基于载波和空间矢量调制之间联系的多电平VSI降低和消除共模电压的PWM策略

提出一种多电平逆变器降低和消除共模电压的调制方法。选择适当的开关状态,部分共模电压消除调制方法(PCMVPWM)能将共模电压降低到直流侧母线单电源电压的三分之一,完全共模电压消除调制方法(FCMVPWM)能完全消除共模电压。分析了这两种调制方法与基于载波的脉宽调制方法的关系。在NPC三电平逆变器的原型机上对算法进行了实验验证,仿真和实验结果表明该调制方法能够有效地降低共模电压。最后将算法拓展到任意电平逆变器的调制中。

不对称电网下背靠背系统前端整流器的优化控制方法

当三相电网不对称时,传统双闭环控制策略下直流侧和交流侧将分别产生偶数次和奇数次非特征谐波,从而会严重影响背靠背系统前端整流器的性能。针对这一问题,该文首先建立了电网不对称时背靠背前端脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器的数学模型和功率模型,并根据瞬时功率理论分析了功率波动形式;然后提出了一种瞬时正、负序分离方法,该算法精度较高,延时较小;其次,考虑所使用功率管电流的限幅值,分析了电网不平衡对整流器带载能力的影响,并提出了PWM整流器优化控制策略,以整流器有功功率波动为零或者最小为控制目标。最后,搭建了实验平台,验证了该控制策略的有效性。

不同零序电压注入的NPC三电平逆变器中点电位平衡算法的比较

中点箝位型(neutral point clamped,NPC)三电平逆变器已被广泛应用,中点电位的平衡是其关键技术之一。首先建立基于零序电压注入的中点电位的数学模型,然后根据模型分析采用三种不同零序电压注入的计算方法。在实验室搭建三电平并网逆变器实验样机,比较在不同功率因数下,3种不同零序电压注入方法的中点电位动稳态平衡能力。结果表明,3种方法均能很好地平衡中点电位。此外,在实际条件下,上下电容值常会不相等,因此有必要补充在上下电容值误差为12%条件下的实验。实验验证了3种不同零序电压注入方法在上下电容值误差较大时仍能很好地控制中点电位的平衡。

直流电容储能反馈和负载功率前馈的PWM整流器控制策略

首先介绍了三相电压型PWM(pulse width modulation)整流器在dq轴系下的数学模型,分析了整流器的能量和功率交换关系。提出了一种电流内环、直流侧电容储能作为外环的电容储能反馈控制策略,并给出了环路设计方法。为了减小负载的不确定性对整流器系统的影响,引入了负载功率前馈估计算法。最后,实验比较了传统的电压、电流双闭环和本文所提出的控制策略的动、稳态特性。结果表明,本文所提出的控制策略能满足系统稳态时的控制要求,并且较传统的电压、电流双闭环控制策略具有更好的动态特性。

电网不平衡时抑制有功功率二次波动的并网逆变器控制策略

当三相电网不平衡时,基于传统双闭环控制策略的并网逆变器将在直流侧和交流侧分别产生偶数次和奇数次谐波,有功功率大幅波动,系统性能恶化。针对上述问题,文中提出在正负序旋转坐标系下实现并网的控制策略。该控制策略基于电网不平衡下的并网逆变器数学模型以及功率波动形式,以抑制有功功率二次波动为控制目标,实现了对并网电流的有效控制。为了有效并快速地分离出正负序量,提出了一种瞬时正负序分离方法,该方法精度较高,且基本无延时。实验结果表明,该正负序分离方法是有效的,且该控制策略可有效抑制有功功率波动和电网电流谐波,改善系统稳态性能。

电网不对称时抑制负序电流并网逆变器的控制策略

当三相电网不平衡时,传统双闭环控制策略下将在直流侧和交流侧分别产生偶数次和奇数次非特征谐波,从而严重影响并网逆变器的输出品质。针对这一问题,本文首先建立了电网不平衡时并网逆变器的数学模型,给出了同步旋转坐标下的电压矢量方程;并根据瞬时功率理论分析了功率波动形式;然后提出了一种瞬时正、负序分离方法,该算法准确度较高,且基本无延时;为了使三相并网电流对称,以抑制负序电流为控制目标,正序电流由控制器的外环给定,在正序和负序同步旋转坐标下实现并网电流的控制。在实验室内搭建了并网实验平台,实验结果表明新的控制策略下并网电流波形对称,有效地抑制了负序电流。

直流电容储能反馈和负载功率前馈的Boost变换器控制策略

从Boost变换器的状态空间平均方程数学模型出发,推导出其功率传递关系。在此基础上提出了一种以电流作为内环、直流侧电容储能作为外环的反馈控制策略,电流内环采用滞环电流控制,电容储能外环采用PI调节器控制,并设计了相应的控制器。为了进一步提高系统的快速性,减小负载扰动对系统的影响,引入负载功率的前馈,并给出了前馈功率的估计算法。实验比较了传统的电压电流双闭环和所提控制策略的动、稳态特性,结果表明,所提出的控制策略能满足系统稳态时的控制要求,并且较传统的电压电流双闭环控制策略具有更好的动态特性。

转子动能为外环控制量的永磁同步电动机双闭环矢量控制策略

首先分析了永磁同步电动机控制系统的能量交换关系,提出了一种外环采用电动机转子储存动能作为反馈变量,内环采用电流作为反馈变量的双闭环矢量控制策略,给出了其理论依据和环路设计方法。研究了电动机负载对控制策略的影响,提出了一种简单且有效的负载估计方案,将电动机负载时的控制近似等效为空载时的控制。实验验证了所提出控制策略的可行性,并将该控制策略与传统的转速、电流双闭环矢量控制策略进行比较,实验结果表明本文所提出的控制策略具有更好的动态响应性能。

基于负载功率前馈的PWM整流器控制策略

此处在整流器数学模型和瞬时功率理论的基础上,提出了基于负载功率前馈的新型电压电流双闭环控制策略。通过对系统瞬时功率的分析,找出功率与电压之间的关系,使得外环以电压的平方为控制变量;电流内环采用电流前馈解耦控制,实现对有功和无功电流的独立控制。在新型双闭环控制基础上,引入负载功率前馈。最后实验证明新型双闭环控制比传统双闭环控制动态性能好,而有负载功率前馈的新型双闭环控制比无负载功率前馈的新型双闭环具有更好的动态响应性能。

基于环路统一设计的永磁同步电动机四象限矢量控制系统

永磁同步电动机(PMSM)控制系统直流侧大多由不控整流提供,不能实现电机的四象限运行,且不控整流会对电网造成污染。将PWM整流器应用到永磁同步电动机控制系统中。PWM整流器采用基于电网电压前馈的矢量控制,永磁同步电动机控制系统采用基于转子磁场定向的矢量控制,构成了永磁同步电动机四象限矢量控制系统。分析了PWM整流器和永磁同步电动机的数学模型,总结其相似性,并以此为基础对环路进行设计。最后将该控制方法应用于系统中,实现了电机的四象限运行。

以单相PWM整流器为前端的永磁同步电动机背靠背驱动系统

当永磁同步电动机(PMSM)驱动系统采用二极管不控整流器提供直流电源时,能量不能双向流动,同时会给电网带来谐波污染。针对该问题,利用单相PWM整流器作为前端来构成PMSM背靠背驱动系统,并建立了整流器和PMSM的数学模型,确定了固定开关频率的滞环控制策略和基于转子磁场定向的PMSM矢量控制策略。并在此基础之上进行环路设计,以及通过实验验证了整个系统的能量双向流动和电机的四象限运行。

NPC三电平逆变器供电的永磁同步电动机伺服系统

主要研究了采用中点箝位型(NPC)三电平逆变器供电的永磁同步电动机(PMSM)伺服系统;电动机采用转子磁场定向的矢量控制。为了达到控制目的,在三电平逆变器SVPWM调制算法的基础上,引入了零序电压注入法和电容电压前馈法。这种方法较好地控制了中点电位的偏移,以期降低逆变器输出电压谐波含量,改善电动机定子电流波形,这将减小电动机转矩脉动,改善电动机控制性能。

四象限电机控制器直流侧PWM整流器变系数控制策略

四象限变流器由于能实现电机的四象限运行和能量的回馈因此得到越来越多的应用,对其直流侧电源的控制也成为研究的热点之一。分析了整流器的数学模型、工作原理及其控制方法,在传统的PI调节器的基础上提出和设计了变系数的PI调节器,理论分析了变系数控制算法能保证系统稳定性和提高系统快速性的正确性。最后通过试验验证了变系数控制策略的有效性和正确性。

直驱永磁同步风力发电系统双PWM控制策略

为了提高效率,直驱永磁同步风力发电系统采用三电平双PWM变流器。分析了永磁同步发电机(PMSG)和网侧变流器的数学模型,PMSG采用转子磁场定向的矢量控制策略,网侧变流器采用电网电压定向的矢量控制策略。还详细分析了背靠背系统的中点电压数字模型,由此模型得到通过注入零序电压来平衡中点电压的方法。最后通过风力发电模拟实验,实现了系统单位功率因数发电并网,验证了系统控制策略的有效性;实验结果表明,所采用的中点电位平衡方法具有较好的动稳态平衡能力,能够实现中点电位平衡。

基于电网电压定向的三电平并网逆变器的研究

介绍了三相并网逆变器的数学模型,采用了基于电网电压定向及前馈的双环控制,同时应用基于零序电压注入的算法解决了中点电位不平衡问题,搭建了硬件实验平台。实验表明所使用的三电平控制策略及中点电位控制算法是有效的。

永磁同步电动机新型双闭环矢量控制算法

矢量控制在永磁同步电动机控制系统中应用较为广泛,而传统的矢量控制采用转速-电流双闭环控制,电机的动态性能不完全理想。提出了一种新型双闭环矢量控制算法,该算法用转速平方作为控制量,再通过瞬时功率解耦得到电流内环。给出了新型双闭环矢量控制算法的理论依据,实验验证了新型双闭环矢量控制算法的可行性,并与传统的矢量控制算法进行比较,所提出的控制算法具有更好的动态性和稳定性。