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基于引力搜索算法的特定消谐技术研究

摘要

近年来随着电力电子技术的飞速发展，逆变器得到了广泛应用，如电力系统，电

源，交通运输，一般工业以及其他领域等。但由此带来的谐波问题也十分严重，并引

起了广泛关注。为解决这一问题，本文采用特定消谐技术消除指定低次谐波提高电能

质量。但由于特定消谐方程组复杂，传统的数值算法受初值影响，如何快速准确求解

开关角成为特定消谐技术的难点。因此，本文提出将引力搜索算法应用于特定消谐技

术中。

利用牛顿迭代算法和免疫算法求解其方程组的开关角。人为设计三相桥式PWM

电压型逆变器电路的单极性和双极性输出电压波形并进行傅里叶分析，确定消除的低

次谐波，简化特定消谐方程组。

将引力搜索算法应用到特定消谐技术中求解开关角。计算每个粒子的适应度函数

和质量，在每一次迭代中，不断更新函数的适应值和粒子的质量，并设计引力搜索算

法关于特定消谐技术的适应度函数，完成对开关角的全局寻优。再将牛顿迭代算法、

免疫算法和引力搜索算法得到的开关角数据加载到仿真模型中进行模拟仿真，比较上

述三种算法的阻感性负载仿真结果，最终证明基于引力搜索算法的特定消谐技术在低

次谐波抑制和计算速度的效果最好。

对理论分析结果进行仿真验证。以双极性三相桥式电压型逆变器为例，采用不同

的PWM控制技术如正弦PWM技术、空间矢量PWM技术以及基于不同算法的特定消

谐技术针对不同负载进行仿真分析，在相同条件下比较不同PWM技术下逆变器输出

波形的特点及其频谱分析，分析输出波形的谐波消除情况及其直流电压利用率的异同，

证明特定消谐技术消除低次谐波效果的优越性。基于引力搜索算法的特定消谐技术仿

真结果的直流电压利用率得到了提高。

实现了特定消谐变频器的硬件设计，功能是实现变压变频。硬件电路主要分为主

电路和控制电路。主电路主要包括整流器、逆变器和保护电路，其中逆变器采用内部

包含三相逆变电路的集成芯片IPM。控制电路分为模数转换电路、压频变换电路和存

储器。通过以上设计，完成了特定消谐式变频器的硬件设计和控制电路调试。

关键词：逆变器；特定消谐技术；非线性超越方程；引力搜索算法

基于引力搜索算法的特定消谐技术研究

Abstract

Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofpowerelectronicstechnology,inverters

havebeenwidelyused,suchasinpowersystems,powersources,transportation,general

industry,andotherfields.However,theharmonicproblemcausedbythisisalsoveryserious

andhasarousedwidespreadconcern.Inordertosolvethisproblem,selectiveharmonic

eliminationtechniqueisadoptedinthispapertoeliminateselectivelow-orderharmonicsand

improvepowerquality.However,duetothecomplexityofspecificharmonicelimination

equationsandtheinfluenceofinitialvaluesontraditionalnumericalalgorithms,howto

quicklyandaccuratelysolvetheswitchinganglehasbecomeachallengeforspecific

harmoniceliminationtechnology.Therefore,applyinggravitysearchalgorithmtoselective

harmoniceliminationtechnologyareproposedinthispaper.

Newtoniterativealgorit