三相电压型VIENNA整流器建模及稳定性分析

基于电动汽车直流充电桩的VIENNA型前级整流电路,提出采用小信号方法对VIENNA整流器进行建模。该方法首先通过采用局部线性化技术和状态空间平均法推导dq0坐标系下VIENNA整流器的数学模型,得出相关传递函数矩阵,即VIENNA整流器小信号线性化模型,进而用于控制器的设计;然后,采用频域法分别对电压环、电流环进行设计,利用频域法及根轨迹曲线详细分析各项参数对系统的影响,并利用曲线拟合的方式给出了系统稳定域随各项参数变化的曲线;最后,在实验中验证所提方法的正确性。

基于自适应超螺旋滑模观测器的三相Vienna整流器无模型预测电流控制

三相Vienna整流器具有不需要考虑开关死区、可靠性高等优点,但参数易受外部扰动影响而导致控制性能下降。针对这些问题,该文提出一种基于自适应超螺旋滑模观测器的无模型预测电流控制策略(ASTSMO-MFPCC)。首先,通过分析三相Vienna整流器参数失配数学模型,构建不依赖系统物理参数的超局部模型。其次,设计超螺旋滑模观测器估计超局部模型中的动态部分,有效抑制系统扰动影响。同时,设计自适应增益,动态调整超螺旋滑模观测器参数,解决增益选择难题。最后,构建离散化预测模型和成本函数,实现无模型预测电流控制算法。仿真与实验结果表明,所提策略具有良好的鲁棒性和动稳态性能。

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。

基于无电网电压传感器的Vienna整流器滑模模型预测控制

Vienna整流器的控制系统设计与电网电压参数密不可分,然而,传统的电压传感器增加了系统的成本和复杂性.针对此问题,提出一种Vienna整流器无电网电压传感器模型预测控制策略.通过建立Vienna整流器虚拟磁通数学模型来估计电网电压,利用二阶低通滤波器消除了积分初值和直流偏置问题,进而提高观测效果.其次,结合模型预测直接功率控制(DPMPC),以功率跟踪误差最小为目标得到三桥臂的开关序列.实验结果表明,所提出的控制策略谐波含量低,电压能准确跟踪给定值,具有良好的稳态和动态性能.

三相VIENNA整流器的控制策略研究

为了降低三相VIENNA整流器交流侧的电流畸变率,并抑制直流侧电容中点的电位波动,提出将无源控制和零序分量注入相结合的控制策略,并应用于三相VIENNA整流器。首先,根据VIENNA整流器在三相静止坐标系下的数学模型,通过坐标变换获得在同步旋转坐标系下的电压和电流关于功率开关的状态方程。然后,根据无源控制理论,建立基于三相VIENNA整流器的欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)数学模型,并推导出无源控制器的电压调制方程。同时,设计将零序分量注入调制波的中点电位平衡控制模块。最后,通过构建仿真模型对控制策略进行验证。仿真结果显示,与传统的控制策略相比,该控制策略能较好地平衡电容电压中点电位,降低输入电流的畸变率,并在单位功率因数下实现系统的稳定运行。

考虑电流过零畸变的Vienna整流器SPWM调制策略研究

空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)在Vienna整流器控制中应用广泛。然而,SVPWM的计算量较大,难以应用在开关频率较高的Vienna整流器控制中,且Vienna整流器功率只能单向传递的特点使得输出电流易出现过零畸变。针对上述问题,本文首先给出了正常状态下Vienna整流器正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)过程中期望输出电压与PWM比较值之间的关系表达式,并进一步分析了电流过零畸变的机理。基于误差最小化思想,本文提出了一种考虑电流过零畸变的Vienna整流器SPWM调制策略。仿真实验表明:采用考虑电流过零畸变的Vienna整流器SPWM调制策略,可显著减小电流过零畸变,提高电流质量,与未采用本调制策略相比,并网电流的THD由2.48%减小至1.1%。

Vienna整流器改进无差拍混合控制策略研究

三相Vienna整流器发生负载突变时,将导致直流侧输出电压波动。针对此问题,提出一种基于线性自抗扰控制的改进无差拍混合控制策略。首先,在建立三相Vienna整流器数学模型的基础上,电流内环引入改进无差拍控制算法,将预测电流推迟至k+2时刻,以此来消除网侧电流谐波,实现对网侧电流的精准跟踪控制,使系统网侧电流总谐波畸变率由4.33%降至2.06%。其次,电压外环引入线性自抗扰控制,将模型参数变化作为系统内部扰动,通过LESO实时估计扰动并补偿,解决了负载突变工况下直流侧输出电压波动过大的问题。最后,搭建Vienna整流器仿真模型以及10 kW试验样机对所提混合控制策略进行验证。仿真与试验结果表明,所提混合控制策略在系统带载启动、负载变化等场景具有较好的稳态、动态性能。

不平衡电网下Vienna整流器控制策略研究

Vienna整流器结构简单,功率密度高,被广泛应用于航空电源、电动汽车充电系统等工业应用中。不平衡电网下Vienna整流器通过准比例谐振(quasi-proportional resonance,QPR)控制器可以在静止坐标系下跟踪参考电流实现零稳态误差控制。基于QPR控制器的电流控制回路结构相对简单,但是其参数设计较为复杂。为解决这一问题,提出一种简易的QPR控制器参数设计方法,并验证系统稳定性。最后,在Vienna整流器实验平台上验证所提策略的有效性。

适用于Vienna整流器的非连续脉宽调制

Vienna整流器凭借高功率密度和高可靠性的优点,被广泛应用于通信电源和电动汽车充电等中高压大功率场合。为实现Vienna整流器的功率因数校正(PFC)电路特性,需控制交流侧电流为与电网电压同频率、同相位的正弦波,降低电流过零畸变;为进一步提高Vienna整流器的功率密度,需尽可能降低开关损耗。从空间矢量的角度分析适用于Vienna的空间矢量调制策略,并根据控制目标的不同,分别提出可以最大程度降低开关损耗和可以降低电流过零畸变的非连续脉宽调制(DPWM)策略,最后通过仿真比较了所提出两种DPWM策略与SVPWM策略,验证了所提出的两种DPWM策略的可行性和优越性。

基于OSS-MPC的Vienna整流器矢量控制研究

三相整流器作为电网和用电设备之间的重要接口,其性能直接影响用电设备的供电可靠性和电网的电能质量。针对传统有限集模型中开关频率不固定的缺点,采用将最优开关序列模型预测控制OSS-MPC和PI控制组成的双闭环控制系统,在使用双闭环控制的VIENNA整流器的控制外环上,通过PI控制能够调节直流链路电压和电源侧输入的无功功率,并为内环控制提供电流参考。控制内环通过有限集模型预测来调节系统的额定输出电流,并保证分裂电容间的中性点电压平衡。与传统的有限控制集模型预测控制相比,具有改善稳态性能、固定开关频率和消除权重因子的额外优势。最后设计了一个在输入电压为110 V、额定频率为50 Hz,开关频率在10 kHz,整流后输出电压为300 V的供电系统,并利用Matlab/Simulink验证该方案的正确性,0.05 s时,A相的输入电流谐波含量仅为1.89%,输入电流严重失真程度较低,系统的稳定性、可靠性较强。

不平衡电网下Vienna整流器电流畸变抑制方法

Vienna整流器结构简单、功率密度高,被广泛应用于航空电源、电动汽车充电系统等工业中。当Vienna整流器在不平衡电网下运行时,采用传统的控制策略会导致输入电流过零畸变,影响电能质量。为解决这一问题,通过分析Vienna整流器输入电流畸变机理,提出一种调制波区间钳位控制策略。所提方法通过在钳位区间内叠加零序分量将参考电压钳位至零,避免输出错误的桥臂电压信号,从而抑制输入电流畸变,提高电能质量。最后通过实验验证了所提策略的有效性。

适用于双负载模式的Vienna整流器调制方法

在工程应用中,Vienna整流器常处于双负载模式给串联电池组充电以提高效率和降低成本,此时,上、下直流侧的输出电压和功率不再相等,矢量的合成变得非常复杂。文中从载波的角度进行分析,通过注入零序电压实现了上、下直流侧输出功率的解耦和中点电压的主动控制,简化了计算过程。基于Vienna整流器拓扑的输出电平约束和调制约束分析了零序电压的约束条件,并基于上述约束条件给出了不同运行状态下Vienna整流器的上、下直流侧可输出的极限功率,为工程参数设计提供参考。此外,分析了双负载运行状态下Vienna整流器的电流过零畸变问题,提出了抑制电流过零畸变的方法,并直接给出了三相调制电压。实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的优越性。

基于调制波分解的Vienna整流器的调制方法

Vienna整流器是一种控制简单、可靠性高的升压型整流器,被广泛应用到风能发电系统、航空电源以及新能源电动汽车等领域。由于Vienna整流器结构的特性,传统的调制方法会导致电流过零点畸变。因此,该文从调制波分解的角度分析电流过零点畸变产生的原因,针对现有的调制策略存在的不足,在其基础上进行改进,提出一种在维持直流侧中点电压平衡的情况下,可以最大程度地降低电流畸变的调制方法。该文将Vienna整流器的传统空间矢量调制、具有过零钳位的空间矢量调制与所提调制方法进行了比较,通过实验验证了所提调制方法的可行性和优越性。

基于CEEMD特征提取和优化RF分类的Vienna整流器故障诊断

Vienna整流器作为汽车直流充电桩充电模块最常用前级部分,前级系统的稳定运行直接影响着整个充电模块的运行状态,因此针对Vienna整流器故障诊断显得十分重要。针对Vienna整流器其功率开关和电解电容等核心器件的开路故障特点,文中提出了一种基于互补集合经验模态分解(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition, CEEMD)和粒子群(Particle Swarm Optimization, PSO)优化随机森林(Random Forest, RF)算法的诊断方法。该方法以输入侧电流为原始信号,分析核心器件开路故障的波形特性,采用CEEMD方法对故障电流信号进行分解。在此基础上构造故障特征向量,并将提取的特征向量输入到粒子群优化的随机森林模型中进行故障状态识别。搭建了Vienna整流器仿真模型,验证所提方法的可行性和优越性。仿真结果表明该方法具有较好的诊断结果,诊断率达到了93.8%并且缩短了诊断时间,对汽车直流充电桩故障诊断具有现实指导意义。

基于长短期记忆网络的Vienna整流器故障预测

为了掌握Vienna整流器的健康状态,提出基于长短期记忆(LSTM)网络的Vienna整流器故障预测模型。通过对电容和功率MOSFET的退化与故障特征分析,建立Vienna整流器整体电路性能和关键元器件退化之间的关系,选择输出电压变化值ω为整流器的故障特征参数。在此基础上,构建基于LSTM的Vienna整流器故障预测模型,采用Adam优化算法训练预测模型,实现对Vienna整流器故障特征参数的预测。仿真结果表明,该模型预测结果的均方根误差为0.1233,平均绝对百分误差为0.1018,该模型的预测精度较高,能够较好地实现Vienna整流器的故障预测。

带中点平衡的VIENNA整流器改进SVPWM策略

VIENNA整流器的中点电压不平衡问题使得两均压电容及主开关器件承受的电压应力不均衡,导致交流侧输入电流波形畸变,较大降低系统可靠性。对于此问题,本文研究传统三电平空间矢量调制对VIENNA整流器中点电压的作用原理,在此基础上提出一种改进SVPWM控制策略来抑制中点电位的波动:将传统扇区与输入侧三相电流极性结合,对传统扇区进一步划分,通过新扇区的判断和正负小矢量的调节因子抵消中矢量作用,从而达到中点平衡。最后通过仿真验证所提控制策略与传统SVPWM相比,中点电位和电流的波动由±5 V和±18 A减小为±2.5 V和±7.5V,有效抑制了中点电压不平衡的问题。

基于双矢量模型预测功率控制的Vienna整流器设计

传统有限集模型预测功率控制对Vienna整流器在控制周期中只输出单个作用矢量,功率波动大,输入电流谐波畸变率高,为此提出一种应用于Vienna整流器的双矢量有限集模型预测功率控制策略。该策略在控制周期中引入第二矢量与最优矢量共同作用,通过分配最优矢量和第二矢量的作用时间提高对功率的跟踪精度。建立仿真模型并设计Vienna整流器实验平台,仿真和实验结果表明,与传统的有限集模型预测控制相比,所提控制策略能够有效地减小参考功率和预测功率之间的误差,降低Vienna整流器的功率波动和输入电流的总谐波畸变率。

VIENNA整流器中点电压控制策略研究

三相三电平VIENNA整流器因开关管所受电压应力不均及中点电压不平衡导致电流过零畸变,降低系统整体性能。为此,该文从空间矢量角度分析了中点电压不平衡产生的原因及七段式算法中矢量对中点电位的影响,并在传统SVPWM基础上,提出了一种改进的空间矢量调制策略来减小输出电压波动:在同一采样周期内,通过一种调节因子来合理分配正负小矢量的作用时间,进而抵消中矢量,维持电压稳定。此外,还通过分析调节因子与系统调制比间关系来优化算法实现。最后,通过仿真发现该控制策略与传统控制策略相比中点电压波动由±12 V降低至±4 V,证明所提策略的正确性及有效性。

一种快速响应的新型Vienna整流器控制方法

首先介绍Vienna整流器在三相静止坐标系和d,q坐标系下的数学模型,分析了Vienna整流器在d,q坐标系下的能量交换关系。针对传统电压外环存在的问题,提出了一种将电容储能作为反馈变量,并将负载功率进行前馈的外环控制方式。为了降低系统成本,提出了一种无电流传感器的负载功率估计算法,并介绍一种改进的遗忘迭代滤波对估算的负载功率进行滤波。此外,针对电容充电功率的物理特性对外环的参数设计进行了说明。最后,搭建了Vienna整流器的实验平台,实验结果验证了所提方法的优越性和可行性。

电网电压不平衡条件下Vienna整流器控制及电流过零畸变抑制方法

当电网电压不平衡时,Vienna整流器的直流侧和交流侧将分别出现偶次谐波和奇次谐波,并且电流的过零畸变将会加剧。因此,在电网电压不平衡时,该文建立Vienna整流器在双dq坐标系下的数学模型,计算电流与输出电压之间的夹角,分析基于不同控制目标的2种控制方法及其电流过零畸变,提出一种可以在全调制度范围内最大程度降低电流过零畸变的调制方法,称为垂足近似合成法,所提方法在电网平衡和不平衡时均适用。最后,搭建额定功率为4.6kW的Vienna整流器实验样机,实验结果验证所提方法的可行性和优越性.