减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制方法和装置制造方法及图纸

本申请涉及一种减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制方法和装置，通过先产生伪随机序列，然后计算随机开关频率PWM的上限频率和下限频率，再通过生成载波信号、调制信号并进行随机开关频率PWM调制，本申请的随机开关频率PWM调制能有效的减小变流器开关频率处超高次谐波的幅值，将其均匀的分布在一个较宽的频率范围，从而抑制了开关电路中的传导电磁干扰，改善系统的电磁兼容性。

Modulation method and device for reducing the amplitude of uhthd at switching frequency of converter

【技术实现步骤摘要】
减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制方法和装置
本申请属于电能质量评估
，尤其是涉及一种减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制方法和装置。
技术介绍
随着电力电子功率半导体器件的不断发展，对电力电子装置的性能要求日益增加，促使出现了以脉冲宽度调制(PWM-PulseWidthModulation)控制技术的各类变流器。PWM调制技术已经广泛地应用于逆变、整流、斩波和变频，在电力电子技术中占有十分重要的地位，为电力电子技术的迅速发展奠定了坚实的基础。目前在变流器中，大部分都是采用开关频率固定的PWM调制方式，这种固定开关频率PWM技术由于开关频率很高，对低次谐波有很好的抑制效果，但是会产生幅值较大的高次谐波。随机PWM调制技术是解决上述变流器供电引起的电机噪声和电磁干扰等问题的一种全新的方法，它可以使PWM变流器的电磁辐射和电压电流谐波分量均匀的分布在一个较宽的频率范围，从而抑制了开关电路中的传导电磁干扰，改善系统的电磁兼容性。随机数的性能是决定随机PWM调制策略成功与失败的重要因素之一，但真随机数的产生不易实现，因此，在实际中一般采用伪随机数来代替真正的随机数。伪随机数是周期性确定信号，但其功率谱分布范围较宽，因此可以利用伪随机数来代替真正随机数。基于此目前随机开关频率PWM调制技术有两种：一种是混合随机开关频率调制技术，降低了对随机数性能的要求，但是若采样率过高，开关频率处超高次谐波的幅值减小不够明显；另一种是在随机开关频率中加入马尔科夫链的基于Markov链随机开关频率调制技术，该方法对于状态空间越大越有效，而调制过程只有两个状态，所以带来了一定的局限性。为此，本专利技术基于云模型与Fibonacci数列产生一组独立不重复、分布均匀、生成速度快的伪随机序列，将其应用到随机开关频率中能明显减小变流器开关频率处超高次谐波的幅值，从而改善电网的电能质量。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：为解决现有技术中的不足，从而提供一种能够减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制方法和装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制方法，包括以下步骤：S1：产生一组分布均匀、相关性小的伪随机序列；S2：根据期望的开关频率、随机数、开关频率变化范围计算随机开关频率PWM的上限频率和下限频率；S3：根据步骤S1中生成的随机序列和步骤S2中计算的随机开关频率PWM的上限频率和下限频率生成载波信号；S4：用采集到的电压电流信号经过适当的坐标变换生成调制信号；S5：利用生成的调制信号进行随机开关频率PWM调制。优选地，本专利技术的减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制方法，伪随机序列的产生方法为：步骤S11：设定量子logistic混沌系统的初始值x0、y0、z0，及系统控制参数r和β；步骤S12：将步骤S11中的初始值x0、y0、z0，及系统控制参数r和β代入量子混沌系统：中，得到xi、yi、zi均匀分布的实数三阶混沌序列，其中X＝(x1,...,xi,...,xn)，Y＝(y1,...,yi,...,yn)，Z＝(z1,...,zi,...,zn)，xn、yn、zn为系统状态值，和分别为xn和zn的复共轭；步骤S13：选取云模型期望值Ex、熵En、超熵He3个参数的初始值Ex、En、He；步骤S14：将云模型期望值Ex、熵En、超熵He的初始值代入式yi＝RN(En,He)生成以En为期望值，He2为方差的一个正态随机数yi；步骤S15：将Ex、yi代入式xi＝RN(Ex,yi)生成以Ex为期望值，yi2为方差的一个正态随机数；步骤S16：将步骤S15产生的量子混沌三阶序列不同的序列组合分别赋值给Ai，Bi，Ci，代入Fj＝(AiFi-1+BiFi-2+CiFi-3)％M，产生广义三阶Fibonacci函数模型序列Fj，式中,M为模，Fi为云滴群；步骤S17：将步骤S16中通过式计算出的Fj产生的广义三阶Fibonacci函数模型序列与Logistic混沌系统代入式Xn+1＝AFQL＝F(Q(γ,β))+L(x0,μ)％1中级联扰动计算得到序列Xn+1，式中，Q(γ,β)表示QL混沌系统，F(Q(γ,β))表示序列Fj，L(x0,μ)表示初始状态为x0以及参数为γ的Logistic混沌系统；步骤S18：取步骤S17中的均匀非相关序列Xn+1，将Xn+1中的元素及Xn+1中的元素的相反数重新排列组成伪随机序列Ri，(-1<＝Ri<＝1),Ri＝X0,-X0,…Xi,-Xi,…Xn+1,-Xn+1。优选地，本专利技术的减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制方法，步骤S2中，开关频率PWM的上限频率fmax：其中，fhmax表示开关频率变化范围的最大谐波频率，f1表示基波频率；下限频率fmin：fmin＝fhmin+4f1，fhmin表示开关频率变化范围的最小谐波频率，f1表示基波频率。优选地，本专利技术的减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制方法，步骤S3中，载波信号的生成包括以下步骤：步骤S31：根据随机开关频率理论期望值fc0、伪随机序列Ri和开关频率变化范围的增益Δf，计算对应的周期值Ti＝1/(fc0+RiΔf)，式中：Ti表示开关频率PWM调制的载波周期；步骤S32：生成频率变化的载波信号。优选地，本专利技术的减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制方法，步骤S4中，步骤S41：采集并网点的电压电流信号uabc、iabc以及直流侧电压信号Udc，获取直流侧电压的理论值Udcref，经过PI控制器得到电流参考值idref；步骤S42：将并网点采集后的信号经过锁相环和dq变换转换为直流量id、iq；步骤S43：将直流电压Udc和Udcref、经过PI控制器进行比较形成d轴电流参考值；步骤S44：将直流量id和idref经过PI控制器进行比较形成调制波的d轴分量，iq与0比较经PI控制器形成调制波的q轴分量；步骤S45：调制波的d轴、q轴分量经坐标变换形成调制波信号；步骤S5中，将载波信号与调制波信号进行比较形成PWM波，控制各个桥臂的开关管的通与断以进行随机开关频率PWM调制。本专利技术还提供一种减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制装置，包括：伪随机序列产生模块：产生一组分布均匀、相关性小的伪随机序列；上下限频率计算模块：根据期望的开关频率、随机数、开关频率变化范围计算随机开关频率PWM的上限频率和下限频率；载波信号生成模块：根据伪随机序列产生模块中生成的随机序列和上下限频率计算模块中计算的随机开关频率PWM的上限频率和下限频率生成载波信号；调制信号生成模块：用采集到的电压电流信号经过适当的坐标变换生成调制信号；PWM调制模块：利用生成的调制信号进行随机开关频率PWM调制。优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：产生一组分布均匀、相关性小的伪随机序列；/nS2：根据期望的开关频率、随机数、开关频率变化范围计算随机开关频率PWM的上限频率和下限频率；/nS3：根据步骤S1中生成的随机序列和步骤S2中计算的随机开关频率PWM的上限频率和下限频率生成载波信号；/nS4：用采集到的电压电流信号经过适当的坐标变换生成调制信号；/nS5：利用生成的调制信号进行随机开关频率PWM调制。/n

【技术特征摘要】
1.一种减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：产生一组分布均匀、相关性小的伪随机序列；
S2：根据期望的开关频率、随机数、开关频率变化范围计算随机开关频率PWM的上限频率和下限频率；
S3：根据步骤S1中生成的随机序列和步骤S2中计算的随机开关频率PWM的上限频率和下限频率生成载波信号；
S4：用采集到的电压电流信号经过适当的坐标变换生成调制信号；
S5：利用生成的调制信号进行随机开关频率PWM调制。


2.根据权利要求1所述的减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制方法，其特征在于，
伪随机序列的产生方法为：
步骤S11：设定量子logistic混沌系统的初始值x0、y0、z0，及系统控制参数r和β；
步骤S12：将步骤S11中的初始值x0、y0、z0，及系统控制参数r和β代入量子混沌系统：

中，
得到xi、yi、zi均匀分布的实数三阶混沌序列(X，Y，Z)，其中X＝(x1,...,xi,...,xn)，Y＝(y1,...,yi,...,yn)，Z＝(z1,...,zi,...,zn)，xn、yn、zn为系统状态值，和分别为xn和zn的复共轭；
步骤S13：选取云模型期望值Ex、熵En、超熵He3个参数的初始值Ex、En、He；
步骤S14：将云模型期望值Ex、熵En、超熵He的初始值代入式yi＝RN(En,He)生成以En为期望值，He2为方差的一个正态随机数yi；
步骤S15：将Ex、yi代入式xi＝RN(Ex,yi)生成以Ex为期望值，yi2为方差的一个正态随机数；
步骤S16：将步骤S15产生的量子混沌三阶序列(X，Y，Z)不同的序列组合分别赋值给Ai，Bi，Ci，代入Fj＝(AiFi-1+BiFi-2+CiFi-3)％M，产生广义三阶Fibonacci函数模型序列Fj，式中,M为模，Fi为云滴群；
步骤S17：将步骤S16中通过式计算出的Fj产生的广义三阶Fibonacci函数模型序列与Logistic混沌系统代入式Xn+1＝AFQL＝F(Q(γ,β))+L(x0,μ)％1中级联扰动计算得到序列Xn+1，式中，Q(γ,β)表示QL混沌系统，F(Q(γ,β))表示序列Fj，L(x0,μ)表示初始状态为x0以及参数为γ的Logistic混沌系统；
步骤S18：取步骤S17中的均匀非相关序列Xn+1，将Xn+1中的元素及Xn+1中的元素的相反数重新排列组成伪随机序列Ri，(-1<＝Ri<＝1),Ri＝X0,-X0,…Xi,-Xi,…Xn+1,-Xn+1。


3.根据权利要求1或2所述的减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制方法，其特征在于，
步骤S2中，开关频率PWM的上限频率fmax：其中，fhmax表示开关频率变化范围的最大谐波频率，f1表示基波频率；
下限频率fmin：fmin＝fhmin+4f1，fhmin表示开关频率变化范围的最小谐波频率，f1表示基波频率。


4.根据权利要求1-3任一项所述的减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制方法，步骤S3中，载波信号的生成包括以下步骤：
步骤S31：根据随机开关频率理论期望值fc0、伪随机序列Ri和开关频率变化范围的增益Δf，计算对应的周期值Ti＝1/(fc0+RiΔf)，式中：Ti表示开关频率PWM调制的载波周期；
步骤S32：生成频率变化的载波信号。


5.根据权利要求1-4任一项所述的减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制方法，其特征在于，步骤S4中，
步骤S41：采集并网点的电压电流信号uabc、iabc以及直流侧电压信号Udc，获取直流侧电压的理论值Udcref，经过PI控制器得到电流参考值idref；
步骤S42：将并网点采集后的信号经过锁相环和dq变换转换为直流量id、iq；
步骤S43：将直流电压Udc和Udcref、经过PI控制器进行比较形成d轴电流参考值；
步骤S44：将直流量id和idref经过PI控制器进行比较形成调制波的d轴分量，iq与0比较经PI控制器形成调制波的q轴分量；
步骤S45：调制波的d轴、q轴分量经坐标变换形成调制波信号；
步骤S5中，将载波信号与调制波信号进行比较形成PW...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑晨，刘书铭，李琼林，代双寅，唐钰政，张博，王毅，丁一博，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41