面向电流源型PWM整流器的双矢量模型预测直接功率控制

电流源型脉宽调制(Pulse width modulation,PWM)整流器因其网侧存在LC滤波器,系统的控制难度增加。传统直接功率控制策略下的整流器功率波形存在脉动,因模型预测控制具有卓越的动态特性以及直观的控制规律,采用模型预测直接功率控制(Model predictive direct power control,MPDPC)对传统控制策略进行改进。首先建立了三相PWM整流器的数学模型,给出了每个采样周期内的功率变化率,并推导出相邻采样周期之间的功率关系,然后给出基于单矢量的模型预测直接功率控制策略,提出了基于双矢量的模型预测直接功率控制策略,并优选出两个电流矢量,计算在一个采样周期内的作用时间,并对其进行修正。最后,在Matlab/Simulink仿真软件验证了所提控制策略的可行性和有效性。

不平衡电网下电流源型PWM整流器改进型无差拍控制

三相电流源型PWM整流器运行在电网电压不平衡情况下,引起直流侧及网侧电流存在大量低次谐波,势必对后级变换器供电稳定性、安全性等存在不利影响。针对该问题,首先建立整流器数学模型,推导出不平衡电网下直流侧电压和网侧电流表达式,揭示出系统直流侧和网侧电流产生低次谐波的机理。其次,根据瞬时功率理论设计内环电流参考指令,并利用无差拍控制实现网侧电流对参考电流的跟踪。然而传统无差拍控制存在延时问题,将影响网侧电流的跟随性能,造成电能质量下降。为解决该问题,提出了网侧电流内环改进型无差拍控制,利用两步预测法补偿系统延时。最后,基于Matlab/Simulink平台搭建仿真模型,验证所提控制策略的正确性与有效性。结果表明,所提方法能有效抑制直流侧和网侧电流低次谐波,实现网侧电流正弦化和直流侧电压稳定输出。

基于电流源型逆变器驱动的五相永磁同步电机控制策略研究

在现代电机驱动系统中,采用电流源型逆变器控制方案可有效提升系统可靠性,降低电机电流谐波含量,并提升电磁兼容性能。电流源型逆变器拓扑采用电感元件作为母线储能装置,对于功率回路中的短路故障具有较强的抵抗能力。同时,逆变器输出侧并联滤波电容网络,实现对高频谐波的旁路作用。该文对五相电流源型驱动系统控制策略进行研究,采用五相半桥型逆变器拓扑结构,电机绕组采用星型连接方式以限制零序电流,给出基波与谐波电流矢量空间分布特征,提出双平面矢量脉宽调制策略,有效抑制3次谐波电流。考虑到逆变器输出侧CL型负载可能引起的谐振问题,采用基于电机电流的有源阻尼策略,降低谐振电流分量,提升系统稳定性。最后,通过实验验证所提控制策略的有效性。

基于IGCT串联的电流源型融冰装置

针对冬季输电线路覆冰问题,提出一种基于集成门极换流晶闸管(integrated gate-commutated thyristor,IGCT)串联的电流源型直流融冰装置及其控制方法。该融冰装置采用电流源型整流器拓扑,兼有直流侧融冰与交流侧无功补偿的功能。所提控制方法首先采用瞬时功率理论分解交流侧的瞬时有功、无功,根据融冰功率与交流侧无功补偿需求分别进行有功、无功双环解耦控制。为节约装置成本、减少传感器使用,提出一种不依赖电容电压传感器的控制方法,通过网侧电压、电流的差分计算得到LC滤波器的电容电压。为抑制高频谐波对控制系统的不良影响,引入虚拟电阻控制单元对LC滤波器的高频谐波进行前馈抑制。最后,考虑具体应用场景设计1台交流侧电压10 kV、最大融冰电流1000 A的融冰装置样机,通过实验验证了所提技术方案和控制方法的有效性。

可控电流源型换流器功率解耦控制策略

可控电流源型换流器(current source converter,CSC)是高压直流输电技术重要研究方向,随着逆阻型IGCT器件的发展,推动其应用技术上已经可行。但由于其电流源特性,大部分研究主要考虑定直流电流策略,针对定直流电压下的功率控制策略研究较少,严重制约其工程化发展。该文首先建立可控CSC的数学模型,获得有功、无功的影响变量。接着,对电容电压的d-q轴分量进行解耦,提出换流器内环和外环控制策略。然后,以直流电压和调制比为约束条件,对换流器的功率运行范围进行分析。最后,搭建基于常规直流和可控电流源的混合输电系统,对所提的控制策略进行分析,重点对单位功率因数运行和定直流电压时策略下功率调节特性进行仿真分析,对CSC在单相接地故障下抵御换相失败能力和向孤岛系统送电进行仿真。研究结果表明:所提的功率控制策略,能够实现有功、无功的解耦控制,以及对功率的有效调节,具备抵御换相失败的能力。

一种新型电流源型APF及其控制

电压源型有源电力滤波器(APF)常采用三相全桥结构,这种结构存在开关损耗大,至少需要3个功率电感,系统体积大等不足。此处提出了一种新型电流源型APF结构,该结构在一个PWM周期之内只使用3个高频开关和一个主电感。相较于传统电压源型APF,所提结构在提升效率和降低成本等方面更有优势。根据不同的电压及电流状态,此处对系统的开关模式进行了讨论,并对其中典型模式的换流状态进行了分析,在此基础上说明了系统的调制及控制策略,对有源滤波时的电感电流给定和前馈占空比等情况进行了分析,并进一步讨论了系统的硬件设计。最后通过仿真和实验对所提结构的有效性进行验证。

可控电流源型换流器IGCT串联均压技术

高压大功率逆阻型集成门极换流晶闸管(integrated gate commutation thyristor,IGCT)串联是可控电流源型换流器的关键技术之一,主要面临开通和关断不一致将会引起击穿的问题,目前尚缺乏深入研究和实验测试。该文首先分析可控电流源型换流器均压问题产生的原因,提出串联器件均压电路。接着,对开通不一致影响因素进行分析,给出IGCT使用电压和保护电压的配合关系,以确保开通过程器件安全。然后,对IGCT的自然和主动关断2种特殊关断过程影响因素进行分析,给出缓冲电路参数选择方法。最后,研制8级串联的IGCT模块样机,搭建实验平台进行测试。结果表明,所提方法能够有效抑制IGCT关断电压过冲,均压不一致性控制在8%以内。

电流源型光伏并网系统的阻尼方法与控制策略研究

电流源型光伏并网逆变器具有单极升压、输入电流连续等优势,但是交流侧LC滤波器存在谐振尖峰的问题,严重影响了系统的稳定性。因此,首先针对多种阻尼方法展开研究,利用幅频特性曲线得到谐振尖峰抑制效果最优的阻尼方法,并转化成有源阻尼方式,然后根据对并网电流的双闭环控制系统与参数设计方法展开研究,最后在Matlab的Simulink平台建立仿真模型,对谐振特性分析与所提有源阻尼双闭环控制策略的可行性与正确性进行仿真验证。结果表明,控制系统不存在稳态误差,动态响应时间低于10 ms且无超调量。

电流源型光伏并网系统的阻尼方法与控制策略研究

电流源型光伏并网逆变器具有单极升压、输入电流连续等优势,但是交流侧LC滤波器存在谐振尖峰的问题,严重影响了系统的稳定性。首先针对多种阻尼方法展开研究,利用幅频特性曲线得到谐振尖峰抑制效果最优的阻尼方法,并转化成有源阻尼方式。然后对并网电流的双闭环控制系统与参数设计方法展开研究。最后在MATLAB的Simulink平台建立仿真模型,对谐振特性分析及所提出的有源阻尼双闭环控制策略的可行性与正确性进行仿真验证,结果表明控制系统具有良好的稳态与动态性能。

基于电流源型变频器的电机长线驱动方法

为解决因电机运行环境干扰信号过多、各项运行指标配比不均衡导致长线驱动稳定性差的问题,提出一种基于电流源型变频器的驱动方法。先建立电机同步运行模型,求解在不同的时间节点下电机定子、转子以及转动角等各项参数的同步变动关系,然后将该关系值作为长线驱动的初步参照,分别设计单闭环和多闭环驱动机制,最后采用电流源型变频器参照控制电机线路电流和电压的极限变化,通过变频器阈值调节使得电压和电流驱动达到平衡状态,以平衡值为阈值建立驱动器。实验数据表明,所提方法长线驱动性能表现较佳,电机运行稳定性强。

电压源型高压变频器兼容电流源型变频器高炉鼓风机电动机软起动改造方案

介绍高炉鼓风机电动机软起动方式及发展趋势。介绍TMEIC电压源型高压变频器(VSI)兼容包头钢铁炼铁厂3台高炉鼓风机电动机负载换向式电流源型变频器(LCI)软起动改造方案及效果。VSI及LCI软起动系统均具备软起动现场高压电动机的功能,二套软起动系统互为备用、互不干扰,能保证一套软起动系统断电断开状态时、另一套软起动系统能正常稳定运行,实现二拖三变频软起动功能。

一种新型的电流源型变流器PWM控制策略及其在超导磁储能装置中的应用

超导磁储磁能(SMES)装置的超导磁体通过变流器与电网连接,为了减小装置向系统注入的谐波电流,各种改进的脉宽调制(PWM)技术被用于变流器的控制。该文分别用正弦波和三角波作为调制和载波信号,提出一种可用于电流源型变流器的实时电流控制的新型PWM开关策略,并在此基础上研究了能够按照系统要求对电流源型SMES独立地进行有功和无功功率四象限调节的实时功率控制方法。仿真结果表明,该开关策略不仅能够快速改变变流器交流侧电流的幅值和相位,有效降低变流器交流侧电流中的谐波含量,而且能够提高SMES装置的功率响应特性。同时该方法还具有控制策略简单,工程实现容易的特点。

基于电压源型和电流源型双馈风电机组稳定性对比分析

随着风电机组装机容量的增加,风电在弱电网下的稳定运行问题日益严重。双馈感应发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)机侧采用电压源型控制方式相较于电流源型控制方式,具有主动提供频率和电压支撑的能力,从而受到广泛的关注。鉴于此,首先根据电压源型DFIG系统和电流源型DFIG系统的控制结构建立机侧序阻抗模型,并进行了对比分析。然后研究了电网强度和控制参数对两种系统的稳定性影响,得出电压源型DFIG系统在弱网下具有较好适应能力,以及良好的控制参数适配特性。最后,通过仿真和实验验证了上述分析的正确性。

面向高压直流输电的电流源型主动换相换流器研究综述

采用自关断功率半导体器件的电流源型主动换相换流器(actively commutated converter,ACC)具有有功与无功功率可解耦、不存在换相失败、无需大量储能电容等特点,在高压直流输电领域具有较好的应用前景。该文针对适用于高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)的ACC功率半导体器件及其均压方法、电路拓扑、调制方法、功率特性、控制策略、故障及保护方法等进行调研和分析。结合具体实例,将ACC与现有HVDC的2种换流器,即电网换相换流器(line commutated converter,LCC)和模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)进行对比分析。同时,对ACC的潜在应用、存在的问题以及发展的方向进行总结和归纳。

电流源型混合直流输电系统建模与仿真

为解决传统直流输电系统换相失败问题,针对电压源型混合直流输电系统存在直流故障难以处理、平波电抗与直流电容容易产生谐振、无法进行潮流反送等缺点,分析了一种新型电流源型混合直流输电系统,其特点是整流侧采用传统的电网换相换流器,逆变侧采用基于全控型器件的新型电流源型换流器。重点推导了电流源型换流器在dq旋转坐标系下的低频和稳态数学模型,并设计了相应的控制器和控制策略。在PSCAD/EMTDC中以葛南直流系统为基础搭建了电流源型混合直流系统。详细阐述了启动和潮流翻转的步骤和过程,测试了逆变侧发生三相短路故障下系统的响应和恢复特性,研究了系统的直流故障自清理能力和重启动策略。仿真结果表明,该系统具有良好的性能,是直流输电系统在远距离、大功率应用领域一种可行的改进方案。

电流源型机电混合式直流断路器在特高压直流输电系统中的应用

传统机械式直流断路器通过在直流电流上迭加一个振幅逐渐增大的振荡电流来制造一个"人工电流零点",完成电路开断。这将导致该断路器在开断时会承受很大的正向电流,增大对断路器开关触头的损伤。针对传统直流断路器存在的这一缺点提出了一种新型电流源型机电混合式直流断路器,利用电力电子器件构造换流电路,控制产生大小和波形均可控的叠加电流,在产生过零点的同时减小电流的正向幅值,能有效减小高压直流断路器分闸时产生的电弧,减小对直流开关触头的损伤,延长其寿命。通过MATLAB/Simulink仿真验证了该断路器成功开断工况电流和故障电流,并大幅降低了正向电流。进一步以正在筹建的蒙西特高压直流工程为例,通过PSCAD/ETMDC仿真平台,模拟该断路器作为直流金属回路转换开关成功开断直流线路故障电流并保持系统电压稳定的过程。仿真结果验证了所提出的新型直流断路器能够快速有效地开断直流线路故障电流,可以作为单极闭锁的后备动作方案。

一种考虑电池自身特性的电流源型充电系统

基于三相电流源型整流器(CSR)提出一种考虑电池内部特性的快速充电系统,包括变恒流(VCC)与恒压(CV)两种充电模式。针对VCC模式,引入电池二阶Thevenin电路模型,并根据实验数据构建电池在不同充电电流下的极化电压与SOC的关系曲线;将极化电压及其变化率作为输入量,利用模糊控制器推导出下一时刻的参考充电电流;当电池电压升至截止电压时,系统转为CV模式。针对两种控制模式,基于电压定向建立具有功率因数延迟角自调节能力的间接电流控制策略。在频域内,借助Matlab/SISO设计工具,对电流内环、电压外环控制器参数进行优化配置。最后,通过仿真与实验验证了所提方法的正确性与可行性。

电流源型逆变器SHE-PWM开关角度的计算方法研究

该文以电流源型逆变器(CSI)为研究对象,对特定消谐技术(SHE)的应用进行了分析和研究;针对用数值方法求解SHE-PWM开关角度时,非线性超越方程组计算初值选择困难的问题,提出了以梯形调制法(TPWM)生成方程组初值的方法,使求解速度明显加快;根据非线性方程组的数值解进行了仿真和实验,其结果证明了计算结果的正确性。

基于电流源型PWM整流器的高效电池充电系统设计

为了解决目前大功率充电系统所存在的电池电压匹配、充电效率等方面的问题,采用三相电流源型整流器(CSR)作为充电系统拓扑结构。采用间接电流控制策略对网侧电压信号进行延迟修正,从而实现网侧单位功率因数控制。在传统恒压-恒流(CC-CV)充电策略基础上,依据电池电化学特性,提出一种基于模糊推理控制策略的CC、CV充电模式切换算法。采用频域法对CV充电模式下的控制环路传递函数进行分析,并考虑数字时间延迟对系统的影响;利用MATLAB/SISO设计工具,分别对电流内环和电压外环控制器的零点位置与环路增益进行优化,以提高系统的整体性能。仿真与实验结果验证了所提策略的正确性与可行性。

用于改善直流链电流纹波的电流源型整流器扇区优化调制策略

电流源型整流器采用十二扇区空间矢量脉宽调制(SVPWM)可缩短器件换流过程并减小开关损耗,但整流器在运行时直流链电流纹波较大,而采用增大电感值的方法抑制电流纹波会增大电感的损耗和体积,影响系统整体运行性能。为此,该文首先提出一种适用于宽范围运行情况下直流链电流纹波的优化调制策略。其次,基于十二扇区实现机理和电感电流纹波产生原理,通过所提出的电流纹波分析模型推导分析电流纹波表达式,并深入对比分析两种调制策略的直流链电流纹波峰值分布规律。最后,通过仿真和实验样机验证了理论分析的正确性和调制策略的有效性。