CN110932585A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

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。

Description

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
技术领域
本申请属于电能质量评估技术领域，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。
背景技术
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-Pulse Width Modulation)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，本发明基于云模型与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。
发明内容
本发明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。
本发明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，本发明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：
Figure BDA0002311197750000031
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，
Figure BDA0002311197750000032
和
Figure BDA0002311197750000033
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，yi 2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，本发明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：
Figure BDA0002311197750000041
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，本发明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，本发明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。
本发明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。
优选地，本发明的减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制装置，
伪随机序列产生模块中伪随机序列的产生方法为：
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；
将x0、y0、z0，及系统控制参数r和β代入量子混沌系统：
Figure BDA0002311197750000061
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，
Figure BDA0002311197750000062
和
Figure BDA0002311197750000063
分别为xn和zn的复共轭；
选取云模型期望值Ex、熵En、超熵He3个参数的初始值Ex、En、He；
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；
将Ex、yi代入式xi＝RN(Ex,yi)生成以Ex为期望值，yi 2为方差的一个正态随机数；
将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；
将计算出的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；
取均匀非相关序列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，本发明的减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制装置，
上下限频率计算模块中，开关频率PWM的上限频率fmax：
Figure BDA0002311197750000071
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，本发明的减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制装置，调制信号生成模块中，载波信号的生成先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；再生成频率变化的载波信号。
优选地，本发明的减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制装置，调制信号生成模块中，先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；
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；
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；
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；
调制波的d轴、q轴分量经坐标变换形成调制波信号；
PWM调制模块中，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。
本发明的有益效果是：
本申请的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。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
图1为电网系统的简化模型图；
图2为固定开关频率下的输出电流的频谱图；
图3为随机开关频率下的输出电流的频谱图；
图4为减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制方法的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
图1为随机开关频率PWM调制的具体框图，改进型的随机开关频率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。
实施例
本实施例提供一种减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制方法，如图4所示，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；伪随机序列既有随机信号相关性较小，又具备随机信号没有的规律性，并且生成速度快。
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，比如初始值x0＝0.3，y0＝0.06，z0＝0.2，及系统控制参数r＝3.99，β＝6.2；
Figure BDA0002311197750000101
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，
Figure BDA0002311197750000102
和
Figure BDA0002311197750000103
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He 3个参数的初始值Ex、En、He；比如，可以设定Ex＝5000、En＝3、He＝0.1；
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，yi 2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。
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；
步骤S2中，开关频率PWM的上限频率fmax：
Figure BDA0002311197750000111
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；
上限频率fmax的计算推导过程如下：
选取随机数的最大值Ri＝1时，随机开关频率的上限值为fc＝fmax＝fc0+Δf，式中fc0表示随机开关频率理论期望值，
Figure BDA0002311197750000112
在输出电压频谱中不可忽略且距离基波最远的谐波一般考虑到3倍开关频率的边频带，即选取3fmax+4f1。
此外还要考虑频率过高造成严重的电磁干扰等问题，假设系统允许的最大谐波频率为fhmax则必须满足
fhmax≥3fmax+4f1，
式中，fhmax表示最大谐波频率，f1表示基波频率。
Figure BDA0002311197750000121
取最大值
Figure BDA0002311197750000122
下限频率fmin：fmin＝Δfc+5f1，fhmin表示开关频率变化范围的最小谐波频率。
选取随机数的最小值Ri＝-1时，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。
假设由变流器在开关频率处产生的幅值不可忽略的最低次谐波的频率是fhmin，设fhmin＝fmin-nf1，n为正整数，
第一谐波簇中心频率两侧的边带谐波幅值在n＝4时已经较小，因此fhmin＝fmin-4f1，
此外，考虑在基波频率f1的Δfc范围内没有产生较大的谐波，一般变流器在输出端接有LCL滤波器，将LCL滤波器的谐振点考虑进来，取Δfc大于谐振点频率，由此可得：
fhmin＝f1+Δfc＝fmin-4f1，
式中，fhmin表示最小谐波频率，f1表示基波频率，Δfc由系统的频率响应特性来决定。
由此可得：
fmin＝Δfc+5f1。
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；
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。
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；
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；
S5：利用生成的调制信号进行随机开关频率PWM调制。
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。
本申请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，与减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制方法对应，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；
伪随机序列产生模块中伪随机序列的产生方法为：
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；
将x0、y0、z0，及系统控制参数r和β代入量子混沌系统：
Figure BDA0002311197750000141
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，
Figure BDA0002311197750000142
和
Figure BDA0002311197750000143
分别为xn和zn的复共轭；
选取云模型期望值Ex、熵En、超熵He 3个参数的初始值Ex、En、He；
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；
将Ex、yi代入式xi＝RN(Ex,yi)生成以Ex为期望值，yi 2为方差的一个正态随机数；
将量子混沌三阶序列(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；
将计算出的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；
取均匀非相关序列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。
--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；
上下限频率计算模块中，开关频率PWM的上限频率fmax：
Figure BDA0002311197750000151
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。
--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；
调制信号生成模块中，载波信号的生成先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；再生成频率变化的载波信号。
--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；
调制信号生成模块中，先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；
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；
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；
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；
调制波的d轴、q轴分量经坐标变换形成调制波信号；
--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。
PWM调制模块中，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。
图2中是采用固定开关频率的PWM调制时输出电流的频谱图，变流器的开关频率为10kHz，可以看出在开关频率及其整数倍处产生了很大的谐波幅值。图3是采用随机开关频率的PWM调制时输出电流的频谱图，可以看出在开关频率及其整数倍附近的谐波幅值有了明显的下降。
以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

Claims (10)

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：
Figure FDA0002311197740000011
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，
Figure FDA0002311197740000012
和
Figure FDA0002311197740000013
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He 3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，yi 2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：
Figure FDA0002311197740000021
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。
6.一种减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制装置，其特征在于，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。
7.根据权利要求6所述的减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制装置，其特征在于，
伪随机序列产生模块中伪随机序列的产生方法为：
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；
将x0、y0、z0，及系统控制参数r和β代入量子混沌系统：
Figure FDA0002311197740000051
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，
Figure FDA0002311197740000052
和
Figure FDA0002311197740000053
分别为xn和zn的复共轭；
选取云模型期望值Ex、熵En、超熵He 3个参数的初始值Ex、En、He；
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；
将Ex、yi代入式xi＝RN(Ex,yi)生成以Ex为期望值，yi 2为方差的一个正态随机数；
将量子混沌三阶序列(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；
将计算出的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；
取均匀非相关序列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。
8.根据权利要求6或7所述的减小变流器开关频率处超高次谐波幅值的调制装置，其特征在于，
上下限频率计算模块中，开关频率PWM的上限频率fmax：
Figure FDA0002311197740000061
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。
9.根据权利要求6-8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装置，调制信号生成模块中，载波信号的生成先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；再生成频率变化的载波信号。
10.根据权利要求6-9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装置，其特征在于，调制信号生成模块中，先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；
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；
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；
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；
调制波的d轴、q轴分量经坐标变换形成调制波信号；
PWM调制模块中，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。
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