基于VIENNA永磁风电系统的自适应反推控制研究

针对永磁同步电机存在非线性项的不确定性以及系统参数摄动产生的不利影响,提出一种基于VIENNA永磁风电系统的自适应反推控制策略。采用VIENNA整流拓扑实现整机功率密度的最大化,降低谐波干扰,提升系统的可靠性。通过自适应反推控制得到系统控制律和参数自适应律,解决了系统的非线性,实现了对定子电阻和负载转矩的参数自适应,从而提高了系统的抗干扰能力。仿真结果表明,该控制系统具有较强的鲁棒性。

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%。

三相三电平Vienna高功率因数整流电路的控制参数整定方法研究

随着新能源汽车产业的蓬勃发展,新能源汽车充电模块研究也在逐渐深入。主流的新能源充电模块由前级AC/DC变换器和后级DC/DC变换器构成。本文针对前级AC/DC部分就三相三电平Vienna PFC电路的稳定控制展开研究,建立了数学模型,推导了控制到输出的传递函数。基于三电平Vienna PFC电路的双闭环控制策略,研究了两种控制参数的整定方法,一是基于前馈解耦法构建了电流内环控制模型和基于功率平衡设计了电压外环控制模型;二是电流内环采用Ⅰ型系统和电压外环采用Ⅱ型系统设计了控制参数。对两种控制参数的整定得出的结果进行了仿真比较,得到较好的电压、电流环控制参数整定方法。仿真和实验验证了方法的正确性。With the vigorous development of the new energy vehicle industry, research on charging modules for new energy vehicles is gradually deepening. The mainstream new energy charging module consists of a front-end AC/DC converter and a back-end DC/DC converter. This article focuses on the stability control of the three-phase three-level Vienna PFC circuit in the front-end AC/DC section, establishes a mathematical model, and derives the transfer function from control to output. A dual closed-loop control strategy based on three-level Vienna PFC circuit was studied, and two tuning methods for control parameters were studied. Firstly, a current inner loop control model was constructed based on feed forward decoupling method, and a voltage outer loop control model was designed based on power balance;The second is that the current inner loop adopts a Type I system and the voltage outer loop adopts a Type II system to design control parameters. A simulation comparison was conducted on the tuning results of two control parameters, and a better voltage and current loop control parameter tuning method was obtained. The correctness of the method was verified through simulation and experiments.

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SMC-MPC的VIENNA整流电路控制策略研究

VIENNA整流电路具有结构简单、器件较少以及开关管应力较小等优点,广泛应用于各类充电系统中,但是其传统的PI控制策略的响应速度慢,抗干扰性较差。因此,本文设计了一种针对VIENNA整流电路的滑模-模型预测控制策略,其采用电压外环滑模控制和电流内环模型预测控制结合的双闭环控制策略,能够快速、准确地跟随指定输出电压,对功率因数进行校正,并利用仿真和试验对其实际控制效果进行测试,验证了该控制策略的合理性与优越性。

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。

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。

基于无源性与滑模变结构控制相结合的VIENNA整流器控制策略

针对VIENNA整流器的非线性特点,提出一种无源性控制与滑模变结构控制相结合的混合控制策略。在建立同步旋转坐标系下VIENNA整流器非线性数学模型的基础上,推导了VIENNA整流器的Euler-Lagrange数学模型,分析了VIENNA整流器的无源性。利用无源性理论及滑模变结构控制理论设计了VIENNA整流器的控制器,即电压外环采用滑模变结构控制、电流内环采用无源性控制的双闭环控制算法。在MATLAB7.1/Simulink环境中建立了仿真模型,并搭建了800 W的实验样机。仿真与实验结果表明,所提出的混合控制策略达到了控制的目的。利用无源性控制与滑模变结构控制相结合的整流器具有鲁棒性强、动态特性好、抗干扰能力强等优点。

单周期控制的三相三电平VIENNA整流器输出中点电位分析及控制方法研究

三相三电平VIENNA整流器作为三电平Boost型中点箝位(neutral point clamped,NPC)结构变换器一种,具有电路结构简单、开关电压应力小、输入电流谐波含量低、可实现输入单位功率因数校正等优点,适合应用于高压中大功率场合。同时,三相功率因数校正(power factor correction,PFC)整流器的单周期控制方案因其控制简单,无需乘法器及采用输入电压受到广泛研究。输出中点电位波动是NPC结构变换器的一个固有问题,以基于单周期控制的三相三电平VIENNA整流器为研究对象,详细地分析整流器输出中点电位波动机理,根据单周期控制方案的特点,提出在三相输入电流采样中注入三次谐波电流分量,同时分析三次谐波电流注入后对整流器输出中点电位的影响,给出三次谐波电流最佳注入系数。在此基础之上,向传统单周期控制系统中继续引入均压环路,使得最终改进后的三相三电平VIENNA整流器单周期控制系统一方面可以提高整流器直流母线电压利用率,另一方面可以有效抑制中点电位的直流和交流波动。仿真与实验验证了所提出的改进单周期控制策略对于整流器输出中点电位平衡控制的有效性。

带中点电位平衡控制的Vienna整流器滞环电流控制方法

针对三相三电平Vienna整流器存在的固有中点电压波动问题,提出将直流侧中点电压偏差引入滞环电流闭环控制中,通过调节指令电流的直流偏移量实现直流侧中点电压平衡控制。结合等效电路分析了Vienna整流器滞环电流工作原理,设计了电压外环控制器,并给出了滞环宽度和中性点补偿系数的选取依据。最后搭建了一台Vienna整流器样机对该方案进行了验证,实验结果验证了该方案的可行性。

Vienna整流器滑模直接功率及中点电位平衡控制策略

根据Vienna整流器的工作原理,建立基于开关函数的功率数学模型,在此基础上设计新型滑模直接功率控制策略,详细推导该控制算法,并给出具体设计过程;另外针对Vienna整流器存在中点电位波动和传统空间矢量调制计算繁琐等问题,提出基于载波调制的等效空间矢量调制算法,通过在载波调制中加入零序分量来等效空间矢量调制策略,同时在零序分量中加入平衡因子来控制中点电位平衡。滑模直接功率算法与等效空间矢量调制技术相结合可以实现开关定频和中点电位平衡,同时降低开关损耗,使Vienna整流器工作在近似单位功率因数下。最后搭建实验平台进行实验验证,结果表明:基于新型滑模直接功率控制策略和等效空间矢量调制算法相结合的Vienna整流器具有较好的鲁棒性和动态性能。

航空Vienna整流器故障诊断与容错控制

Vienna整流器因其高效率、高功率密度等优点得到广泛的关注,为满足航空应用中高可靠性的要求,研究Vienna整流器故障诊断和容错控制非常有必要。该文通过分析Vienna整流器在单个开关管开路故障情况下输入电流的特点,首先提出一种基于固定相位电流变化率的故障诊断方案;然后对等效空间矢量脉宽调制(SVPWM)方式下故障情况的矢量特性进行分析,提出一种通过矢量替代与合成,实现在大部分区域维持三电平运行,小部分区域转化为不控整流运行的容错控制策略;最后通过仿真和实验验证了所提策略的可行性。