计及中性点电位均衡的VIENNA型整流器简化空间矢量调制方法

当能量无需双向传递时,常规的二电平、三电平型变换器存在一定缺陷,为克服该缺陷,针对三电平三开关型VIENNA型整流器进行了工作机理以及拓扑结构分析。由于VIENNA型整流器在直流侧会产生中性点电位脉动,所以在SVPWM算法的占空比分布中引入直流母线电容的电压变化量参数,这能够改变矢量作用时间,从而实现中性点电位均衡。研究了三电平转二电平的一种SVPWM简化调制方法,并验证了所提方法的实用性和有效性。

一种双负载VIENNA型整流器控制

根据双负载VIENNA型整流器拓扑结构,建立了基于端口受控的耗散哈密顿(PCHD)数学模型。提出了利用无源控制器控制交流电流,PI控制器控制直流电压的无源混合控制策略。基于PCHD数学模型,采用互联和阻尼配置方法设计了无源电流控制器,实现了交流电流快速跟踪期望值,并保证整流器的稳定性。Matlab/Simulink仿真结果表明,基于PCHD模型的无源混合控制策略能够使直流侧电压快速跟踪期望值,网侧电流正弦化及单位功率因数,并对负载变化具有良好的鲁棒性。

基于T型中点钳位的单向混合三相电压型整流器

分析当前的单向混合三相电压型整流器(UHTPVSR)的拓扑结构和工作原理,并对其拓扑结构进行改进。提出基于T型中点钳位(TNPC)的单向混合三相电压型整流器拓扑结构,分别建立了Boost变换器和TNPC整流器的Euler-Lagrange(EL)模型,基于此模型,采用外环PI,内环无源的无源混合控制策略。在Matlab/Simulink中建立模型进行仿真,仿真结果说明无源混合控制策略具有强鲁棒性、动态性能好、抗干扰能力强等优点。

基于无源与自抗扰的Vienna整流器控制策略研究

为提高整流器抗干扰能力与减少对电网的不良影响,采用T型VIENNA整流器实施直流输出电压、交流输入电流的综合控制。在建立三相T型VIENNA整流器数学模型的基础上,提出非线性虚拟阻尼注入的无源电流控制算法,使输入电流具有跟踪速度快、稳态精度高、谐波畸变率低的特性;采用直流侧电压反馈误差非线性控制的自抗扰算法,实现了在负载扰动和电网电压波动时直流侧电压的快速恢复和稳定输出。该控制策略与典型的电压比例-积分调节(proportional-integral controller,PI)+电流PI或传统无源电流控制策略相比,可使Vienna整流器运行于高功率因数,低谐波畸变率,直流侧输出电压稳定,抗负载、电网电压扰动能力强。仿真与实验结果验证了T型Vienna整流器电压、电流误差非线性控制的无源与自抗扰策略的可行性和有效性。

抑制Vienna整流器电流谐波的变频混合式SVPWM策略

传统空间矢量脉冲宽度调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)下的Vienna整流器输入电流存在有纹波、纹波分布不均匀等问题,且在过零点附近易产生迟滞、突变的现象,这些因素导致电流总谐波畸变率高,影响电网电能质量。针对上述问题,在分析Vienna整流器产生电流畸变及纹波机理的基础上,提出了一种变频混合式SVPWM调制策略。该策略设计了一种带有电流过零纹波环宽的扇区划分区域的方法,简化了矢量合成算法,优化了五段式、七段式混合调制,以避免电流过零畸变;同时还设计了一种根据参考电流变化率调整调制频率的方法,并匹配七段式冗余矢量作用时间,以减小并均匀化电流纹波。仿真与实验结果表明,该调制策略简单易行,无需额外计算量,具有电流纹波小、纹波分布均匀、功率因数高、比同等有效调制频率的定频混合调制谐波畸变率低的优点。实验结果证明了变频混合式SVPWM调制策略的可行性和有效性。

基于三矢量模型预测控制的T型三电平整流器定频控制策略

针对T型三电平整流器存在中点电位不平衡的问题,模型预测控制(MPC)对于改善和提高T型三电平整流器控制性能具有良好的应用潜力,但传统的有限集模型预测控制存在算法计算量大、权重因子调整困难、开关频率不固定等缺陷,会直接影响模型预测控制在T型三电平整流器中的应用效果。针对以上问题,提出一种基于快速矢量选择的三矢量定频模型预测控制算法,利用无差拍的思想将电流跟踪转化为电压跟踪,剔除远离参考电压矢量和对中点电位平衡调整不利的电压矢量,并根据参考电压矢量确定控制周期内的开关矢量。在此基础上,利用电压跟踪代价函数得到开关矢量的作用时间,最终根据切换顺滑原则得到开关序列,最后进行仿真研究。研究结果表明,与传统有限集模型预测控制相比,所提方法能够大大减小计算量,实现固定开关频率,从而减小电压和功率脉动,获得良好的控制性能。

基于简化三电平SVPWM的T型三电平整流器控制研究

针对传统三电平空间电压矢量存在的区间划分繁琐、矢量作用时间计算复杂等问题,提出了一种简化的三电平SVPWM调制策略,给出了数字化实现方法,为改善T型三电平中点电位不平衡问题,提出并采用引入小矢量修正的中点电位平衡控制方法。为验证中点电位平衡控制与简化SVPWM调制的有效性,构建了一台额定功率为5 k W的T型三电平变换器样机模型。实验结果表明,文中调试方法在极大简化了矢量运算的同时可有效实现中点电位的平衡控制。

T型三电平整流-逆变系统的数学模型与控制方法研究

为实现单位功率因数工作,维持母线电压及上下电容电压平衡,维持负载端电压稳定,对T型三电平三相整流-逆变系统进行初步研究。分别建立了三电平整流器及三电平逆变器的数学模型,并设计了相应的控制系统及控制参数。通过仿真,验证了控制策略及参数的正确性。

T型三电平变换器的通用PWM平均模型

大规模分布式光伏高渗透率接入配电网,使得系统特性尤其是稳定性、电能质量评估存在不确定性。采用仿真建模手段是分析大规模电力电子装置接入电力系统中影响的关键手段之一。T型脉宽调制（pulse width modulation,PWM）控制三电平电路是目前分布式中功率光伏逆变器主流方案,目前尚未有针对T型PWM控制三电平电路平均建模的全面报道。该文提出一种基于受控电压源和电流源的通用PWM平均模型。该平均电路结构仅对开关器件平均,保留除此以外的全部感、容、阻及电源,因此与调制及控制方式无关。无论是整流还是逆变模式,T型平均模型输出波形均与T型三电平电路开关模型一致,具有很强的适应性,兼容单相及三相电路。仿真及实验结果表明,所提出的T型平均电路模型,内部及外部电压电流特性,与开关模型几乎等效,不受控制方法和电路模式限制,具有很强的通用性和适应性。

不同拓扑结构混合整流器性能评估

针对五种不同拓扑结构的混合整流器原理进行分析,建立构成混合整流器的无源器件、半导体芯片、散热系统和辅助元件模块关于损耗、体积和质量模型。采用非支配遗传算法Ⅱ(NSGA-Ⅱ)在给定系统和模块的参数条件下,求解由电感器、电容器、MOSFET管和二极管构成的半导体模块,风机和散热器构成的散热系统以及控制板、驱动器和辅助电源模块构成的辅助模块的损耗、体积和质量。依据得出的数据建立相对效率、功率密度、功率质量比、无源器件相对损耗、半导体芯片相对面积性能指标,得到不同开关频率性能指标之间关系和比较结果。在不同开关频率时,根据模型求解的数据和性能指标比较图,综合比较五种不同拓扑结构的混合整流器系统性能指标,得出三电平单向Vienna型混合整流器(3LUVHR)系统性能最优。

单向混合整流器无源电流控制

针对现行单向混合三相电压型整流器的交流电流存在尖峰和谐波畸变率高的问题,提出抑制电流尖峰,降低谐波畸变率的方法。通过在现行混合整流器拓扑结构中增设补偿电感器,抑制因电路结构产生电流尖峰。基于三相三电平T型VIENNA整流器和三相单开关Boost整流器欧拉-拉格朗日数学模型,提出一种满足特定约束的非线性虚拟阻尼注入的无源电流控制策略。与传统定阻尼注入的无源控制策略相比,该无源电流控制策略具有跟踪电流稳态误差更小,误差衰减速度更快、谐波畸变率低和功率因数高的优点。仿真和实验结果表明,改进的单向混合整流器拓扑结构及所提无源电流控制策略是有效的。

一种三相整流器的自然切换电流峰值控制策略

给出了T型三电平整流器的直流侧电压与交流侧电流的自然开关轨迹.基于该轨迹,将直接功率控制理论与自然开关轨迹理论结合,给出了自然切换控制方法.在该控制方法下,负载扰动时,输出电流超调严重,系统动态过程不平滑.针对该现象,依据直流变换器中电流峰值控制的思想,提出了适用于自然切换控制方法的电流峰值控制策略,即在原有自然开关轨迹上增加第三运行轨迹,对输出电流直接限幅控制,使得系统动态过程更为平滑.并在Matlab 2019a仿真环境中进行了验证.

基于预测控制和矢量调制方法三电平整流器

针对T型三电平整流器,提出一种快速预测控制和矢量调制方法。当直流侧负载出现扰动时,和传统PI控制方法相比,预测控制能够实现直流侧电压的快速跟踪。并网控制方面,和传统方法相比,不需要调节参数和具有快速的动态响应。针对T型三电平整流器存在的中点电位振荡问题,提出一种新型调制方法,该方法内容能够给实现中点电位振荡和偏移抑制。最后通过仿真验证了所提出的控制以及调制正确性。

基于简化SVPWM调制的T型变换器解耦控制

针对传统三电平矢量调制策略区间划分繁琐、计算复杂等缺陷,分析给出了简化三电平SVPWM调制策略的数字化实现方法,并进一步提出了调制策略矢量时间的计算方法与扇区判断方案。为验证调制策略的可靠性,基于T型三电平变换器进行了必要的仿真与实验验证,结果表明,文中简化三电平SVPWM调制策略可靠性高,网侧电流输出波形质量良好,动静态性能优良。

基于虚拟矢量调制的T型并网变换器模型预测控制

针对传统有限集模型预测控制(FCS-MPC)开关频率不固定、寻优过程计算量大等缺点,提出了一种新型基于离散空间矢量调制的改进型模型预测控制算法,该方法通过采用由实矢量线性组合生成虚拟矢量的方式,实现了在单开关周期内输出多个实矢量和固定的开关频率;通过引入虚拟矢量调制增加了矢量控制集,有效减小了网侧电流纹波,改善了并网电流质量。给出了离散矢量调制的实现方案,并基于一台7 kW的实验样机平台进行了必要的实验验证分析。实验结果表明,与传统的FCS-MPC方法相比,所设计的虚拟矢量调制方法有效提高了网侧电流输出质量,有效抑制了网侧电流纹波并改善了系统动态响应性能。

基于三矢量的PWM整流器改进模型预测直接功率控制方法

为解决传统模型预测直接功率控制存在的开关频率不恒定、计算量大、共模电压大问题,设计了一种三矢量模型预测直接功率控制方法。该方法通过在单个控制周期内输出三个不同电压矢量,克服了传统方法因连续多个周期输出相同电压矢量造成的开关频率不恒定问题;同时,在两相静止坐标系中,通过优化空间电压矢量图划分方法,采用两个代价函数确定电网电压矢量所在扇区,将算法的遍历次数从27次降至10次,克服了传统方法计算量大的问题;此外,通过去除两个冗余零矢量PPP与NNN,将共模电压抑制在Udc/3以内。最后搭建了5kW实验样机进行实验验证,仿真与实验结果表明,该方法可以有效降低计算量,输出谐波和共模电压抑制效果优于传统方法。

单壁碳纳米管无线瓦斯浓度传感器设计研究

针对物联网远程监测煤矿井下瓦斯浓度，提出基于功能化碳纳米管（FunctionalizedCNTs）的钯负载型单壁碳纳米管（Pd—SWCNTs）的瓦斯浓度传感器解决方案。传感器整体呈可弯折薄片状，集成有天线、T型阻抗匹配网络、CMOS射频／直流（RF／DC）整流器和Pd—SWCNTs传感器探头等功能模块。传感器构成物联网的感知端，其检测的瓦斯浓度信息由物联网的移动探测器接收并识别。研究表明：在环境温度为18～38℃的煤矿井下，移动探测器采用增益为2．15dBi的天线，发射功率为2W。在距离传感器1m处，对瓦斯的浓度从0增长到100×10-6的过程进行检测。结果显示：探测器接收信号强度标识指标对应增加4dB，相对模拟识别符指标对应增加3％。

液压蓄能式波浪能发电系统及其控制方案研究

构建液压蓄能式波浪能发电系统,以降低电能传输过程交流侧电流谐波为目标,提出采用三开关Vienna整流器与T型三电平逆变器构成的电能传输方案。介绍发电系统组成部分,分析Vienna整流器与T型三电平逆变器的优势,并建立系统主要部件数学模型。在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,在不同波浪条件下对系统间歇发电模式与连续发电模式进行仿真。仿真结果表明,系统可在不同波浪条件下稳定工作,采用的变流方案对机侧与网侧电流谐波抑制效果佳,满足并网标准对电流谐波限值和总谐波畸变率的要求。