电力驱动系统实时控制虚拟实验平台

在研制复杂大功率电力驱动系统的过程中,实际测试前采用虚拟实验平台对控制器的中断延迟、计算速度、内存、接口、通信等瓶颈和瑕疵进行排查,可缩短开发周期,降低开发费用和技术风险。该文依据实际电力驱动系统结构,提出离散事件变流器系统与连续时间电机系统解耦的实时仿真框架,并基于Simulink开发电力驱动系统实时模型库;采用dSPACE实时仿真环境生成模型的实时C代码,基于两定时器任务实现交流驱动系统15～20μs步长实时仿真。实时仿真系统具有与实际系统的实时硬件接口,可以与实际控制器或实际电机系统直接相连,构成硬件在回路仿真测试或快速控制原型系统。在一般的实验室中可以对大功率电力驱动系统进行测试、教学和操作培训。

基于扰动观测器-Lyapunov理论的稳压控制策略

针对小型风力自励异步发电机(SEICG)机端电压在投切负载时产生电压跌落的问题,通过并联静止无功补偿器(STATCOM)提高异SEIG的机端特性,改善电能质量。提出一种基于扰动观测器(DOB)的Lyapunov(DOB-Lyapunov)控制策略,通过数学模型构造Lyapunov函数,将误差跟踪问题转换成求解Lyapunov函数在平衡点全局渐近稳定问题;针对线路电感测量误差及摄动对控制策略造成影响,内环加入DOB,使得整个控制器在鲁棒性、静态稳定性方面得到提升。结果表明:所提DOB-Lyapunov方法可以在线路阻抗发生变化时仍有较好的控制性能,电压平方外环结构实现了线性化电压控制,在响应速度以及总谐波畸变率(THD)方面均优于传统方法。

配电网电力电子变压器技术综述

电力电子变压器旨在代替传统电力变压器,实现电压变换、电能控制、无功补偿和不间断电源等智能化功能,使配电网结构更加精简,运行更加高效。首先对电力电子变压器的发展历程、优势和工作原理进行了论述和分析,然后对电力电子变压器技术中的功率器件、高频变压器、电路拓扑结构、控制技术以及应用等关键问题和研究现状进行了较为全面的阐述,最后指明目前电力电子变压器亟需解决的问题。

电动汽车无刷直流电机驱动系统实时仿真

在设计开发电动汽车的过程中,采用实时数字仿真可实现并行工程,缩短开发时间,节约开发费用。基于方框图建模工具Simulink建立无刷直流电机驱动系统模型,采用dSPACE实时仿真环境自动生成控制器及被控对象模型实时代码。实时仿真系统具有与实际系统的硬件接口,可以与实际控制器或电机系统直接相连,构成硬件在回路仿真测试或快速控制原型系统。实时仿真与真实系统实验结果表明,实时仿真器与实际系统的响应特性无明显差别,在开发和测试阶段可以代替实际电机系统进行实时闭环测试。

新型三相PWM整流器无交流电压传感器控制方法

针对三相脉冲宽度调制(PWM)整流器无交流电压传感器控制策略中,虚拟磁链定向算法会引入直流偏置误差的问题,研究了一种新的交流电压观测方法。利用三阶广义积分器能对特定频率正弦信号实现无静差跟踪的特性,构造正交信号发生器,对两相静止坐标系下的交流电压进行估算,实现三相PWM整流器无交流电压传感器的控制方法。该方法无需对电流信号进行微分运算,对噪音不敏感,且能避免纯积分运算存在的问题;采用该方法估算电网电压相当于对其进行了滤波处理,能够保证整流器输入电流波形正弦度好,谐波含量小。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。

分布式发电并网逆变器的虚拟电机自然坐标控制

向电网传送有功电能的并网逆变器结构简单,但不能控制和改善电网中的电能质量。针对分布式发电中源/荷的不确定性问题,该文基于配电网静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,DSTATCOM),采用类似于交流电机磁链观测的方法,构造出虚拟电机磁链作为逆变器的定向矢量,既能省掉交流侧电压传感器,又能滤除一部分谐波;同时,abc自然坐标控制实现了有功和无功的独立控制,无需任何坐标变换,计算简单,易于实现,节约时间。仿真和实验结果均表明无电压传感器的虚拟电机自然坐标控制策略能够有效维持公共耦合点(point of common coupling,PCC)电压的稳定。系统能够快速补偿无功电流,具有良好的动、静态特性和鲁棒性。

电力电子与电力传动创新型实践教学改革与实施

为满足先进制造和先进能源技术领域对创新性人才培养的迫切需求,对电力电子与电力传动实践教学进行了改革探索。论文以先进测控技术为主线,围绕分布式电源、电力负荷控制和电能质量调节等关键技术构建实践教学平台,采取"问题为导向、项目为组织"的实施原则对其核心硬软件技术进行自主研发,并结合V模式践行CDIO理念,形成了"做中学、学中做"教学模式,建立过程与结果并重的综合评价考核机制。本教学改革以若干组学生参加的创新实践项目为例对实施方案进行评估,发现通过创新实践教学,学生不仅获得了实验室工作的第一手经验,并且具备了一定的规划、组织和实施能力,强化了"四种能力"的培养。

电力驱动系统逆变器实时仿真

介绍了采用实际控制器输出的PWM开关逻辑信号定义正、负半桥开关函数,建立逆变器的Simulink实时模型。该模型既可实现电力驱动实时仿真系统中逆变器与电机模型的解耦,又可以确定逆变器开关死区时间。还给出了基于dSPACE实时仿真环境的逆变器-异步电机实时仿真系统的实现方法,针对开关频率为1kHz的逆变器,采样周期为11μs的实时仿真与仿真步长为100ns的离线仿真的结果无明显差别。

基于简化情感的D-STATCOM控制器设计

为了提高配电网静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,D-STATCOM)无功稳压控制系统的抗干扰能力和动态性能,提出一种基于简化情感的D-STATCOM无功稳压控制器设计方法,该控制器省去情感模型的眶额皮质,并隐藏奖励信号,减少情感控制器参数,结构简单,计算能力强。对控制器结构进行分析表明,它是一种具有变结构特性的PI控制器,参数具有自学习能力。仿真和实验结果表明,情感控制器相比于传统的PI控制器,在公共耦合点电压跌落时表现出来的适应性和稳定鲁棒性更强,验证了该控制器的有效性和可行性。

42V汽车异步发电系统直接电流控制

随着汽车用电量的增长,42V发电系统取代14V发电系统已成为趋势。基于42V汽车异步发电系统,采用新颖的直接直流电流控制方法,对定子磁链和直流电流进行综合控制,在速度变化及负载突加、突卸情况下得到稳定输出的42V直流电压。该控制方案既避免了矢量控制转子磁链难以观测、计算复杂以及易受电机参数影响等缺陷,又避免了直接转矩控制方案中转矩估算的复杂性。最后通过实验验证了该控制策略。

42V汽车异步发电系统直接功率控制实验研究

基于42 V汽车异步发电系统,采用新颖的直接功率控制方法,通过对系统输出的瞬时有功功率和定子磁链进行综合控制,在速度变化、负载突加、突卸情况下得到稳定输出的42 V直流电压。控制方案既避免了矢量控制转子磁链难以观测、计算复杂以及易受电机参数影响;又避免了直接转矩控制方案中开关频率不恒定、采样频率高、无交流电压传感器及测速传感器,节约了系统成本。直接功率控制策略已得到实验验证。

异步电机驱动系统实时仿真

在研制复杂大功率的电力驱动系统的过程中 ,采用实时仿真器对实际控制器进行前期闭环测试可降低技术风险和开发费用。本文基于方框图建模工具Simulink构造异步电机驱动系统实时模型 ,采用dSPACE实时仿真环境自动生成控制器和被控对象实时代码 ,基于两定时器任务实现异步电机驱动系统1 5 μs步长实时仿真。实时仿真系统具有与实际系统的硬件接口 ,可以与实际控制器或实际的逆变器 电机系统直接相连 ,构成硬件在回路仿真测试或快速控制原型系统 ,以加快电力驱动系统的开发进程。

基于STATCOM的自励异步发电机不对称负载控制

针对独立自励异步发电机(SEIG)加载后电压和频率聚降的问题,提出了一种带储能装置的静止同步补偿器(STATCOM)对其进行并联补偿,以维持负载后机端电压和频率的稳定.基于自然坐标系的控制策略,实现STATCOM有功和无功的解耦控制,达到稳压稳频的目的.为了减小不对称负载电流对发电系统造成的危害,在三相参考电流中注入定子电流负序分量加以抑制.该控制策略在d SPACE+Quanser8实验平台上进行验证,结果表明,所采用的控制策略能有效提高异步发电机的负载能力和电能质量.

8XC196MC变频器专用仿真器的开发

介绍变频器专用仿真器的设计开发。硬件设计方面，介绍了芯片的选择，重点论述三对PWM波形发生器、保护电路和信号输入输出电路，并选择并口与上位机通信；软件设计方面，仿真器与上位机的通讯使用同步串行通讯（SPI），软件依据此通讯协议而设计，使用32位命令－地址－数据方式。此仿真器也可直接用于变频控制，实际使用证明，此仿真器优于其它通用型仿真器。

电子换向电机伺服系统的二自由度H^∞优化鲁棒控制

应用Ｙｏｕｌａ二自由度控制器设计参数化公式，对电子换向电机伺服系统导出了基于一自由度控制设计的二自由度Ｈ∞控制器结构，该结构用Ｋｗｋｅｒｎａａｋ多项式Ｈ∞优化设计方法获希望的跟踪特性，用Ｚａｍｅｓ的模型参考变换近似逆概念对扰动进行最佳抑制，并对负载扰动和参数变化的敏感性进行分析．实验结果表明系统具有良好的跟踪特性和抗扰性．

电子换向电机伺服系统的二自由度H^∞优化鲁棒控制

本文应用二自由度控制器，对电子换向电机伺服系统进行Ｈ＾∞优化控制设计，获得结构简单、易于工程实现的鲁棒转速控制器，理论分析和实验结果表明系统具有良好的跟踪特性和抗优性。

永磁同步电机驱动系统实时虚拟测试

基于方框图建模工具Simulink构造永磁同步电机驱动系统实时模型 ,采用dSPACE实时仿真环境自动生成控制器和被控对象模型实时C代码 ,基于两定时器任务实现永磁同步电机驱动系统 2 0 μs步长实时虚拟测试。虚拟测试系统具有与实际系统的硬件接口 ,可以与实际控制器或实际的逆变器 -电机系统直接相连 。

8086微机控制感应电动机驱动系统

对电流源逆变器供电的感应电动机。提出一种前馈矢量控制驱动系统。并论述了该系统的8086微机硬软件设计方法。适当的字长和比例因子选择保证了系统的控制精度和实时性。试验结果表明,该控制系统结构简单,具有直流驱动系统一样良好的静、动态性能。

三相电压型PWM整流器准定频直接功率控制

建立三相电压型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器在不同坐标系下的数学模型,分析直接功率控制(direct power control,DPC)的工作原理。针对直接功率控制中开关频率变化问题,通过对PWM整流器瞬时功率分析推导,提出一种内环直接采用电流控制的新型准定频直接功率控制策略。仿真验证了算法的可行性。采用PM300DVA120智能功率模块,设计50 kVA的三相电压型PWM整流器控制实验,在10 kHz、5μs的开关频率下获得良好的实验结果。实验结果表明,所提方法实现单位功率因数运行,与现行的DPC-SVM定频控制方法相比,具有更好的动静态响应性能。

电力电子技术实验改革与实践创新平台建设

面对电力电子技术的广泛应用和快速发展,进行实验教学改革和构建电力电子技术实践创新平台。介绍实践创新平台人才培养体系以及以CDIO/V模式的人才培养实施过程。所建具有自主知识产权的实践创新平台,具有多层次、数字化、可二次开发的技术特点,可以满足优秀本科生实验创新项目、研究生人才培养和教师科研项目实施的要求,成效显著。