城軌列車牽引逆變器脈寬調制方法研究
秦偉志，郭其一
（同濟大學 電子與信息工程學院，上海 201804）
摘 要：城軌列車牽引傳動系統(tǒng)開關頻率較低，需要根據(jù)不同工況分段選擇脈寬調制技術。介紹了分段調制技術和指定諧波消除脈寬調制（SHEPWM）技術，針對傳統(tǒng)數(shù)值方法計算SHEPWM開關角存在的局部收斂、過程復雜等問題，設計了將擬牛頓法和遺傳算法結合的混合遺傳算法，可以實現(xiàn)全局收斂并減少計算復雜性；對不同載波比SHEPWM 的切換過程進行分析，得到諧波電流沖擊最小的切換點。使用Matlab/Simulink進行仿真，驗證了混合遺傳算法的全局收斂性和精確性，并對開關器件輸出電流進行快速傅里葉變換（FFT）分析，驗證了SHEPWM算法可以有效消除低次諧波。
關鍵詞：牽引逆變器；分段調制；混合遺傳算法；指定諧波消除脈寬調制；平滑切換
中圖分類號：TM464 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3175(2020)12-0007-06
Research on Pulse Width Modulation Method of Traction Inverter of Urban Rail Train
QIN Wei-zhi, GUO Qi-yi
（College of Electronic and Information Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China）
Abstract: The switching frequency of electric locomotive traction drive system is low and pulse width modulation technology needs to be selected according to different working conditions. This paper introduced the segmented modulation technology and the specified harmonic elimination pulse wide modulation (SHEPWM) technology, and designs a hybrid genetic algorithm, which effectively realizes the global convergence of the calculation results and reduces the computational complexity; for the synchronization between different modes of the modulation section the switching impact current is analyzed, and the switching point with the smallest harmonic current impact is obtained. Using Matlab/Simulink to do simulation verifies the global convergence and accuracy of the hybrid genetic algorithm, and performs fast Fourier transform (FFT) analysis on the output current of the switching device, which verifies that the SHEPWM algorithm can effectively eliminate low-order harmonics.
Key words: traction inverter; segment modulation; hybrid genetic algorithm; specified harmonic elimination pulse width modulation; smooth switching
參考文獻
[1] 馮曉云. 電力牽引交流傳動及其控制系統(tǒng)[M]. 北京：高等教育出版社，2009.
[2] 張志剛，黃守道，胡存剛，等. 三電平SHEPWM與SVPWM混合控制策略及其矢量平滑切換方法的研究[J]. 電工技術學報，2015，30(14)：342-349.
[3] 張鋼，董侃，刁利軍，等. 大功率牽引逆變器的中頻區(qū)調制算法對比研究[J]. 電工技術學報，2016，31(S2)：1-9.
[4] 周明磊，游小杰，王琛琛，等. 電流諧波最小PWM開關角的計算及諧波特性分析[J]. 中國電機工程學報，2014，34(15)：2362-2370.
[5] 石媛，李明勇，胡傳西，等. 逆變器SHEPWM的數(shù)學模型及其開關角計算方法[J]. 艦船科學技術，2010，32(8)：203-206.
[6] 韓坤，宋玉明，余彬，等. 牽引逆變器多模式分段同步調制算法FPGA程序設計與實現(xiàn)[J]. 電工技術學報，2019，34(20)：4314-4322.
[7] 李永東. 脈寬調制(PWM) 技術——回顧、現(xiàn)狀及展望[J]. 電氣傳動，1996，26(3)：2-12.
[8] 吳龍， 任紅民， 畢惟紅. 遺傳算法求解非線性方程組研究綜述[J]. 電子科技，2014，27(4)：173-178.
[9] 羅亞中，袁端才，唐國金. 求解非線性方程組的混合遺傳算法[J]. 計算力學學報，2005，22(1)：109-114.
[10] 趙明旺. 基于牛頓法和遺傳算法求解非線性方程組的混合計算智能方法[J]. 小型微型計算機系統(tǒng)，1997，18(11)：13-18.
[11] 周明磊，李強，游小杰，等. 基于SHEPWM的多模式調制切換策略研究[J]. 鐵道學報，2014，35(1)：34-39.
