多電平逆變器的shepwm控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】多電平逆變器的SHEPWM控制系統(tǒng)及方法屬于逆變器技術(shù)領域，尤其涉及一種多電平逆變器的SHEPWM控制系統(tǒng)及方法。本發(fā)明采用粒子群?細菌覓食優(yōu)化算法(PSO?BFO)實現(xiàn)多電平逆變器的SHEPWM技術(shù)，在保證輸出波形的同時準確的求出開關(guān)角實現(xiàn)特定諧波消除，達到簡化運算流程，降低計算時間的目的。本發(fā)明多電平逆變器的SHEPWM控制系統(tǒng)包括DPS處理電路、電壓采樣電路、隔離驅(qū)動電路、開關(guān)電源電路和電壓傳感器,其結(jié)構(gòu)要點電壓傳感器、電壓采樣電路、DPS處理電路、隔離驅(qū)動電路依次相連，隔離驅(qū)動電路的輸出端口與T型三電平光伏并網(wǎng)逆變器的開關(guān)器件的控制端口相連。
【專利說明】
多電平逆變器的SHEPWM控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領域
[0001 ]本發(fā)明屬于逆變器技術(shù)領域，尤其涉及一種多電平逆變器的SHEPWM控制系統(tǒng)及方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來電力電子技術(shù)發(fā)展迅猛，多電平逆變器在高電壓大容量領域得到了越來越 多的重視。多電平逆變器具有諧波畸變率低、能量轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點，且輸出電壓高、功率 大，不需要輸出變壓器進行輔助，因此在高壓大功率場合得到很多應用。由于電網(wǎng)側(cè)電流和 電壓波形容易受到影響，且大部分負載呈非線性，很容易造成基波電流畸變，所產(chǎn)生的諧波 會干擾設備的穩(wěn)定運行，使得設備或零件的報廢率增加，會帶來較大的經(jīng)濟損失。研究如何 抑制和消除電網(wǎng)中的有害諧波顯得意義重大。到目前為止，消諧技術(shù)可分為很多種。其中， 通過對逆變器拓撲結(jié)構(gòu)的改進，搭建多重逆變電路能夠?qū)崿F(xiàn)消諧，但電路結(jié)構(gòu)較復雜，成本 高，還會引起其它問題。通過引入電能質(zhì)量補償器能有效的抑制諧波干擾，但是對系統(tǒng)參數(shù) 設置要求較高，設計不合理甚至會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過控制開關(guān)器件的導通和關(guān)斷，生 成特定階梯波，能夠達到消除指定低頻次諧波的目的，對消諧能起到較好的效果。SHEPWM技 術(shù)具有開關(guān)頻率低、開關(guān)損耗小、輸出波形質(zhì)量好、逆變效率高、輸出濾波器尺寸小等優(yōu)點， 因此受到了越來越多的關(guān)注。將粒子群算法作為一個變異算子引入細菌覓食算法的聚集操 作中，提出一種混合的粒子群-細菌覓食優(yōu)化算法。其基本思想為:先由粒子群算法完成全 局空間的搜索，記憶個體和群體的最優(yōu)信息，將每一個粒子都看成是細菌，再由細菌覓食算 法的趨向和聚集操作完成局部搜索的功能，以此提高細菌覓食算法全局搜索能力的同時， 又提高粒子群算法的局部搜索能力。混合算法的優(yōu)點是算法流程簡單，對初值沒有要求，參 數(shù)簡潔，易于實現(xiàn)，無需復雜的搜索調(diào)整對優(yōu)化問題的連續(xù)性無任何要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明就是針對上述問題，采用粒子群-細菌覓食優(yōu)化算法(PS0-BF0)實現(xiàn)多電平 逆變器的SHEPWM技術(shù)，在保證輸出波形的同時準確的求出開關(guān)角實現(xiàn)特定諧波消除，達到 簡化運算流程，降低計算時間的目的。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，本發(fā)明多電平逆變器的SHEPWM控制 系統(tǒng)包括DPS處理電路、電壓采樣電路、隔離驅(qū)動電路、開關(guān)電源電路和電壓傳感器，其結(jié)構(gòu) 要點電壓傳感器、電壓采樣電路、DPS處理電路、隔離驅(qū)動電路依次相連，隔離驅(qū)動電路的輸 出端口與T型三電平光伏并網(wǎng)逆變器的開關(guān)器件的控制端口相連；電壓傳感器的輸入端口 與T型三電平光伏并網(wǎng)逆變器的輸出端口相連;開關(guān)電源電路的輸出端口分別與DPS處理電 路電源端口、電壓采樣電路電源端口、隔離驅(qū)動電路電源端口相連。
[0005] 作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述電壓采樣電路采用0PA4376芯片U5，DPS處理電路 采用TMS320F283XXPGF芯片U3，U5的3腳為檢測三電平光伏并網(wǎng)逆變器輸出U-端口，U5的2腳 為檢測三電平光伏并網(wǎng)逆變器輸出U+端口，U5的1腳與U3的42腳相連；
[0006] U5的5腳為檢測三電平光伏并網(wǎng)逆變器輸出V-端口，U5的6腳為檢測三電平光伏并 網(wǎng)逆變器輸出V+端口，U5的7腳與U3的46腳相連。
[0007] 作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述開關(guān)電源電路采用UC28C45芯片。
[0008] 另外，本發(fā)明所述隔離驅(qū)動電路采用7800A光耦U10、U11、U13、U14、U15、U16、U17、 1]18、1]19、1]20，1]11的2腳分別與即~三極管03的集電極、3.3￥電源相連，03的基極與1]3的5腳 相連，Q3的發(fā)射極分別與地線、Ul 1的3腳相連，Ul 1的7腳為U1控制端；
[0009] U10的2腳分別與NPN三極管Q2的集電極、3.3V電源相連，Q2的基極與U3的6腳相連， Q2的發(fā)射極分別與地線、U10的3腳相連，U10的7腳為U2控制端；
[0010] U14的2腳分別與NPN三極管Q6的集電極、3.3V電源相連，Q6的基極與U3的11腳相 連，Q6的發(fā)射極分別與地線、U14的3腳相連，U14的7腳為VI控制端；
[0011] U13的2腳分別與NPN三極管Q5的集電極、3.3V電源相連，Q5的基極與U3的12腳相 連，Q5的發(fā)射極分別與地線、U13的3腳相連，U13的7腳為V2控制端；
[0012] U16的2腳分別與NPN三極管Q8的集電極、3.3V電源相連，Q8的基極與U3的13腳相 連，Q8的發(fā)射極分別與地線、U16的3腳相連，U16的7腳為V3控制端；
[0013] U17的2腳分別與NPN三極管Q9的集電極、3.3V電源相連，Q9的基極與U3的16腳相 連，Q9的發(fā)射極分別與地線、U17的3腳相連，U17的7腳為V4控制端；
[0014] U15的2腳分別與NPN三極管Q7的集電極、3.3V電源相連，Q7的基極與U3的17腳相 連，Q7的發(fā)射極分別與地線、U15的3腳相連，U15的7腳為W1控制端；
[0015] U18的2腳分別與NPN三極管Q10的集電極、3.3V電源相連，Q10的基極與U3的18腳相 連，Q10的發(fā)射極分別與地線、U18的3腳相連，U18的7腳為W2控制端；
[0016] U20的2腳分別與NPN三極管Q12的集電極、3.3V電源相連，Q12的基極與U3的19腳相 連，Q12的發(fā)射極分別與地線、U20的3腳相連，U20的7腳為W3控制端；
[0017] U19的2腳分別與NPN三極管Q11的集電極、3.3V電源相連，Q11的基極與U3的20腳相 連，Ql 1的發(fā)射極分別與地線、U19的3腳相連，U19的7腳為W4控制端。
[0018]本發(fā)明多電平逆變器的SHEP麗控制方法包括以下部分：
[0019] 1、建立T型三電平光伏并網(wǎng)逆變器的SHEPWM消諧模型，T型三電平逆變器單相輸出 電壓波形由傅里葉級數(shù)表示：
[0020] Uo(t) = E [Ansin(n ? t)+Bncos(n w t) ] (1)
[0021] 其中

式中，Uo為逆變器輸出電壓;An、B n為振幅；〇 為角頻率；
[0023] SHEPWM波形具有正負兩半周期的鏡對稱性，該級數(shù)的直流分量、余弦分量和偶次 正弦分量皆為零，僅含有奇次正弦項諧波;則： f
[0027] 式中，Ud為逆變器直流側(cè)電源電壓值;N為在1/4周期內(nèi)所取的開關(guān)角個數(shù);akSN個 開關(guān)角中的第k個開關(guān)角；
[0028] 選定的基波用q表示，則Bi = q;再令其余的n-1個低階高次諧波幅值為零，
[0029] 貝 iJ:Bn=〇 n=l，3,5,7，."（5)
[0030]設基波調(diào)制撞
如果消除5，7，11，13，…，6i-1，6i+1，…，M次諧波(M為 可校區(qū)的最高次諧波次數(shù)），得到：
[0032] 式中，Usm⑴為基波；
[0033] SHEP麗控制用算法根據(jù)不同的m值計算出式(6)中滿足要求的a值;所要求的解的 是一個非線性超越方程組，它有N個不同的解，即ai，a2，…，ctN-UN，消去5,7，11，13次諧波， 貝1JN=5,將式(6)變換為
[0035] 最小化多目標問題被統(tǒng)一成一個單目標問題，并作為目標函數(shù)： i ni i n : 二 ￡'| +.占 '。+. ￡'?，+ ..6'4 十么
[0036] i " i .vi. :()<?； < a, < a, < a4 < a, < n! 2 ( ^、
[0037]設計函數(shù)適應度為
[0039] PSO算法中的速度和位置更新方程為
[0040] v^JJ = wv1^ + c^mdiXpbest^ - xkid) + c2randl{gbestkid - x^) ^
[0041 ] X.f = X!-d + VkX q j ^
[0042] i = l，2，."，m;d=l ,2, ???，D;k為迭代次數(shù);randi，rand2是[0,1]之間的隨機數(shù)；W 為慣性權(quán)重;C1為認知學習因子;c2為社會學習因子;pdest為個體最優(yōu)位置;gbest為整個群 體的最優(yōu)位置；
[0043] PS0算法作為變異算子引入BF0算法中，去除了式（10)速度更新算法中的個體認知 部分僅使用社會認知部分，即群體信息的共享部分，如式（12);同時，將通過PS0變異算子得 到的群體信息加入到位置更新方程中，如式（13);利用PS0算法的記憶功能提高BF0算法的 全局搜索能力和搜索效率；
[0044] PS0的粒子速度更新公式為
[0045] v.J] = wvlkl + c2randl2(gbest1^ ~xkid)
[0046] 位置更新公式為
[0047] 6>Y/ + 1, k, l) = 6l (/, k, I) + vj/1(j 3}
[0048] 其中j表示種群中個體的第j次趨向操作，k表示種群中個體的第k次復制操作，1表 示種群中個體的；9Uj，k，l)表示種群中的個體再執(zhí)行第j次趨向操作、第k次復制操作、第1 次迀徙操作后的位置；
[0049] 通過在BF0算法中引入PS0變異按公式（12)和（13)更新細菌位置，計算出新的適應 值，即SHEPWM控制的開關(guān)角；
[0050] 2、進行以下步驟：
[0051 ] (1)系統(tǒng)初始化，確定不變的參數(shù)；
[0052] (2)隨機初始化粒子群的速度和位置;根據(jù)式(8)的約束條件，隨機產(chǎn)生一群可行 解ai，a2，…，a s，其中包含每個粒子的速度和位置；
[0053] (3)確定解空間為
進行迀徙操作循環(huán)，每個粒子以概率Ped被隨機分布到 解空間中；
[0054] (4)執(zhí)行復制操作，定義健康度函數(shù)淘汰一半健康度較低 的，并復制另一半健康度較高的；
[0055] (5)執(zhí)行趨向操{1
= A隨機方向的一個 單位向量；
[0056] (6)考慮細菌間的斥力和引力，計算細菌i的適應值函數(shù)J(i，j，k，l)令Jlast = J(i， j,k,l)；
[0057] (7)細菌翻轉(zhuǎn)搜尋最優(yōu)位置，同時按公式（12)和（13)更新菌群的位置0Uj + l，k， 1)，并計算菌群的適應值J(i，j+l，k，l);
[0058] 了（1，」+1，1^，1)=1(1，」氺，1)+九。(01(」+1氺，1)，？〇+1，11))，判斷與了1_的大小 并更新Jlast的值；
[0059] (8)判斷是否達到最大循環(huán)次數(shù)，是則輸出最優(yōu)開關(guān)角，否則進行循環(huán)；
[0060] (9)應用新的開關(guān)狀態(tài)驅(qū)動三電平逆變器系統(tǒng)實現(xiàn)SHEP麗控制。
[0061]本發(fā)明有益效果。
[0062]本發(fā)明針對T型三電平光伏并網(wǎng)逆變器的特點，采用一種粒子群-細菌覓食優(yōu)化算 法實現(xiàn)T型三電平光伏并網(wǎng)逆變器的SHEPWM控制的方法，基于一個T型逆變器的消除諧波模 型，確定一個求開關(guān)角的關(guān)系式，采用細菌覓食-粒子群算法求解SHEPWM技術(shù)中的開關(guān)角， 對初值沒有要求，算法流程簡單，無需復雜的搜索調(diào)整，對優(yōu)化問題的連續(xù)性沒有要求，來 簡化SHEPWM的計算過程，實現(xiàn)特定諧波消除控制方法。
【附圖說明】
[0063]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明保護范圍不僅局限 于以下內(nèi)容的表述。
[0064]圖1為本發(fā)明設計的T型三電平光伏并網(wǎng)逆變器示意圖。
[0065] 圖2為逆變器相電壓SHEP麗模型示意圖。
[0066]圖3為本發(fā)明所設計的T型三電平逆變器的系統(tǒng)控制框圖。
[0067]圖4為本發(fā)明設計的粒子群-細菌覓食優(yōu)化算法原理框圖。
[0068]圖5為本發(fā)明設計方法中的粒子群-細菌覓食優(yōu)化算法流程圖。
[0069] 圖6為本發(fā)明所設計的光伏并網(wǎng)逆變器SHEPWM控制的硬件電路圖。
[0070] 圖7為本發(fā)明所設計的UV相電壓檢測電路。
[0071]圖8(a)、(b)、（c)為本發(fā)明設計的DSP外圍電路。
[0072]圖9(a)、(b)、（c)為本發(fā)明設計的管腳保護電路。
[0073]圖10為本發(fā)明設計的開關(guān)電源電路。
[0074] 圖ll(a)、(b)、（c)為本發(fā)明設計的隔離驅(qū)動電路。
【具體實施方式】
[0075] 如圖所示，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實施的：
[0076] 1、粒子群-細菌覓食優(yōu)化算法(PS0-BF0)的多電平逆變器的SHEPWM技術(shù)研究，該方 法包括:（a)受控對象和控制方法；（b)整個控制系統(tǒng)硬件部分。
[0077] (a)受控對象和控制方法;受控對象為T型三電平光伏并網(wǎng)逆變器，逆變器三相輸 出通過電阻電感負載與電網(wǎng)并網(wǎng)；控制方法采用基于粒子群-細菌覓食優(yōu)化算法實現(xiàn)的特 定諧波消除控制，基于一個消諧模型，確定特定諧波消除技術(shù)中的開關(guān)角；
[0078] PS0優(yōu)化算法流程簡單、無復雜的搜索調(diào)整過程、運算速度快且全局搜索能力強。 但PS0算法在求解SHEPWM方程時，容易陷入局部最優(yōu)，且解過早的收斂，使算法的全局搜索 能力變差。且當算法進行到后期時，解的精度不能提高，導致算法的收斂速度變慢。BF0算法 利用擴散機制全局搜索能力強。
[0079]鑒于以上分析，將PS0算法作為一個變異算子引入BF0算法的聚集操作中，提出一 種混合的粒子群-細菌覓食優(yōu)化算法(PS0-BF0)。其基本思想為:先由PS0算法完成全局空間 的搜索，記憶個體和群體的最優(yōu)信息，將每一個粒子都看成是細菌，再由BF0算法的趨向和 聚集操作完成局部搜索的功能，以此提高BF0算法全局搜索能力的同時，又提高PS0算法的 局部搜索能力。
[0080] 其中的受控對象T型三電平光伏并網(wǎng)逆變器，建立T型三電平光伏并網(wǎng)逆變器的 SHEPWM消諧模型，T型三電平逆變器單相輸出電壓波形可由傅里葉級數(shù)表示：
[0081] Uo(t) = E [Ansin(n ? t)+Bn cos(ncot)] (1)
Uo為逆變器輸出電壓;An、Bn為振幅；〇 為角頻率。
[0084]由于SHEPWM波形具有正負兩半周期的鏡對稱性，該級數(shù)的直流分量、余弦分量和 偶次正弦分量皆為零，僅含有奇次正弦項諧波。則：
[0088] 式中，Ud為逆變器直流側(cè)電源電壓值;N為在1/4周期內(nèi)所取的開關(guān)角個數(shù);akSN個 開關(guān)角中的第k個開關(guān)角。
[0089] 選定的基波用q表示，則出=(1。再令其余的n_l個低階高次諧波幅值為零，
[0090] 貝 iJ:Bn=〇 n=l，3,5,7，."（5)
[0091 ]設基波調(diào)制虔
如果消除5，7，11，13，…，6i-l，6i+l，…，M次諧波(M為 可校區(qū)的最高次諧波次數(shù)），得到：
[0093] 式中，Usm⑴為基波。
[0094] SHEPWM技術(shù)的重點是要用算法根據(jù)不同的m值計算出式(6)中滿足要求的a值。所 要求的解的是一個非線性超越方程組，它有N個不同的解，gpai，a2，…，aWN，主要消去5， 7，11，13次諧波，則N=5，將式(6)變換為
[0096] 于是，最小化多目標問題被統(tǒng)一成一個單目標問題，并作為目標函數(shù)： min : 5(a) = ^,2 + ￡； + ￡； + ￡'； + ￡；
[0097] \ ^ ^
[5i.: 0 < < a2 < a3 < a4 < as < ^/ 2
[0098]設計函數(shù)適應度為
[0100] PS0算法中的速度和位置更新方程為
[0101] v-^J = wvfd + c{rand^(phestkid - xkid) + c2randk2(ghestkid - xkid) ^ y .U h 1.4-1
[0102] Xid =X；d+Vid (n)
[0103] i = l ,2,…，m;d=l ,2,…，D;k為迭代次數(shù);randi,rand2是[0,1]之間的隨機數(shù)；W 為慣性權(quán)重;C1為認知學習因子;c2為社會學習因子;pdest為個體最優(yōu)位置;gbest為整個群 體的最優(yōu)位置。
[0104] 這里，PS0算法作為變異算子引入BF0算法中，去除了式（10)速度更新算法中的個 體認知部分僅使用社會認知部分，即群體信息的共享部分，如式(12)。同時，將通過PS0變異 算子得到的群體信息加入到位置更新方程中，如式（13)。其目的是利用PS0算法的記憶功能 提高BF0算法的全局搜索能力和搜索效率。
[0105] PS0的粒子速度更新公式為
[0106] vku^ = wv^ + c2randl2(gbest^ -x-d) (
[0107] 位置更新公式為
[0108] (丨 + \'k，l)二 (j，kJ} + vkJ'
[0109] 其中j表示種群中個體的第j次趨向操作，k表示種群中個體的第k次復制操作，1表 示種群中個體的。9Uj，k，l)表示種群中的個體再執(zhí)行第j次趨向操作、第k次復制操作、第1 次迀徙操作后的位置。
[011 0] 通過在BF0算法中引入PS0變異按公式（12)和（13)更新細菌位置，計算出新的適應 值，即SHEPWM控制的開關(guān)角。
[0111] (b)整個控制系統(tǒng)硬件部分:控制主電路、控制對象;其中控制主電路包括DPS處理 器、管腳保護電路、電流采樣電路、開關(guān)電源電路、隔離驅(qū)動保護電路;控制對象為T型三電 平光伏并網(wǎng)逆變器。
[0112] 所述方法主控制程序包括以下步驟：
[0113] (1)系統(tǒng)初始化，確定不變的參數(shù)；
[0114] (2)隨機初始化粒子群的速度和位置;根據(jù)式(8)的約束條件，隨機產(chǎn)生一群可行 解ai，a 2，…，as，其中包含每個粒子的速度和位置；
[0115] (3)確定解空間為 進行迀徙操作循環(huán)，每個粒子以概率hd被隨機分布到 ， 解空間中； . Nc
[0116] (4)執(zhí)行復制操作，定義健康度函數(shù)Am? 淘汰一半健康度較低 產(chǎn)1 .， 的，并復制另一半健康度較高的；
[0117] (5)執(zhí)行趨向操作
A隨機方向的一個 單位向量；
[0118] (6)考慮細菌間的斥力和引力，計算細菌i的適應值函數(shù)J(i，j，k，l)令Jlast = J(i， j,k,l)；
[0119] (7)細菌翻轉(zhuǎn)搜尋最優(yōu)位置，同時按公式（12)和（13)更新菌群的位置0Uj + l，k， 1)，并計算菌群的適應值J(i，j+l，k，l);
[0120] 了（1，」+1，1^，1)=1(1，」氺，1)+九。(01(」+1氺，1)，？〇+1，11))，判斷與了1_的大小 并更新Jlast的值；
[0121] (8)判斷是否達到最大循環(huán)次數(shù)，是則輸出最優(yōu)開關(guān)角，否則進行循環(huán)；
[0122] (9)應用新的開關(guān)狀態(tài)驅(qū)動三電平逆變器系統(tǒng)實現(xiàn)SHEP麗控制。
[0123] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行具體描述：
[0124] 圖1為本發(fā)明設計的T型三電平光伏并網(wǎng)逆變器示意圖，如圖所示，TAi，TBi，TCi， (i = l，2,3,4)共12個開關(guān)器件構(gòu)成了該電路的拓撲結(jié)構(gòu)，該電路利用反向串聯(lián)的兩個開關(guān) 器件將輸出端與中點相連接，實現(xiàn)中點箝位功能。C1和C2是直流側(cè)的分壓電容，分壓電容之 間的〇點為零電位參考點。P是母線正極，N是母線負極。R、L表示負載，e表示電網(wǎng)。在三相平 衡系統(tǒng)下，逆變橋輸出電壓分別為Uia、Uib、Ui。，電感電流分別為i a、ib、i。，電網(wǎng)電壓分別為 &、講、以。根據(jù)基爾霍夫定律，三電平逆變器系統(tǒng)的三相電壓電流方程可表示為：
[0126]圖2為逆變器相電壓SHEPWM模型示意圖，T型三電平逆變器單相輸出電壓波形可由 傅里葉級數(shù)表示:U〇(t) = E [Ansin(n 0 t)+Bncos(n 0 t)]
Uo為逆變器輸出電壓;An、Bn為振幅；《為 角頻率。
[0129] 圖3為本發(fā)明所設計的T型三電平逆變器的系統(tǒng)控制框圖，首先經(jīng)過坐標變換，將 abc坐標系變換到邱y坐標系，在邱y坐標系下，采用粒子群-細菌覓食優(yōu)化算法，求解出開 關(guān)角，求出的開關(guān)角給逆變器，控制逆變器并網(wǎng)電流的波形。
[0130] 圖4為本發(fā)明設計的粒子群-細菌覓食優(yōu)化算法原理框圖，通過這種智能優(yōu)化算法 計算出開關(guān)角，驅(qū)動逆變器。
[0131] 圖5為本發(fā)明設計方法中的粒子群-細菌覓食優(yōu)化算法流程圖，該控制算法由DSP 處理器實現(xiàn)，由MATLAB/Simulink7.0進行仿真。在該智能算法中，采樣周期為Ts = lus，或者 使采樣頻率為〇. 1KHZ。在圖6所示流程圖中，先由PS0算法完成全局空間的搜索，記憶個體和 群體的最優(yōu)信息，將每一個粒子都看成是細菌，再由BF0算法的趨向和聚集操作完成局部搜 索的功能，以此提高BF0算法全局搜索能力的同時，又提高PS0算法的局部搜索能力。
[0132] 圖6為本發(fā)明所設計的光伏并網(wǎng)逆變器SHEPWM控制的硬件電路圖，光伏電池板的 原始電能通過逆變器，輸出三電平電壓，再經(jīng)過濾波處理，與電網(wǎng)并網(wǎng)。為了保持系統(tǒng)的平 穩(wěn)運行，達到中點電位平衡控制的目的，本發(fā)明設計采用粒子群-細菌覓食優(yōu)化算法實現(xiàn) SHEPWM控制，形成閉環(huán)回路，對并網(wǎng)電壓進行控制。SHEPWM中，包括對負載電壓的采樣、直流 側(cè)電容電壓的檢測、DSP計算處理、開關(guān)電源電路設計以及隔離驅(qū)動電路的設計。
[0133] 圖7為本發(fā)明設計的UV相電壓檢測電路，經(jīng)過精密運算放大器，對電壓進行采樣和 放大之后，為DSP提供測量的負載電壓信號。
[0134] 圖8為本發(fā)明設計的D SP外圍電路。外圍電路主要包括接口配置、復位電路、ADC模 塊的設置和時鐘電路。用阻容電路產(chǎn)生上電復位，電源芯片的輸入為5V，輸出為1.9 V和3.3V 電源為DSP供電，輸出電源分別有兩個復位信號，當電源不穩(wěn)定或過低時，會產(chǎn)生復位信號。 圖9為DSP的管腳保護電路。
[0135] 圖10為本發(fā)明設計的開關(guān)電源電路。直流高壓端加到高頻脈沖變壓器初級端，開 關(guān)器件串聯(lián)在變壓器另一個初級端。開關(guān)器件周期性的導通和關(guān)斷，使初級直流電壓轉(zhuǎn)換 成一定周期的矩形波，再由脈沖變壓器耦合到次級，濾波后得到相應的直流低壓輸出電壓。 該電路采用UC28C45芯片，通過變壓器線圈感應出多組電壓源。向主控板、驅(qū)動電路等提供 低壓電源。
[0136] 圖11為本發(fā)明設計的隔離驅(qū)動電路，即電流檢測保護電路。驅(qū)動電路是將主控電 路中的12個PWM信號，經(jīng)過光電隔離和放大之后，為逆變電路的換流器件提供驅(qū)動信號。本 發(fā)明設計中的隔離驅(qū)動電路由電流取樣、信號隔離放大、信號放大輸出三部分組成。7800A 光耦的放大系數(shù)為8。
[0137] 可以理解的是，以上關(guān)于本發(fā)明的具體描述，僅用于說明本發(fā)明而并非受限于本 發(fā)明實施例所描述的技術(shù)方案，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，仍然可以對本發(fā)明進行 修改或等同替換，以達到相同的技術(shù)效果；只要滿足使用需要，都在本發(fā)明的保護范圍之 內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 多電平逆變器的SHEPWM控制系統(tǒng)，包括DPS處理電路、電壓采樣電路、隔離驅(qū)動電路、 開關(guān)電源電路和電壓傳感器，其特征在于電壓傳感器、電壓采樣電路、DPS處理電路、隔離驅(qū) 動電路依次相連，隔離驅(qū)動電路的輸出端口與T型三電平光伏并網(wǎng)逆變器的開關(guān)器件的控 制端口相連;電壓傳感器的輸入端口與T型三電平光伏并網(wǎng)逆變器的輸出端口相連;開關(guān)電 源電路的輸出端口分別與DPS處理電路電源端口、電壓采樣電路電源端口、隔離驅(qū)動電路電 源端口相連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述多電平逆變器的SHEPmi控制系統(tǒng)，其特征在于所述電壓采樣電 路采用0PA4376芯片U5，DPS處理電路采用TMS320F283XXPGF芯片U3，U5的3腳為檢測三電平 光伏并網(wǎng)逆變器輸出U-端口，U5的2腳為檢測三電平光伏并網(wǎng)逆變器輸出U+端口，U5的1腳 與U3的42腳相連； U5的5腳為檢測三電平光伏并網(wǎng)逆變器輸出V-端口，U5的6腳為檢測三電平光伏并網(wǎng)逆 變器輸出V+端口，U5的7腳與U3的46腳相連。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述多電平逆變器的SHEPmi控制系統(tǒng)，其特征在于所述開關(guān)電源電 路采用UC28C45芯片。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述多電平逆變器的SHEPmi控制系統(tǒng)，其特征在于所述隔離驅(qū)動電 路采用 7800A 光耦 1]10、1]11、1]13、1]14、1]15、1]16、1]17、1]18、1]19、1]20，1]11的2腳分別與陬~三極 管Q3的集電極、3.3V電源相連，Q3的基極與U3的5腳相連，Q3的發(fā)射極分別與地線、Ul 1的3腳 相連，U11的7腳為U1控制端； U10的2腳分別與NPN三極管Q2的集電極、3.3V電源相連，Q2的基極與U3的6腳相連，Q2的 發(fā)射極分別與地線、U10的3腳相連，U10的7腳為U2控制端； U14的2腳分別與NPN三極管Q6的集電極、3.3V電源相連，Q6的基極與U3的11腳相連，Q6 的發(fā)射極分別與地線、U14的3腳相連，U14的7腳為VI控制端； U13的2腳分別與NPN三極管Q5的集電極、3.3V電源相連，Q5的基極與U3的12腳相連，Q5 的發(fā)射極分別與地線、U13的3腳相連，U13的7腳為V2控制端； U16的2腳分別與NPN三極管Q8的集電極、3.3V電源相連，Q8的基極與U3的13腳相連，Q8 的發(fā)射極分別與地線、U16的3腳相連，U16的7腳為V3控制端； U17的2腳分別與NPN三極管Q9的集電極、3.3V電源相連，Q9的基極與U3的16腳相連，Q9 的發(fā)射極分別與地線、U17的3腳相連，U17的7腳為V4控制端； U15的2腳分別與NPN三極管Q7的集電極、3.3V電源相連，Q7的基極與U3的17腳相連，Q7 的發(fā)射極分別與地線、U15的3腳相連，U15的7腳為W1控制端； U18的2腳分別與NPN三極管Q10的集電極、3.3V電源相連，Q10的基極與U3的18腳相連， Q1 〇的發(fā)射極分別與地線、U18的3腳相連，U18的7腳為W2控制端； U20的2腳分別與NPN三極管Q12的集電極、3.3V電源相連，Q12的基極與U3的19腳相連， Q12的發(fā)射極分別與地線、U20的3腳相連，U20的7腳為W3控制端； U19的2腳分別與NPN三極管Q11的集電極、3.3V電源相連，Q11的基極與U3的20腳相連， Ql 1的發(fā)射極分別與地線、U19的3腳相連，U19的7腳為W4控制端。5. 多電平逆變器的SHEPWM控制方法，其特征在于包括以下部分： 1、建立T型三電平光伏并網(wǎng)逆變器的SHEPWM消諧模型，T型三電平逆變器單相輸出電壓 波形由傅里葉級數(shù)表示： Uo(t) = Σ[An sin(nωt)+Bn cos(nωt)] (1) 其t /pi中，Uo為逆變器輸出電壓;An、Bd振幅；ω為角頻 率； SHEPmi波形具有正負兩半周期的鏡對稱性，該級數(shù)的直流分量、余弦分量和偶次正弦 分量皆為零，僅含有奇次正弦項諧波;則：式中，Ud為逆變器直流側(cè)電源電壓值;N為在1/4周期內(nèi)所取的開關(guān)角個數(shù);akSN個開關(guān) 角中的第k個開關(guān)角； 選定的基波用q表示，則Bi = q;再令其余的n-1個低階高次諧波幅值為零， 貝lJ:Bn = 0 n=l，3,5,7，··· (5) 設基波調(diào)制度如果消除5，7，11，13，…，6i-l，6i+l，…，Μ次諧波(M為可校 9 區(qū)的最高次諧波次數(shù)），得到：式中，Usm⑴為基波； SHEPmi控制用算法根據(jù)不同的m值計算出式(6)中滿足要求的a值;所要求的解的是一 個非線性超越方程組，它有N個不同的解，即ai，a2，…，aWN，消去5,7，11，13次諧波，則N = 5,將式(6)變換為 L .-{?) 最小化多目標問題被統(tǒng)一成一個單目標問題，并作為目標函數(shù)：設計函數(shù)適應度為PSO算法中的速度和位置更新方程為i = l，2，···，m;d = l，2,…，D;k為迭代次數(shù);randi，rand2是[0,1]之間的隨機數(shù)；ω為慣 性權(quán)重;ci為認知學習因子;C2為社會學習因子;pdest為個體最優(yōu)位置;gbest為整個群體的 最優(yōu)位置； PSO算法作為變異算子引入BFO算法中，去除了式（10)速度更新算法中的個體認知部分 僅使用社會認知部分，即群體信息的共享部分，如式（12);同時，將通過PSO變異算子得到的 群體信息加入到位置更新方程中，如式（13);利用PSO算法的記憶功能提高BFO算法的全局 搜索能力和搜索效率； PSO的粒子速度更新公式為位置更新公式為其中j表示種群中個體的第j次趨向操作，k表示種群中個體的第k次復制操作，1表示種 群中個體的；0Uj，k，l)表示種群中的個體再執(zhí)行第j次趨向操作、第k次復制操作、第1次迀 徙操作后的位置； 通過在BFO算法中引入PSO變異按公式（12)和（13)更新細菌位置，計算出新的適應值， 艮PSHEPWM控制的開關(guān)角； 2、進行以下步驟： (1) 系統(tǒng)初始化，確定不變的參數(shù)； (2) 隨機初始化粒子群的速度和位置;根據(jù)式(8)的約束條件，隨機產(chǎn)生一群可行解αι， α2,…，as，其中包含每個粒子的速度和位置；(3) 確定解空間3 進行迀徙操作循環(huán)，每個粒子以概率Ped被隨機分布到解空 ， 間中； (4) 執(zhí)行復制操作，定義健康度函數(shù)淘汰一半健康度較低的，并 r 復制另一半健康度較高的； (5) 執(zhí)行趨向操作A隨機方向的一個單位 向量；(6) 考慮細菌間的斥力和引力，計算細菌i的適應值函數(shù)J(i，j，k，l)$Jlast = J(i，j，k， 1)； (7) 細菌翻轉(zhuǎn)搜尋最優(yōu)位置，同時按公式(12)和（13)更新菌群的位置0Uj+l，k，l)，并計 算菌群的適應值J(i, j+l，k，l); J(i, j+l，k，l)=J(i,』_，1^，1)+]?;(01(」+1，1^，1)，？(]_+1，1^，1))，判斷與了1 331；的大小并更新 Jlast的值； (8) 判斷是否達到最大循環(huán)次數(shù)，是則輸出最優(yōu)開關(guān)角，否則進行循環(huán)； (9) 應用新的開關(guān)狀態(tài)驅(qū)動三電平逆變器系統(tǒng)實現(xiàn)SHEPWM控制。
【文檔編號】H02M7/5387GK105958854SQ201610463049
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】王麗梅, 劉思強, 閆玉瑩
【申請人】沈陽工業(yè)大學