Радионов А.А., Маклаков А.С., Цзин Тао. Применение метода роя частиц для определения углов переключения в алгоритме широтно-импульсной модуляции с удалением выделенных гармоник - Журнал «Электротехнические системы и комплексы»

Аннотация

Оптимальный выбор углов переключений в алгоритме широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с удалением выделенных гармоник является сложным вопросом, включающим в себя решение нелинейных уравнений с бесконечным множеством решений. Для расчёта углов переключений в данной статье предложен метод численной оптимизации роя частиц, который был модифицирован путём добавления в алгоритм переменного коэффициента инерции для каждой итерационной процедуры, что позволило повысить надежность алгоритма, избежать попадания в локальный экстремум и быстрее достичь глобального экстремума в полном пространстве решений. Предложенная реализация позволяет рассчитать несколько наборов углов переключений, что достаточно трудно получить традиционными методами оптимизации функций. В статье показаны результаты расчёта углов переключений для исключения гармоник низкого порядка в автономном режиме с помощью компьютера. Теоретические результаты анализируются и проверяются путем моделирования на примере трехуровневого преобразователя с фиксированной нейтральной средней точкой звена постоянного тока. Результаты моделирования показывают, что вышеупомянутый метод роя частиц эффективно определяет наборы углов переключений для алгоритма ШИМ с удалением выделенных гармоник, на основе которых можно добиться наилучшего показателя суммарного гармонического искажения (THD) выходного напряжения преобразователя. Это может быть достигнуто путём использования определённого набора переключений при различных коэффициентах модуляций. Результаты исследования могут быть использованы для разработки алгоритмов ШИМ с УВГ многоуровневых преобразователей.

Ключевые слова

Преобразовательная техника, ШИМ с удалением выделенных гармоник, метод роя частиц, суммарный коэффициент гармонического искажения.

Радионов Андрей Александрович – д-р техн. наук, профессор, кафедра мехатроники и автоматизации, Южно-Уральский государственный университет (НИУ), г. Челябинск, Россия. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра..

Маклаков Александр Сергеевич – канд. техн. наук, доцент, кафедра мехатроники и автоматизации, Южно-Уральский государственный университет (НИУ), г. Челябинск, Россия. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра..

Цзин Тао – аспирант, кафедра мехатроники и автоматизации, Южно-Уральский государственный университет (НИУ), г. Челябинск, Россия.

1. J. Rodriguez, Jih-Sheng Lai and Fang Zheng Peng. Multilevel inverters: a survey of topologies, controls, and applications. IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 49, no. 4, pp. 724-738, (2002).

2. Jih-Sheng Lai and Fang Zheng Peng. Multilevel inverters-a new breed of power converters. IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 32, no. 3, pp. 509-517, (1996).

3. B. Wu, High-Power Converters and AC Drives. New York: Wiley-IEEE Press, (2006).

4. S. Kouro et al., Recent Advances and Industrial Applications of Multilevel inverters. IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 57, no. 8, pp. 2553-2580, (2010).

5. L.M. Tolbert, Fang Zheng Peng and T. G. Habetler. Multilevel inverters for large electric drives. IEEE Transactions on Industry Applications. vol. 35, no. 1, pp. 36-44, (1999).

6. J.M. Carrasco et al. Power-Electronic Systems for the Grid Integration of Renewable Energy Sources: A Survey. IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 53, no. 4, pp. 1002-1016, (2006).

7. D.G. Holmes and T. A. Lipo. Pulse Width Modulation for Power Converters. Piscataway, NJ: IEEE Press, (2003).

8. N.S. Hasan et al. Reviews on Multilevel inverter and Modulation Techniques. Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 80, pp. 163-174, (2017).

9. Z. Du, L. M. Tolbert and J. N. Chiasson. Harmonic elimination for multilevel inverter with programmed PWM method. in 39th IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, Seattle, WA, vol.4, pp. 2210-2215, (2004).

10. H.S. Patel and R. G. Hoft. Generalized Techniques of Harmonic Elimination and Voltage Control in Thyristor Inverters: Part I--Harmonic Elimination, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. IA-9, no. 3, pp. 310-317, (1973).

11. Chunhui Wu, Qirong Jiang and Chunpeng Zhang. An optimization method for three-level selective harmonic eliminated pulse width modulation (SHEPWM). in International Conference on Electrical Machines and Systems, Nanjing, vol. 2, pp. 1346–1350, (2005).

12. J. N. Chiasson, L. M. Tolbert, K. J. McKenzie and Zhong Du. Elimination of harmonics in a multilevel inverter using the theory of symmetric polynomials and resultants. IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 13, no. 2, pp. 216-223, (2005).

13. J. N. Chiasson, L. M. Tolbert, K. J. McKenzie and Zhong Du. Control of a multilevel inverter using resultant theory. IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 11, no. 3, pp. 345-354, (2003).

14. B. Ozpineci, L.M. Tolbert and J. N. Chiasson. Harmonic optimization of multilevel inverters using genetic algorithms. IEEE Power Electronics Letters, vol. 3, no. 3, pp. 92-95, (2005).

15. A.I. Maswood and S. Wei. Genetic-algorithm-based solution in PWM converter switching. IEE Proceedings – Electric Power Applications, vol. 152, no. 3, pp. 473–478, (2005).

16. B. Ozpineci, L. M. Tolbert and J. N. Chiasson. Harmonic optimization of multilevel inverters using genetic algorithms. IEEE Power Electronics Letters, vol. 3, no. 3, pp. 92-95, (2005).

17. H. Taghizadeh and M. Tarafdar Hagh. Harmonic elimination of multilevel inverters using particle swarm optimization. in IEEE International Symposium on Industrial Electronics, Cambridge, U.K., pp. 393-396, (2008).

18. J. Kennedy and R. Eberhart. Particle swarm optimization. Proceedings of International Conference on Neural Networks, vol. 4, pp. 1942-1948, (1995).

19. M. Clerc and J. Kennedy. The particle swarm – explosion, stability, and convergence in a multidimensional complex space. IEEE Transactions on Evolutionary Computation, vol. 6, no. 1, pp. 58-73, (2002).

20. J.N. Chiasson, L.M. Tolbert, K.J. McKenzie and Zhong Du. A complete solution to the harmonic elimination problem. IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 19, no. 2, pp. 491-499, (2004).

Подробности: Опубликовано: 04 апреля 2019 г.; Обновлено: 04 апреля 2019 г.; Просмотров: 1072