基于离散空间矢量调制的永磁同步电机无参数预测电流控制

针对传统电流梯度更新的无参数预测电流控制(parameter-free predictive current control,PFPCC)存在电流梯度更新停滞及电流脉动大的问题,提出一种基于离散空间矢量调制(discrete space vector modulation,DSVM)的PFPCC优化方法。首先,通过分析不同电压矢量在α-β轴上的电流梯度关系,得到相邻两个控制周期内各电压矢量与电流梯度的数学关系;然后,在一个控制周期内更新所有电压矢量的电流梯度,有效减小了传统PFPCC中的停滞效应。为了进一步减小电流脉动,将DSVM引入到所提方法中。结合DSVM选矢量的方式,以较小计算量即可将所有的电流梯度更新,从而保证电流预测的可靠性和准确性。实验结果表明:所提PFPCC方法与基于模型的预测电流控制相比,具有类似的动静态性能。与单矢量PFPCC相比,DSVM-PFPCC方法在保证动静态性能的同时,能够显著减小电流脉动,提高在实际系统中的控制性能。

三相PWM整流器离散空间矢量无模型预测电流控制策略

针对PWM整流器模型预测控制对系数参数准确性高度依赖的问题,提出一种基于离散空间矢量的无模型预测电流控制(MFPCC)策略。该策略通过矢量合成,在每个控制周期应用两个基本矢量,提高了预测电流的准确性;通过峰谷采样,分别测量并存储上一控制周期两个基本矢量作用下的电流梯度;并建立电流梯度方程,从而根据应用矢量的电流梯度进一步更新剩余6个未应用矢量的电流梯度,结合当前时刻的电流采样值,实现未来时刻的电流预测,得到下一时刻最优的虚拟矢量。该方法不依赖于任何系统参数,且消除了传统MFPCC策略中电流梯度更新停滞现象,降低了输出电流谐波。最后,通过实验和仿真验证了所提方法的有效性和优越性。

单相ANPC变换器损耗均衡型空间矢量调制方法

单相全桥有源中点箝位(ANPC)变换器在采用传统脉宽调制(PWM)方法时存在开关器件损耗不均衡问题,个别器件过热会有损变换器可靠性和使用寿命。基于开关序列对换流路径的影响机理,提出一种损耗均衡型空间矢量调制方法。当桥臂输出电压被箝位到直流中点时,通过有效空间矢量的选取控制开关器件通断,为电流提供双回路换流路径,从而有效减小通态损耗,并使桥臂内层开关器件的损耗更加均衡。仿真和半实物实验表明该方法简单易实现,可以有效达成桥臂内层开关器件的损耗均衡。

基于模糊空间矢量调制直接转矩控制技术研究

针对SVM-DTC系统电机中低速运行存在电磁转矩脉动大的问题,提出了一种基于模糊SVM-DTC方法。通过优化电压空间矢量合成方法,细化电压空间矢量参数表,构建模糊磁链控制器模型和模糊转矩控制器模型,并将2个模糊控制器模型替换到SVM-DTC系统的PI控制器模型。通过理论分析和仿真对比模糊SVM-DTC模型和SVM-DTC模型,验证了模糊SVM-DTC系统的优越性。结果表明,交流电机在中低转速下,模糊SVM-DTC电机电流平滑,定子磁链光滑,电磁转矩脉动变小,电机转速平稳。

基于虚拟空间矢量的中点平衡混合调制策略

针对二极管箝位型三电平逆变器(NPC)的中点电压不平衡问题,首先分析中点电位不平衡的成因与影响,其次针对基于冗余小矢量的中点电位控制方法无法在高调制比区域抑制中矢量所导致的中点电位波动问题,提出一种基于虚拟空间矢量的中点电位混合调制策略。该方法在低调制比区间采用电荷守恒法,在高调制比区间引入虚拟空间矢量调制,并采用模糊控制器对虚拟小矢量的系数进行调节,使其具备闭环反馈控制的能力,能有效抑制中点电位的偏移。仿真实验结果验证了该方法的正确性和有效性。

单相级联整流器开路故障诊断和容错均压空间矢量脉宽调制算法

针对单相级联H桥整流器(CHBR)的功率开关器件存在的开路故障问题,研究一种开关管开路故障的快速诊断算法,以及针对开关管开路故障的容错均压空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。首先,该文分析单相CHBR功率开关管开路故障时电流流通路径的变化,建立电流误差变化率的分析模型,并提出一种基于电流误差变化率的快速诊断算法。该算法可以快速且准确地定位到故障开关管,且易于在程序中实现。其次,该文提出一种故障容错均压SVPWM算法,该算法在开关管开路故障时利用冗余矢量和冗余开关状态可以使系统在发生故障时仍然可以正常运行,并且各模块间的直流电压也能保持均衡。最后,通过仿真和实验验证了该文所提算法的可行性。

一种基于ghγ坐标系的三电平四桥臂逆变器简化空间矢量脉宽调制方法

针对中点钳位型三电平四桥臂逆变器拓扑,该文提出一种基于ghγ坐标系的简化三维空间矢量脉宽调制方法。该方法以各冗余小矢量为中心点,将原矢量空间降阶分解为若干个两电平四桥臂矢量空间,仅需要简单的坐标变换和计算就能得到开关器件的占空比,还能自动获取冗余矢量和相邻电压矢量并优化组成开关序列,克服了传统三电平空间矢量调制方法存在过多的四面体选择、占空比计算过程存在较多的三角函数运算和需人工查找冗余矢量并存储大量开关序列的缺点。同时,针对中点电位平衡的问题,提出一种通过调节冗余矢量占空比以精确补偿电容电荷量的计算方法。所提简化调制方法能拓展应用于多电平四桥臂逆变器中。最后,通过仿真和实验结果验证了该文所提方法的正确性和有效性。

抑制共模电压的极简空间矢量控制

针对五电平有源中点箝位型(ANPC)变换器共模电压大的问题,提出一种抑制共模电压的极简空间矢量控制。首先将参考电压投影到线电压坐标系中,得到对应区域内的所有矢量,分析矢量与共模电压和中点电压之间的联系,然后以最小化共模电压为目标对矢量选择范围进行合理约束的同时,保证剩余矢量能对中点电压进行均衡控制。在此基础上,针对中点电压控制提出一种极简序列选择法,从而降低空间矢量调制策略的复杂度。最后对所提共模抑制算法的正确性和有效性进行了实验验证。

四线圈原型电机模型及其空间矢量数学表征

不同类型电机的机电能量变换过程有其内在关联性,这就是“统一”电机模型理论探讨的问题。作者此前提出了“法拉第参考系”和“牵连运动电动势”概念,可实现线圈固结坐标系与运动坐标系下电压矢量方程的一致表达,并为统一电机模型理论提供了一个有效的理论方法。在此基础上,提出四线圈原型电机模型,藉此统一表征电机的机电能量变换过程。基于空间矢量数学手段,具体推导了所述原型电机模型的电压、转矩表达式,讨论了原型电机模型的基本输入、输出特性。结合理论推导证明,通过设置附加约束条件,所述原型电机模型可推广表征常见典型电机。该工作来源于教学实践,是对统一电机模型理论的有益拓展和补充;该工作对于电机工程实践也有一定参考价值,基于所给出的矢量控制架构,有望实现不同类型电机矢量控制架构的统一。

基于三相维也纳整流器的变基本空间矢量控制

针对采用定基本空间矢量-空间矢量脉宽调制控制的三相维也纳(Vienna)整流器在抑制直流侧电压波动方面存在缺陷的问题,提出一种变基本空间矢量-空间矢量脉宽调制(variable basic space vector-space vector pulse width modulation, VBSV-SVPWM)控制。将直流侧实时电压反馈回控制电路,构成VBSV-SVPWM控制,使得系统对于直流侧电压波动有着更好的响应性能。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,验证所述理论的正确性。试验结果表明,采用VBSV-SVPWM控制策略的三相Vienna整流器有着良好的运行性能,对直流侧电压波动有着更强的抑制能力。

改进的三电平逆变器变虚拟空间矢量调制策略

中点电位平衡问题始终是中点钳位型(NPC)三电平逆变器研究的热点问题。文中首先介绍了NPC逆变器的拓扑结构,并分析了传统虚拟空间矢量调制的工作原理及不足之处。在此基础上,为提高中点电位平衡效果,提出一种改进的变虚拟空间矢量调制方法。该方法首先通过引入变虚拟中矢量平衡因子来重新定义虚拟中矢量,然后分析其在单位开关周期内所能产生的电荷量并据此确立矢量顺序,从而在保持中点电位稳态精度的基础上,提高其动态平衡速度。此外,在确立矢量顺序的过程中,分析了系统的输出状态并引入相占空比法进行优化,以减小系统在动态平衡过程中的输出状态切换次数。仿真和实验结果验证了所提调制算法的有效性。

变虚拟空间矢量的三电平NPC变换器中点电位平衡控制策略

在多电平变换器研究领域,三电平中点钳位逆变器目前是一种研究比较广泛的一种拓扑结构,但是此拓扑结构容易造成中点电压偏移问题。基于理论上虚拟空间矢量的调制方法可以实现分压电容中点电压平衡控制,因此,为增强中点电压平衡的控制效果,提出调节虚拟中矢量中点电流和分配正、负小矢量作用时间的中点电压平衡控制方法。相对虚拟空间矢量脉宽调制算法和混合式调制算法来说,所采用的可变虚拟空间矢量控制算法简单、实用,能实现三电平NPC变换器中点电位平衡控制。

共中线开绕组拓扑三维空间矢量脉宽调制策略研究

三维空间矢量调制(three-dimensional space-vector pulse-width modulation,3D-SVPWM)策略能够实现零序电流的主动控制,在共母线开绕组拓扑、共中线开绕组拓扑以及三相四桥臂拓扑中获得广泛应用。零序电流控制会影响到差模电压的输出能力。为充分利用逆变器的输出能力,优化运行性能,3D-SVPWM调制范围和过调制策略的研究成为必要。该文在三维空间中对该调制策略的调制范围进行深入分析,明确调制范围的数学描述,提出4种典型的过调制方案用于提升其电压输出能力。最后,以共中线双逆变器开绕组驱动系统为对象,通过实验验证所提方案的有效性和正确性。

一种新型双三相电机空间矢量脉宽调制方法

针对双三相永磁同步电机驱动系统中共模电压较大的问题,提出了一种新型空间矢量脉宽调制方法。首先分析了双三相驱动系统中5次谐波电流和共模电压产生的原因;其次利用相邻三大矢量来合成虚拟电压矢量,减少5次谐波电流的产生。虚拟电压矢量和等效零电压矢量来合成参考电压矢量,所提方法将共模电压的幅值降低至直流母线电压的1/6,有效减少了轴电流的产生。同时,通过优化电压矢量的作用顺序,使得在一个开关周期内每一相的开关器件只改变两次,将不固定的状态(0或1)设计在每个开关周期的边界,DSP等数字实现较为容易。最后,通过与相邻两矢量SVPWM算法、最大四矢量SVPWM算法进行比较实验,证明了所提方法的有效性和可行性。

基于准两电平的简化空间矢量脉宽调制算法

功率管直接串联技术和多电平技术是常见的两种降低逆变器中功率器件电压应力的方法,但前者需要复杂的均压电路来保证功率器件开关过程中的电压一致性,而后者则需要计算更多的矢量且需要通过算法减小中点电位波动。提出了一种基于准两电平的简化空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。将内管导通外管关断的状态作为输出电平切换时的中间状态而非一个特定的电压矢量,并将其融入SVPWM中。该方法结合了两种拓扑的优势,采用电路更为简单的多电平拓扑来降低功率器件的电压应力,同时简化了空间矢量调制过程,使其计算量减小且无需通过算法平衡中点电位。在此分析了所提准两电平SVPWM的实现方法与优点,并通过仿真与实验验证了所提简化调制方法的可行性。

基于空间矢量复合判断指标的变电站动力电缆漏电检测算法

为提高变电站长段动力电缆漏电监测水平,提出了一种基于空间矢量复合判据的变电站长段动力电缆漏电检测算法。首先对现有方法中无法检测三相漏电故障的问题进行了分析。然后,引入空间矢量的概念,将剩余电流数据转换为空间矢量圆,提出了剩余电流差流、A相漏电流以及空间矢量圆半径变化率3个漏电状态判断指标。并建立了针对电缆不平衡漏电及三相漏电故障的类型判断机制,实现了对长段动力电缆漏电状态及类型的准确检测。最后,通过仿真及江苏电网某500 kV变电站实际数据对所提方法的有效性与优越性进行验证。结果表明,该方法能够准确实现对不平衡漏电故障、故障演变过程以及三相漏电故障的判断,丰富了电缆漏电故障的诊断信息,有效提高了对变电站漏电问题的分析处理效率。

维也纳拓扑在断续空间矢量调制下开关序列切换优化

维也纳拓扑的可用空间矢量受电流影响的特性,使得断续空间矢量调制开关序列切换时的衔接问题变得严重。为了探明衔接问题的机理并降低其影响,首先分析在电流不变向时开关序列切换的可能情况,推导计算了在电流变向时因为理想扇区和实际扇区间的滞后超前偏差导致的矢量合成误差,进而给出在切换前后选择特定开关序列的优化策略;然后对目前常见的断续矢量调制方案的衔接情况进行分析,并结合优化策略给出优化方案;最后,通过仿真和实验验证了优化方案可以实现平滑的开关序列衔接,且实现算法简单,具有一定的实用性。

一种减小开关损耗的空间矢量放置调制策略

鉴于逆变器采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制时每个扇区中基本矢量和零矢量的选择和放置方式不仅会影响到逆变器输出电压谐波性能,而且会影响到逆变器的开关损耗,本文研究了一种带纯阻性负载时可明显减小开关损耗的空间矢量调制策略.首先分析了空间矢量的放置对输出电压的影响,然后推导了相应的逆变器相桥臂参考电压信号分段表达式,最后给出了仿真结果.仿真分析表明,与常规的空间矢量调制策略相比,减小开关损耗的空间矢量调制策略的效率以及谐波性能更优.

基于空间矢量脉宽调制的列车充电机矢量控制方法仿真研究

充电机是轨道车辆重要的车载电气设备,为实现轨道车辆车载充电机的高性能控制,本文针对一种AC/DC型双向充电机的矢量控制方法进行仿真研究。首先明确充电机矢量控制方法应实现的控制目标,其次从坐标变换、电压外环与电流内环PI调节器设计、空间矢量脉宽调制3方面阐述算法的基本原理,最后对算法控制动力电池充电的过程进行仿真验证。充电电压仿真结果与设定值相同,逆变侧的功率因数及谐波总含量满足车载充电机设计要求,证明在算法控制下充电机可以实现控制目标。

基于虚拟空间矢量的三电平NPC逆变器中点电压平衡控制方法

针对三电平中点钳位逆变器在不同的负载条件下,传统的最近三矢量合成方法中点电压存在不能平衡的区域,利用基于虚拟空间矢量的调制方法,当输出三相电流之和为零时,能实现对中点电压的完全控制。为了在扇区切换时输出矢量平稳过渡,提出了在每个大区内全部采用相同首发正小矢量或负小矢量的方法。构建了三电平中点钳位型逆变器实验平台,对基于虚拟空间矢量的三电平NPC逆变器中点电压平衡控制方法的有效性进行了验证。