基于改进PSO算法的逆变器谐波抑制研究

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  传统的逆变器控制方式存在直流电压利用率低的问题以及受到开关频率极限的影响,因此本文提出了基于改进粒子群算法优化的特定谐波消除脉宽调制(Selective Hamonics Elimination and Pulse Width Modulation,SHEPWM)方法对逆变器进行控制,并针对级联型逆变器采用的SHEPWM技术中的精确求解开关角度的问题展开了深入研究,主要做了以下几个方面的工作:
  第一,对本文的研究背景进行了概述,分析了电能质量的相关问题以及电网中谐波可能造成的危害,阐述了本文研究的意义。
  第二,分别对几种常见的多电平逆变器的拓扑结构进行了对分析和研究,通过分析得出了各自的优势以及不足,最终选择级联型逆变器作为研究对象。并通过研究现在常用的控制技术,以及对比各自的优势、劣势、应用环境,对逆变器采用SHEPWM技术进行控制。
  第三,根据傅里叶级数理论和PWM基本原理建立了级联型逆变器的SHEPWM非线性方程组。常用的牛顿迭代法、同伦算法、Walsh算法和遗传算法在对构建的方程组进行求解时,由于对初值的过于依赖,计算复杂度高等问题,导致不能得到精确的逆变器开关角度。为此本文通过在粒子群算法中增加惯性权重参数的符号函数,并改变随机数在速度更新方程中的位置,得到改进的粒子群算法,避免求解的过程中出现“早熟”或无法跳出局部最优,进而得到更为准确的解集。通过实验仿真将改进的粒子群算法与标准粒子群算法及遗传算法进行了比较,实验结果表明,采用改进粒子群算法使指定低次谐波的含量趋近于零,进而使逆变器输出中的总谐波含量得到了显著的降低。
  第四,为了实现改进粒子群算法用于优化逆变器输出波形,设计了主电路、电流电压测量模块、显示模块的硬件和软件设计,对主电路进行了测试,结果证明了该算法应用的可行性。
  仿真结果验证了改进粒子群算法求解SHEPWM方程组的可行性和有效性,实现了精确求出逆变器开关角,降低逆变器输出电压总谐波含量的目的。该算法在光伏并网逆变器的控制优化上有实际应用价值。
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