不平衡电网下PWM整流器功率补偿预测优化控制

PWM整流器广泛应用于并网电力转换系统,然而电网电压不平衡可能导致电能质量下降,影响变换器的正常运行。为了改善电网电压不平衡情况下的电能质量,针对PWM整流器提出了带功率补偿的模型预测功率控制(MPPC)策略。该方法通过使用电网电压、电流及其90°滞后信号在αβ静止坐标系中的分量计算功率补偿值,而无需复杂的正负序分量提取。此外,针对有限控制集模型预测功率控制(FCS-MPPC)由于开关频率可变而导致控制变量高波动的问题,提出了一种优化开关序列的模型预测功率控制策略(OSS-MPPC)。该方法基于多矢量合成,并通过对开关序列优化实现了固定开关频率控制,在消除有功功率脉动的同时显著改善了网侧电流质量。当电网处于不平衡状态时,通过与传统FCS-MPPC的仿真和实验结果进行对比,验证了PWM整流器可在所提OSS-MPPC控制策略作用下连续可靠运行。

基于钳位方式切换的Vienna整流器载波断续脉冲宽度调制策略

当Vienna整流器工作在直流电压不平衡条件下时,传统载波断续脉宽调制(carried-based discontinuous pulse-width modulation,CB-DPWM)会增加输入电流谐波和中点电压波动。为解决上述问题,提出一种基于钳位方式切换的CB-DPWM策略。为了减小输入电流谐波,根据变化的电压矢量对子区域和零序分量进行重新划分和计算。据此,建立统一的CB-DPWM调制波,分析可运行区域,得到直流电压不平衡度和可运行区域成反比的结论。结合中点电流分析不同钳位方式对中点电压大小的影响,并根据直流电压不平衡度的大小实时切换钳位方式,从而有效地减小中点电压波动。通过钳位区域判断和优化开关序列,减少切换钳位方式引入的开关动作,提高了Vienna整流器效率。最后,在Vienna整流器实验平台上验证所提策略的有效性。

非理想电网条件下PWM整流器优化预测功率控制

模型预测功率控制(MPPC)基于代价函数最小化原则,选取下一时刻最优开关状态作用于系统。然而当电网电压处于不平衡状态时,MPPC网侧电流将发生严重畸变进而对PWM整流器输出性能产生危害。针对此问题,该文将扩展无功功率新定义应用于MPPC,无需复杂的正负序提取和功率补偿算法,获得恒定有功功率和网侧正弦电流。此外,针对传统模型预测功率控制(C-MPPC)存在的开关频率不固定、系统计算量大的问题,提出一种优化模型预测功率控制(O-MPPC)策略。通过对有限控制集优化,减小系统计算量;同时采用多矢量合成方法取代单一矢量作用,将所选矢量开关序列重组优化并计算每个矢量作用时间,解决C-MPPC开关频率不固定的问题,提高系统控制性能。通过与C-MPPC进行对比实验,验证了所提优化控制策略的可行性与优越性。

基于改进虚拟矢量开关序列的NPC三电平整流器有限集预测控制

针对中点箝位型三电平整流器直流侧中点电位不平衡问题,提出一种基于改进虚拟空间矢量的有限集模型预测控制(IVSV⁃FCSMPC)策略。首先,以多矢量合成为基础,依据虚拟空间矢量不会造成中点电位波动的特性,构建基于电流跟踪控制的单目标价值函数,实现无权重系数型预测控制;其次,设计基于中点电位反馈的动态调节因子,调节矢量合成过程中的正负小矢量和中矢量作用时间,在低调制度的小扇区范围内同时调节两对冗余小矢量,在无冗余矢量作用的高调制度小扇区范围内通过改进虚拟中矢量抑制中点电位波动,优化虚拟空间矢量开关序列,实现全调制度范围内的中点电位平衡精确控制;最后,基于三电平整流器硬件平台进行实验验证。结果表明,本文设计的控制算法具有良好的电流跟踪控制性能,中点电位平衡控制效果优异且响应速度较快。

多电平逆变器简化空间矢量调制算法

基于两电平的多电平逆变器空间矢量脉宽调制简化算法是根据参考矢量的幅值和相位确定参考矢量终点所在小六边形区域,先把参考矢量分解成多电平基本矢量与两电平参考矢量,然后借助传统的两电平七段法合成两电平参考矢量,得到两电平优化开关序列,最后将该优化开关序列与多电平基本矢量相结合得到多电平优化开关序列。该算法计算基本矢量作用时间及生成多电平优化开关序列的复杂性与多电平逆变器的电平数无关。二极管钳位型三电平逆变器的仿真与实验结果验证了所提方法的正确性与可行性。