5，针对步骤4完成的抗体种群进行交叉操作，即以设定概率在某两个个体的交叉点发生相互交换；步骤6，针对步骤5完成抗体种群进行变异操作，即对抗体上的某一位或一些基因座上的基因值按照设定的变异概率进行的突变；步骤7，判断当前迭代次数k是否达到设定的最大迭代次数，是则进入步骤8，否则设当前迭代次数k=k+l，返回到步骤3进行下一次迭代；步骤8，对当前的抗体种群中每一条抗体计算亲和度，判断当前所得结果是否收敛，是则进入步骤9，否则以当前的抗体种群作为治疗性疫苗的抗体，返回到步骤I重新生成加入初始抗体种群进行迭代；步骤9，对当前的抗体种群中每一条抗体计算免疫选择函数值，根据免疫选择函数值最大的抗体得到消除死区影响的单相逆变器的整个周期中(Γ π /2部分或(Γ π部分的开关状态控制序列。在上述的基于免疫算法的逆变器无死区控制优化方法，所述步骤I中，初始种群是在满足编码操作及无死区时间的约束条件情况下随机产生的，根据电流区域划分，其约束条件为，在电流下降的过零区域染色体基因编码只能为序列“2”，在电流上升的过零区域染色体基因编码只能为序列“ I ”，在过渡区域，染色体基因编码只能为序列“O”。在上述的基于免疫算法的逆变器无死区控制优化方法，所述步骤3中，亲和度由于需要综合考虑THD与开关损耗，亲和度的获取基于公式
权利要求
1.一种基于免疫算法的逆变器无死区控制优化方法，其特征在于，。
步骤1，设定迭代次数k，并根据编码操作产生初始群体，定义抗体是单相逆变器开关模式对应的一组数字串，其染色体结构定义如下 Chrom=X1, X2, X3, ··· Xn 其中Xm(m=l，2，3-N)即表示每个开关对应的开关序列，Xm在0，1，2三个值中取值，其中，初始种群是在满足编码操作及无死区时间的约束条件情况下随机产生的； 步骤2，注射疫苗，即将作为治疗性疫苗的抗体加入步骤I产生的初始抗体种群中，与随机生成的染色体，得到初始的抗体种群； 步骤3,对当前的抗体种群中每一条染色体计算亲和度，以及当前的种群中每一条染色体的浓度； 步骤4，根据步骤3所得亲和度和浓度对当前的抗体种群中每一条抗体计算免疫选择函数值，将免疫选择函数值低的抗体按概率从当前的抗体种群中去除； 步骤5，针对步骤4完成的抗体种群进行交叉操作，即以设定概率在某两个个体的交叉点发生相互交换； 步骤6，针对步骤5完成抗体种群进行变异操作，即对抗体上的某一位或一些基因座上的基因值按照设定的变异概率进行的突变； 步骤7，判断当前迭代次数k是否达到设定的最大迭代次数，是则进入步骤8，否则设当前迭代次数k=k+l，返回到步骤3进行下一次迭代； 步骤8，对当前的抗体种群中每一条抗体计算亲和度，判断当前所得结果是否收敛，是则进入步骤9，否则以当前的抗体种群作为治疗性疫苗的抗体，返回到步骤I重新生成加入初始抗体种群进行迭代； 步骤9，对当前的抗体种群中每一条抗体计算免疫选择函数值，根据免疫选择函数值最大的抗体得到消除死区影响的单相逆变器的整个周期中(Γ π /2部分或(Γ π部分的开关状态控制序列。
2.根据权利要求I所述的基于免疫算法的逆变器无死区控制优化方法，其特征在于，步骤I中，初始种群是在满足编码操作及无死区时间的约束条件情况下随机产生的，根据电流区域划分，其约束条件为，在电流下降的过零区域染色体基因编码只能为序列2，在电流上升的过零区域染色体基因编码只能为序列1，在过渡区域，染色体基因编码只能为序列O0
3.根据权利要求I所述的基于免疫算法的逆变器无死区控制优化方法，其特征在于，所述步骤3中，亲和度由于需要综合考虑THD与开关损耗，亲和度的获取基于公式 式中，Xi表示第i条抗体，Im(t)表示实际电流值，用Im⑴等效ι Δ t到(m+Ι) Δ t这段时间的实际电流平均值，If (t)表示理想电流值。
4.根据权利要求3所述的基于免疫算法的逆变器无死区控制优化方法，其特征在于，所述步骤3中，染色体的浓度的获取方法是定义第i条抗体Xi和第j条抗体\为在空间X中的两个矢量，它们通过函数f映射到空间Y中称为矢量f (Xi)、f(xj)，因此矢量f (Xi)、f(xj)在Y空间中的距离为
5.根据权利要求I所述的基于免疫算法的逆变器无死区控制优化方法，其特征在于，步骤4中,将免疫选择函数设为
6.根据权利要求I所述的基于免疫算法的逆变器无死区控制优化方法，其特征在于，所述步骤5中，交叉操作的具体操作是若判定两条染色体某个基因位随机产生的概率大于交叉率，则从该基因位开始，两条染色体的基因发生互换。
7.根据权利要求I所述的基于免疫算法的逆变器无死区控制优化方法，其特征在于，所述步骤6中，变异操作的具体操作是若判定染色体某个基因位随机产生的概率大于变异率，若原序列为1，则随机突变为O或2 ;原序列为O，则随机突变为I或2 ;原序列为2，则随机突变为I或O。
全文摘要
本发明提出一种基于免疫算法的逆变器无死区控制优化方法。本发明在分析各种减少或消除死区影响方法的基础上，针对单相全桥逆变器提出一种新的三电平死区消除方法。在不需要精确的电流极性检测条件下，通过划分参考电流区域确定开关序列，该发明可以实现在电流过零点附近以及各区域之间无缝过渡的无死区控制。并借助于免疫算法对满足死区消除方法的PWM控制序列进行优化，提高逆变器输出波形质量。本发明所产生的无死区最优PWM控制序列与常规控制策略相比不仅能有效地消除死区影响，还能明显减小逆变器输出波形的总谐波畸变率(THD)。
文档编号H02M7/5387GK102946208SQ20121049700
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者袁佳歆, 费雯丽, 陈柏超, 田翠华, 魏亮亮, 孙彬 申请人:武汉大学