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。

基于非线性扰动观测器的三相PWM整流器滑模控制

针对交流微电网中三相PWM整流器的运行状态易受负载扰动、滤波电容参数摄动影响的问题,本文提出一种基于非线性扰动观测器的三相PWM整流器滑模控制方法。首先,将负载扰动、滤波电容参数摄动等视为集总扰动,构建电压环非线性模型。其次,设计非线性扰动观测器,实现集总扰动的在线估计。为实现主动抗干扰控制和滑模抖振抑制,将估计的集总扰动引入到滑模面中,得到了一种含有扰动估计的新型滑模面。最后,基于滑模控制理论设计电压外环滑模控制器,并采用Lyapunov稳定性理论对其进行了稳定性证明。动态性能测试结果表明,非线性扰动观测器能够快速、准确地对集总扰动进行估计;与双环PI控制相比,所提控制的过渡过程时间减少了60%,电压跌落量减少了54%;滤波电容参数变化时,所提控制的动态性能保持良好。稳态性能测试结果表明,与传统滑模控制和双环PI控制相比,所提控制的电流总谐波畸变率分别减少了70%和44%,同时滑模抖振得到了有效地抑制。测试结果证明了所提控制方法的强抗负载扰动能力和良好的滤波电容参数鲁棒性。

一种基于离散时域模型的单相PWM整流器控制参数多目标优化设计方法

单相PWM整流器一般采用电压外环比例积分、电流内环比例谐振的双闭环控制方法,在实现交流侧高功率因数的同时稳定直流侧输出电压,因此受到国内外学者的广泛研究。然而,在内外环控制参数设计阶段,传统设计方法一般根据经验选取控制参数,参数选取范围较大,且无法量化评估控制参数的时域控制效果,导致参数优化整定困难。为此,该文提出一种基于离散时域模型的内外环控制参数多目标优化设计方法。首先,采用传统设计方法确定电压外环比例、积分控制参数以及电流内环比例、谐振控制参数的安全设计空间;然后,基于离散时域模型将安全设计空间正映射至控制参数的时域性能空间,实现电流内环控制参数对交流侧功率因数以及电压外环控制参数对直流侧电压超调量的量化评估。在此基础上,通过进一步约束性能目标得到性能优化设计空间,考虑内外环控制参数的耦合效应,对内外环性能优化设计空间进行重新组合,再将其映射至性能空间,得到内外环控制目标帕累托最优前沿下的最优设计空间,从中选取内外环控制参数的优化设计点,在典型工况下实验测得的交流侧功率因数为0.981 26,直流输出电压超调量绝对值为1.37%,证明了所提优化设计方法的正确性。

三相电压型PWM整流器的虚拟转矩冲量平衡控制策略

模型预测控制具有结构简单、鲁棒性强和动静态性能良好等优点,因此其在三相电压型PWM整流器系统中得到了广泛应用。然而,模型预测控制的电压外环采用PI线性调节器进行调节,影响了直流侧电压的动态性能。为此提出了虚拟转矩冲量平衡控制策略,从而使直流侧电压仅经过1次调节即可实现快速收敛。为了实现此策略,首先,根据数学模型推导得到了虚拟转矩的表达式;其次,根据负载突变前、后直流侧输出电压保持不变,同时结合功率守恒原则,分析建立了负载突变时的虚拟转矩冲量平衡控制方程,求得零矢量与前进矢量的作用时间;最后,通过仿真和实验实现了三相电压型PWM整流器系统负载突变时的虚拟转矩冲量平衡控制,验证了所提算法的正确性与有效性。

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。

双重化PWM整流器自抗扰模型预测直接功率控制

针对车载双重化脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器控制性能易受到模型不确定性和列车运行条件(输入电压、功率等级、电路参数等)变化影响的问题,提出一种基于自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)和模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)的双闭环控制算法。其中,外环基于自抗扰控制理论,构建了基于误差驱动的ADRC(error-based ADRC,EADRC)控制器调节直流侧电压;内环结合基于内模原理的功率补偿方案使用两步MPDPC算法实现电流信号的控制。仿真和实验将所提自抗扰模型预测直接功率控制(ADRC-MPDPC)算法与传统基于比例积分的直接功率控制(proportional integral-based direct power control,PI-DPC)算法和PI-MPDPC方法进行对比,结果表明所提策略在系统启动、负载变化及工况切换等场景表现出更优的动态特性和鲁棒性能。

含负载前馈补偿的电流型PWM整流器改进无差拍控制

针对三相电流源型PWM整流器直流侧电压-直流侧电流双闭环控制策略中动态响应速度较慢、参数整定复杂的问题,该文提出一种无差拍预测电流控制与负载功率前馈补偿相结合的改进控制策略。首先,分析三相电流源型PWM整流器在两相静止坐标系中的网侧离散化数学模型,在此基础上,电流内环采用无差拍控制跟踪网侧电流,但由于电感参数与控制延时的影响,将导致网侧电流控制精度及波形质量下降。针对此问题,该文采用改进型无差拍控制策略,并利用根轨迹法对电流内环稳定性能进行分析。在环路设计中,通过在外环上加入负载功率前馈等效电流,加快了系统动态响应,解决了负载突变时直流侧电压超调问题。最后,对传统方案和改进方案进行了对比仿真测试和样机实验,验证了所提控制策略的正确性。

基于三相电压源型PWM整流器的优化控制策略

对三相电压源型PWM整流器的数学模型进行分析,并提出一种基于实际电压误差值、使用PI控制器的无净差跟踪的电流解耦控制方案。该方案经仿真实验后,具备较好的性能,能够有效解决三相电压源型PWM整流器在实际工作中电感参数等问题的优化控制。

一种改进的PWM整流器滑模控制方法

传统的三相两电平脉宽调制(PWM)整流器在PI控制下的启动运行瞬间会产生较大冲击电流,易损坏电路器件,影响系统的动、稳态性能,为此,提出了一种利用指数趋近律的改进滑模变结构双闭环控制策略。首先建立PWM整流器交流侧的离散化数学模型公式,分析影响启动冲击电流的参数变量关系。对PWM整流器进行预充电,以降低启动冲击电流。同时进行电流前馈补偿,以加快系统动态响应。其次通过采用可变边界层进行滑模控制的改进,削弱系统抖动影响。通过仿真实验,验证了改进滑模控制启动比传统PI控制输出波形更平滑;当负载改变时其动态响应时间也减少。改进后的滑模变结构输出波形的抖振得到了抑制,稳定状态时期望参数变量在滑模面上的波动幅值降低,避免了控制器的高频切换。系统的动、稳态性能更好。

三相PWM整流器双滑模控制策略研究

三相电压源型PWM整流器(Three-Phase Voltage-Source PWM Rectifier,三相VSR)具有很强的非线性,但在抗干扰能力方面存在极大的问题。针对该问题,从三相VSR的数学模型出发,利用Park变换,将其转换到d-q坐标系中,并根据数学表达式对交直轴电流分量实现前馈解耦控制。在此控制过程中,用电压、电流双滑模闭环控制器取代传统PI控制器,再将输出结果由Park逆变换后经SVPWM控制得到三相VSR的控制信号。最后,利用Matlab/Simulink仿真平台,验证了所提基于双滑模控制的PWM整流器闭环控制策略的合理性和有效性。

三相电压型PWM整流器控制技术分析

阐述三相电压型PWM整流器的工作原理、拓扑结构及控制策略,分析三相电压型PWM整流器的控制结构、双闭环整流系统的控制方法。通过仿真和实验验证控制策略的正确性和有效性。

一种新型三相PWM整流器控制策略

在高精度要求的场合下,基于传统电压电流的双闭环控制三相PWM整流器并网时会存在动态响应慢以及抗干扰能力差等问题。为了能够有效地解决这种问题,提出一种基于三相PWM整流器的新型电压电流双闭环控制策略。传统的三相整流器控制策略多为双闭环PI控制器,在此基础之上,电压外环引入线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC),电流环引入重复控制(repetitive control)。线性自抗扰控制器对于非线性系统有着较强的抗干扰能力,并且有着较快的动态响应速度;重复控制器能够有效地抑制交流侧电流谐波,对于周期性的信号能够实现无静差跟踪。首先对三相PWM整流器电路拓扑进行分析,为了便于控制器的设计,在旋转坐标系d、q轴下建立其数学模型;然后对其传统的双闭环PI控制策略进行分析,并在此基础上引入了LADRC与RC控制器;最后对各个控制策略的仿真波形分析对比。结果证明,新型控制策略切实改善了系统的动态性能并优化了系统的抗扰动能力。

基于自抗扰的单相PWM整流器直接功率控制

为改善单相两电平PWM整流器的动态性能,本文在传统外环采用PI控制,内环采用功率前馈解耦直接功率控制的双闭环控制方法基础上,提出一种改进控制策略,即引入基于线性自抗扰(LADRC)的电压外环,以减小直流侧电压的超调量,提高系统的响应速度,并增强其抗负载扰动能力。进一步在功率前馈解耦控制的基础上,引入二阶广义积分(SOGI)构建虚拟正交分量,以提高网侧电流对电压的追踪能力,提升系统的动态性能。最后,通过MATLAB/Simulink建立系统仿真模型并进行仿真,对所提出改进控制策略的可行性和有效性进行了验证。

三相电压型PWM整流器的自抗扰控制研究

三相电压型PWM整流器是一个多输入多输出的强非线性结构,并对三相电压型PWM整流器的数学模型和自抗扰控制器进行了原理分析;为了改善整流系统抗扰性及参数摄动等问题,采用一种改进型的非线性自抗扰控制方案,同时给出了离散形式的表达式;然后,重新构造了常规自抗扰控制器中非线性状态误差反馈控制律(NLSEF)和扩张状态观测器(ESO)的非线性函数,以此来克服非线性函数的不平滑性能,从而减小整流系统输出的高频颤振现象;在MATLAB/Simulink环境下进行仿真和搭建了实验样机来验证,改进型自抗扰控制器与常规自抗扰控制器进行对比分析。结果表明了改进型自抗扰控制策略改善了交流侧电压和负载突变敏感的缺点,并降低了交流侧电流总谐波含量,且直流侧电压具有更好的动静态性和鲁棒性。

不平衡电网下基于功率解耦的PWM整流器控制策略研究

当三相输入电压不平衡时,在静止坐标系下进行分析,一般都忽略了电流的解耦,应用传统比例谐振控制器时存在一个问题,即有功功率与无功功率的耦合严重。针对不平衡电网工况下PWM整流器有功及无功功率严重耦合的问题,研究了一种能实现功率解耦的电流控制器,在该控制器基础上采用电压二次方外环来提升直流侧电压响应的速度。在满足电流稳态误差,系统相位裕度和幅值裕度等各约束条件下,设计该控制器的参数,并选择合适的闭环控制参数,建立了一套较系统完整的控制器参数设计流程。最后,基于仿真软件Matlab/Simulink设计了一套能实现功率解耦的PWM整流器的仿真模型,仿真结果验证了所设计的功率解耦控制器控制效果的有效性。

一种新型三相电压型PWM整流器启动冲击电流抑制方法

针对三相电压型PWM整流器启动瞬间产生较大的冲击电流,致使系统稳定性、可靠性降低的问题,在整流器前端加入预充电电路,对预充电电路软启动过程和整流器启动过流的原因进行了详细分析,再对2种无预充电电路的母线电压缓给定方法和2种预充电电路结合母线电压缓给定方法抑制启动冲击电流的作用机理进行了对比分析,最终提出了预充电-分段二阶抛物线母线电压缓给定混合控制的最优抑制方法,最后通过搭建4种母线电压缓给定方法的仿真模型和30 kW整流器实验样机进行了验证。结果表明,采用预充电-分段二阶抛物线母线电压缓给定混合控制启动的整流器有效地抑制了冲击电流,网侧电流启动无过冲现象,直流侧母线电压无超调。

电流型PWM整流器的SVPWM控制及仿真研究

为解决三相电流型PWM整流器的拓扑结构带来的系统阶次增加、并联谐振等问题,详细介绍了三相CSR的空间电流矢量的控制方法,包括系统的数学建模、控制策略、信号发生和实现调制等。在Matlab/Simulink软件平台进行了三相CSR双闭环解耦SVPWM控制方法的仿真,并通过与传统的SPWM控制方法进行对比,验证了该控制方法具有更好的动、静态特性,且动态响应快,能有效抑制网侧谐波,实现单位功率因数运行。该方法为三相CSR的控制方法提供了新思路,具有一定的理论和实际应用价值。

模糊自适应PI调节在三相PWM整流器中的应用

介绍了三相高功率因数PWM整流器电流环和电压环的设计,并成功地将参数自适应PI调节应用到整流器的控制策略中,以提高直流侧电压的控制精度。仿真和实验结果表明,该控制方法响应快、鲁棒性强、抗干扰能力好,较传统PI控制具有更好的动、静态特性。

PWM整流器控制技术的发展

文章分别就三相电压型和电流型PWM整流器主要控制技术、原理、特点进行了系统的分析和综述。三相电压型PWM整流器控制技术包括滞环PWM电流控制、固定开关频率的电流控制、预测电流控制、矢量控制、直接功率控制以及单周期控制;三相电流型PWM整流器技术包括载波调制PWM、特定谐波消除PWM和空间矢量PWM。此外,文中评述了国内对PWM整流器控制技术研究的主要贡献。在此基础上,对PWM整流器控制技术发展趋势进行了展望。

基于二自由度PID的三相PWM整流器调压改进策略

基于前端电压源型整流器(voltage source rectifier,VSR)与后端电压源型逆变器(voltage source inverter,VSI)级联的VSR-VSI双三相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)变换器已在电梯能量回馈系统中得到广泛应用,但前端三相VSR采用传统比例积分(proportional integral,PI)双闭环控制结构通常存在中端直流母线电压无法兼顾抗干扰性和跟踪性的问题。为此,文中提出一种基于二自由度比例积分微分(proportional integral differential,PID)的三相PWM整流器调压改进策略。首先,阐述基于VSR-VSI双三相PWM变换器级联系统的结构和工作原理,并给出前端三相VSR的传统PI双闭环控制方案及其参数设计过程,分析该方案不能兼具良好的抗干扰性与跟踪性的原因。在此基础上,给出基于二自由度PID的前端三相VSR直流调压优化策略及其参数设计方法。最后,利用软件仿真与实验测试对比结果共同验证了所述三相PWM-VSR直流调压改进策略的有效性与优越性。