城轨列车牵引逆变器脉宽调制方法研究
秦伟志，郭其一
（同济大学 电子与信息工程学院，上海 201804）
摘 要：城轨列车牵引传动系统开关频率较低，需要根据不同工况分段选择脉宽调制技术。介绍了分段调制技术和指定谐波消除脉宽调制（SHEPWM）技术，针对传统数值方法计算SHEPWM开关角存在的局部收敛、过程复杂等问题，设计了将拟牛顿法和遗传算法结合的混合遗传算法，可以实现全局收敛并减少计算复杂性；对不同载波比SHEPWM 的切换过程进行分析，得到谐波电流冲击最小的切换点。使用Matlab/Simulink进行仿真，验证了混合遗传算法的全局收敛性和精确性，并对开关器件输出电流进行快速傅里叶变换（FFT）分析，验证了SHEPWM算法可以有效消除低次谐波。
关键词：牵引逆变器；分段调制；混合遗传算法；指定谐波消除脉宽调制；平滑切换
中图分类号：TM464 文献标识码：A 文章编号：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
参考文献
[1] 冯晓云. 电力牵引交流传动及其控制系统[M]. 北京：高等教育出版社，2009.
[2] 张志刚，黄守道，胡存刚，等. 三电平SHEPWM与SVPWM混合控制策略及其矢量平滑切换方法的研究[J]. 电工技术学报，2015，30(14)：342-349.
[3] 张钢，董侃，刁利军，等. 大功率牵引逆变器的中频区调制算法对比研究[J]. 电工技术学报，2016，31(S2)：1-9.
[4] 周明磊，游小杰，王琛琛，等. 电流谐波最小PWM开关角的计算及谐波特性分析[J]. 中国电机工程学报，2014，34(15)：2362-2370.
[5] 石媛，李明勇，胡传西，等. 逆变器SHEPWM的数学模型及其开关角计算方法[J]. 舰船科学技术，2010，32(8)：203-206.
[6] 韩坤，宋玉明，余彬，等. 牵引逆变器多模式分段同步调制算法FPGA程序设计与实现[J]. 电工技术学报，2019，34(20)：4314-4322.
[7] 李永东. 脉宽调制(PWM) 技术——回顾、现状及展望[J]. 电气传动，1996，26(3)：2-12.
[8] 吴龙， 任红民， 毕惟红. 遗传算法求解非线性方程组研究综述[J]. 电子科技，2014，27(4)：173-178.
[9] 罗亚中，袁端才，唐国金. 求解非线性方程组的混合遗传算法[J]. 计算力学学报，2005，22(1)：109-114.
[10] 赵明旺. 基于牛顿法和遗传算法求解非线性方程组的混合计算智能方法[J]. 小型微型计算机系统，1997，18(11)：13-18.
[11] 周明磊，李强，游小杰，等. 基于SHEPWM的多模式调制切换策略研究[J]. 铁道学报，2014，35(1)：34-39.
