整流器基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的快速SVPWM三電平PWM整流器的研究-寫手聯(lián)盟

1、整流器基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的快速SVPWM三電平PWM整流器的研究-寫手聯(lián)盟    摘要：本文介紹了二極管中點箝位型三電平PWM 整流器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，詳細(xì)分析了空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的基本原理，針對傳統(tǒng)的復(fù)雜SVPWM 算法，分析了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的快速SVPWM 算法。該方法在矢量選取和作用時間計算方面進行了簡化，避免了復(fù)雜的三角函數(shù)運算，從而可節(jié)省處理器的計算時間。最后基于Matlab 仿真軟件建立了三電平PWM 整流器的電壓定向控制系統(tǒng)仿真模型，仿真結(jié)果驗證了該算法的有效性。: D" J, s4 c( g8 '6 Y關(guān)鍵詞： 三電

2、平；空間矢量脈寬調(diào)制；PWM 整流器；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)+ X% T: x% T1 Q6 G( U& D% / O8 C% w( X! a) k' H4 q1 引言% l. a; * z' q2 B- U0 T/ w7 w. N' F3 d& z近年來,在高壓大功率場合,中點箝位型三電平PWM整流器逐漸引起人們的關(guān)注。與傳統(tǒng)的兩電平PWM整流器相比，三電平PWM整流器具有以下優(yōu)點1：1)每一個功率開關(guān)管上承受的電壓峰值僅為兩電平PWM整流器的一半，因此可以降低器件耐壓等級；2)三電平PWM整流器可以用27個開關(guān)狀態(tài)來合成所需的電壓矢量,在開關(guān)頻率不是很高的情況下，

3、也能保證較好的正弦波形的輸入電流;3)在相同的開關(guān)頻率及控制條件方式下,三電平PWM整流器交流側(cè)電流諧波含量低，直流電壓紋波小，器件損耗和du/dt應(yīng)力小。9 o( D) b2 v* X* 4 D$ i三電平PWM整流器的調(diào)制方法主要分為基于電壓空間矢量的脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)和基于載波比較的脈寬調(diào)制技術(shù)。SVPWM因具有直流電壓利用率高、器件開關(guān)次數(shù)較少、易于數(shù)字化實現(xiàn)等優(yōu)點得到了廣泛應(yīng)用2。傳統(tǒng)的三電平SVPWM調(diào)制方法計算量大，涉及較多的查表和三角函數(shù)，普通定點DSP難以滿足要求。為此國內(nèi)外學(xué)者進行了大量的研究,提出了很多改進算法3-7。文獻7提出一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的快速SVPWM算法

4、,并應(yīng)用到三電平電壓型逆變器的過調(diào)制控制策略中。該算法在基矢量選取及其作用時間計算方面進行了簡化，節(jié)省了處理器的計算時間，從而在三電平過調(diào)制控制中收到了很好的效果。( ?$ '4 Y% E. M: F/ E本文將基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的快速SVPWM 算法應(yīng)用到三電平PWM 整流器中，并在Matlab/Simulink 仿真環(huán)境中對該算法進行了驗證。對于三電平PWM 整流器固有的中點電位平衡問題，本文通過判斷中點電流方向和電容的電壓差，采用了一種易于實現(xiàn)的滯環(huán)控制方法。仿真結(jié)果表明，三相PWM 整流器具有較好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，從而驗證了該算法的有效性。, M' O/ j+ 4 V1 L+

5、 9 o, D6 b8 y- w9 c2 三電平PWM整流器及SVPWM基本原理# I5 7 U" R. A8 R, h+ x5 m! W6 M) z% P" 二極管箝位型三電平PWM整流器的主電路如圖1所示，每一相橋臂有4個功率開關(guān)管、4個續(xù)流二極管、2個箝位二極管。對于任意給定的三相基波電壓瞬時值vao、vbo、vco，在復(fù)平面內(nèi)定義電壓空間矢量為( 2 )r ao bo co23v = v +α v +α v其中，α = e j2π /3。: q- C+ Y0 z2 z. : E, j6 N&a

6、mp; u圖2 給出了三電平整流器空間電壓矢量在α ? β 坐標(biāo)系下的分布，其中含有6 個模為2vdc/3 的大矢量，6 個模為dc 3v / 3的中矢量以及6 個模為vdc/3 的小矢量，三個零矢量(PPP、NNN、000)位于原點。它們把正六邊形分為6 個扇區(qū)，每個扇區(qū)又分為4 個小區(qū)。; R0 H7 P8 P% - + v  m! W* X5 X5 l6 w6 K3 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的快速SVPWM算法+ V: w8 x  J* ?: D, W$ N& ! Q& R/ y, b9 m. i$ w8

7、a3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)- L; v& n- '1 ( D9 R* T6 M神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于其非線性處理能力強，性能穩(wěn)定等特點得到了廣泛應(yīng)用。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，中國科技論文在線當(dāng)外部輸入模式出現(xiàn)時，每個神經(jīng)元都會同時工作，并且網(wǎng)絡(luò)采用一定的競爭學(xué)習(xí)機制，完成對復(fù)雜模式的分類過程。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)完成對輸入模式的學(xué)習(xí)之后，會將各個模式分布地記憶在網(wǎng)絡(luò)的各個連接權(quán)值上。在輸入層輸入標(biāo)幺化的矢量，該網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點值等于輸入矢量與網(wǎng)絡(luò)權(quán)值矢量的內(nèi)積，可表示為net =U ?W = U W cosθ (1)式中，θ 為U、W 的夾角。$ e! o, v 

8、0;% d! a. w由于輸入矢量和權(quán)值矢量都已標(biāo)幺化，中間節(jié)點值由以上兩個矢量夾角的余弦決定。其中最大的中間節(jié)點贏得比較，即贏得比較的矢量最靠近輸入矢量，其過程如圖3 所示。由于SVPWM 算法計算過程中需要確定參考電壓矢量由哪幾個基矢量合成，故也是分類問題，并且所有分類的權(quán)值都是已知的，不需要對網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值進行訓(xùn)練。圖2 中，va,r 與6 個大矢量的內(nèi)積分別為1，0.5，-0.5，-1，-0.5，0.5，這些值即為該競爭網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SVPWM 算法較傳統(tǒng)的SVPWM 簡單、精確，其核心就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊，其框圖如圖4 所示。參考電壓矢量經(jīng)過6 個線性運算后，其結(jié)果被送入比較單元

9、進行處理。其中第k 個計算單元的輸出值，也等于參考電壓矢量和第k 個基矢量的內(nèi)積，即：) z: c  y3 u" z可以看出，和參考電壓矢量vr 最近的基矢量vk，其對應(yīng)的計算單元輸出值nk 最大。若參考電壓矢量vr 落在vi 和vi+1 組成的扇區(qū)中，相對應(yīng)的ni 和ni+1 將大于其他各nk 值。式中，θ 為參考電壓矢量和與之最近的基矢量之間的夾角。# % p$ f0 a! Z1 z+ H9 s1 L' a; f由比較單元輸出的兩個最大值下標(biāo)，可以確定參考電壓矢量所在的扇區(qū)；而最大輸出值ni 和ni+1 則為合成基矢量的作用時間計算

10、提供了方便。2 E8 M9 m, B) U5 ) h9 w& U" I- t! 0 I; g2 ) e. S" " S3.2 基矢量的選取% c- 5 W9 j' N. O2 x0 D. t在確定參考電壓矢量所在扇區(qū)之后，首要任務(wù)就是把其他各扇區(qū)的情況劃歸到第扇區(qū)進行處理。例如，參考電壓矢量落在第扇區(qū)，其變換到第扇區(qū)為在所有扇區(qū)都劃歸到第扇區(qū)后，便可以通過區(qū)域判定單元進行小區(qū)判斷，圖5給出了第扇區(qū)的小區(qū)分布圖。式(5)中，若a<0，則參考電壓矢量落在第1 小區(qū)；若b<0，則參考電壓矢量落在第3 小區(qū)；若c<0，則參考電壓矢量落在第

11、4 小區(qū)；否則，參考電壓矢量落在第2 小區(qū)。當(dāng)參考電壓矢量位于某小區(qū)時，根據(jù)NTV(Nearest Three Vector)原則直接由該小區(qū)的三個頂點對應(yīng)的電壓矢量進行合成。- L, r( Z& I; P5 r$ q- s! R; h: 0 B/ g3.3 基矢量的作用時間: H; K1 e  y/ S. F  h6 8 W% s4 f8 w在合成基矢量確定以后，根據(jù)伏秒平衡原則，便可以求得3 個基矢量的作用時間。以參考電壓矢量落在圖5 中第3 小區(qū)為例，則vr 可由v1、v7、v13 合成，且由式(9)可以看出，合成基矢量的作用時間計算僅是簡

12、單的線性計算，避免了大量的三角函數(shù)，從而可節(jié)省處理器的計算時間。2 B8 ' h0 K- ) n# s! g& H5 b! a2 P& m8 P% T* e3.4 直流側(cè)中點電位控制# E2 $ j- m$ A" V: 三電平整流器在運行中必須保證中點電位平衡，否則將導(dǎo)致輸入電流波形畸變，損壞功率開關(guān)器件和濾波電容，不利于整流器的安全運行8。2 ?& L) x$ B9 L; F/ c+ b4 M本文采用基于控制因子&rho;的滯環(huán)控制方法，即通過重新安排冗余電壓矢量的時間分配對中點電位進行控制。以參考電壓矢量位于圖5中小區(qū)3為例，小矢量v1對應(yīng)

13、正小矢量v1p和負(fù)小矢量v1n，它們對中點電壓的影響相反，其優(yōu)化后的電壓基矢量作用順序為：v1p - v7 - v13 -v1n - v13 - v7 - v1p。其中，v1p和v1n的作用時間為1p 1 1n 1 t = t (1+ &rho; ) / 2 t = t (1? &rho; ) / 2 (10)式中，&rho;為控制因子，且-1&le;&rho;&le;1。% y* B1 w: S1 Y: r由于小矢量v1p和v1n的幅值和相角相同，故只要滿足式(10)，則改變兩個矢量的作用時間，將不會影響輸出電壓矢量，并可達到控制中點電位的目的

14、。5 s( A, v! x! ; ?: o; ' F" B+ ) 8 ; b# s; m% h4 仿真研究6 , E. A9 c# S6 _' D1 w6 O$ o: E1 h/ V. X- J6 h6 c5 Y/ d1 f* O本文利用Matlab/Simulink軟件平臺搭建了三電平PWM整流器的電壓定向控制系統(tǒng)仿真模型，對基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SVPWM算法進行仿真研究。系統(tǒng)的仿真參數(shù)如下：三相輸入為三相對稱正弦電壓，相電壓幅值為220V，輸入側(cè)等值電阻為R=0.1&Omega;，電感為L=10mH，直流側(cè)電容為C1= C2=2600&mu;F，負(fù)載RL

15、=100&Omega;，直流電壓給定vdc=550V，開關(guān)頻率f=5kHz。, I& E( 9 B( i' b圖6為整流器直流側(cè)電壓波形，可見控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時輸出直流電壓為550V，與給定相符，且波形平直、波動小。從圖7和圖8中可以看出，輸入電壓與輸入電流同相位，功率因數(shù)為1，電流畸變率為3.33%。圖9為直流側(cè)兩電容上的電壓波形，可以看出采用控制策略后，中點電位的波動得到了有效的控制。) Y1 y# V+ m3 J) '" % R/ w6 J+ T# S6 ?4 t2 O; z5 結(jié)論8 X6 Z: |- e: k  * n2

16、o7 z* a4 A, B  T' K! D9 d本文介紹了三電平 PWM 整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分析了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SVPWM 算法，該算法計算簡單，無需復(fù)雜的三角函數(shù)運算，有利于計算機的數(shù)字化實現(xiàn)。文中將該算法應(yīng)用到三電平PWM 整流器中，并在Matlab 仿真環(huán)境中驗證了該算法。仿真結(jié)果表明，三相PWM整流器具有較好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，從而驗證了該算法的有效性，具有較高的應(yīng)用價值。  Y$ w* t2 j8 g* S3 y! W9 Z2 B, K4 T6 j2 i  6 m5 J, R- |# p: Y寫手聯(lián)盟專業(yè)從事代寫職稱

17、論文服務(wù)，并大量免費建筑職稱論文，如有業(yè)務(wù)需求請咨詢網(wǎng)站客服人員 9 v* $ 6 e- w- C2 u- . " n/ ?3 f參考文獻 (References)4 S/ D) O' v  Y5 z+ L' P/ l1 李永東, 肖曦, 高躍.大容量多電平變換器原理.控制.應(yīng)用M.北京:科學(xué)出版社, 2005.& j( p; O2 I  A0 D: i2 趙振波, 許伯強, 李和明. 高功率因數(shù)PWM 整流器綜述J. 華北電力大學(xué)學(xué)報, 2002 , 29 (4) : 36 - 40., k7 U. C- K/ X(

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