基于GAPSO算法的NPC逆變器SHEPWM控制方法的優化

沈顯慶，馬志鵬

(黑龍江科技大學 電氣與控制工程學院， 哈爾濱 150022)

0 引 言

PWM調制技術是多電平逆變器中的一項關鍵技術，與SPWM調制和SVPWM調制相比，SHEPWM調制具有開關頻率低、輸出波形質量高等優點[1]。在SHEPWM技術中，開關角均由非線性方程組求得，因此，該調制技術的關鍵在于對建立的方程組進行求解。傳統數值方法，如牛頓迭代法[2]、同倫算法[3]、Walsh函數法[4]，原理簡單、收斂速度快，但對初值選取依賴性較強，不合適的初值可能會使算法不收斂。目前，研究者們多將智能算法應用于SHEPWM非線性方程組的求解中。王群京等[5]采用標準遺傳算法對方程組進行求解，得到不同調制比下的開關角度軌跡，但算法后期容易出現早熟現象。趙義武等[6]利用蟻群算法對目標函數進行優化，求解效果較好，但在算法進化前期由于信息素匱乏會導致求解效率較低。針對上述算法存在的問題，筆者采用一種改進的混合粒子群算法(GAPSO)優化計算SHEPWM的非線性方程組，使開關角度更易收斂于最優解，通過Matlab/Simulink仿真驗證該算法求解結果的有效性。

1 NPC逆變器拓撲結構及工作原理

三電平NPC逆變器如圖1所示。圖中，Ud為直流側電壓；C1、C2為中點電容；D1、D2為箝位二極管；Sa1、Sa2、Sa3、Sa4為開關功率器件。

圖1 三電平NPC逆變器拓撲結構Fig. 1 Three-level NPC inverter topology

逆變器的每相橋臂由4個開關器件串聯而成，具有單個器件所承受的電壓低、對開關頻率約束小、輸出的波形質量好等優點[7]。通過控制相鄰的2個開關器件導通或關斷，從而得到不同的輸出電壓。以A相橋臂的4個開關器件為例，定義0為開關器件的截止狀態，1為開關器件的導通狀態?！?br>