基于混合磁链观测器电励磁同步电机矢量控制

针对传统磁链观测器所存在的磁链轨迹非圆形以及不适合电机高速运行等问题,提出了适用于全速范围的新颖的混合气隙磁链观测器,并对其进行了详细的理论分析,阐明了其内部基于滤波器特性的电流—电压模型之间的平滑切换机理。同时引入具有自适应调节中点电位的简化三电平电压空间矢量调制策略,并在此基础上提出新颖的三电平功率变换器相电压重构算法。仿真和实验结果表明:基于新颖的气隙磁链观测器电励磁同步电动机矢量控制解决方案具有优良的控制性能,以及理论与应用价值。

变频驱动系统电网接口虚拟同步发电机控制技术

网侧功率变换器是变频驱动系统接入配电网的重要接口,随着变频驱动系统渗透率的不断提高,网侧功率变换器对配电网中的影响越发突出。借鉴传统电力系统中的同步发电机数学模型,形成电网接口虚拟同步发电机控制方案,设计具有变频驱动系统自身特性的虚拟调速器和虚拟励磁控制器,保证电网电流的低谐波畸变的同时,满足负荷功率需求,并具有响应电网电压/频率异常事件功能,可在一定程度上提高电网的稳定性。同时模拟同步发电机的转动惯量,提高电网接口的惯性和阻尼,降低变频驱动系统对电网的影响,提升电网对大规模变频驱动系统接入的适应性。为实现电网接口的柔性起动,提出一种虚拟同步预并网控制方法,可实现电网接口柔性离/并网切换,消除起动冲击电流。仿真和实验结果表明了所提控制方案的有效性。

新颖虚拟电网磁链在有源滤波器中的应用

传统的虚拟电网磁链观测存在幅值和相位误差,为了克服此缺点文中提出一种新颖的虚拟电网磁链观测。采用两个一阶低通滤波器代替纯积分环节的新颖虚拟电网磁链观测器可使得观测磁链幅值无差,无相移。同时引入具有自适应调节中点电位的简化三电平SVPWM空间矢量调制策略,并在此基础上提出新颖的多电平有源滤波器相电压重构算法。实验结果验证了有源滤波器采用新颖的虚拟电网磁链定向控制策略不但能实现无锁相环控制,而且对干扰有良好的抑制作用。

电励磁同步电机转子高频电流信号提取无速度传感器控制

建立了电励磁同步电机高频电压信号注入转子位置辨识模型,对比分析了定、转子绕组分别注入高频电压信号时包含转子位置信息的感应电流信号提取滤波器的设计问题。在此基础上,提出定子q轴高频电压注入,利用转子感应的高频电流信号辨识转子位置角方法。针对晶闸管相控整流供电的转子电流谐波含量分布特征,设计特定频率陷波器和高截止频率低通滤波器,实现转子有效高频电流信号快速提取。通过软件锁相环获取准确的转子位置和转速信息,实现了电励磁同步电机宽调速范围无速度传感器控制。实验结果表明所提的控制方案算法简单,易于实现,具有良好的低速性能和快速的转矩响应特性。

基于有效磁链的电励磁同步电机无速度传感器控制

提出了一种新型的基于有效磁链电励磁同步电机无速度传感器宽调速范围控制方法。有效磁链矢量定义为转矩产生的磁链,对于电励磁同步电机,有效磁链矢量位于转子d轴,通过有效磁链幅值和相位的准确观测实现转子位置角和转速的辨识。在此基础上,针对具有阻尼绕组电励磁同步电机,为提高辨识准确度以获得优良的动态转矩特性,提出了考虑阻尼电流影响的有效磁链动态观测模型。同时考虑饱和效应影响,采用非线性磁链观测器获得准确的有效磁链矢量。实验结果表明所提控制方案算法简单,易于实现,且具有良好的控制性能和快速的转矩响应特性。

网侧三相PWM整流器最小耦合模型控制

三相电压型PWM整流器采用虚拟电网磁链定向方式,对谐波和干扰有良好的抑制作用,但未从根本上解决d、q轴电流交叉耦合问题。对此引入"虚拟定子磁链"概念,提出了三相PWM整流器最小耦合模型控制策略。建立了虚拟定子磁链定向方式下三相PWM整流器数学模型,并与传统的虚拟电网磁链定向方式进行对比分析。同时提出了虚拟定子磁链定向方式下直接电流控制和功率因数控制方法,为保证控制策略的有效实施,构建了频率自适应虚拟定子磁链观测模型。仿真和实验结果表明所提控制方案的有效性,相比于传统虚拟电网磁链定向方式,采用虚拟定子磁链定向控制可实现稳态完全解耦控制,同时削弱动态过程的耦合影响,具有优异的动、静态性能。

基于改进型磁链观测器直流励磁同步电机控制

定子磁链的准确观测和有效控制对提高直流励磁同步电机直接转矩控制系统的性能有着重要的意义,针对纯积分电压模型存在观测磁链偏差问题,提出一种基于磁链幅值平方和修正方法的定子磁链观测器,并对该观测器进行详细的分析。同时将简化三电平空间矢量调制算法引入到直接转矩控制中,实现转矩、磁链误差的精确补偿,并在此基础上提出三电平功率变换器相电压重构算法。实验结果表明基于所提的改进型定子磁链观测器直流励磁同步电动机空间矢量调制型直接转矩控制解决方案具有优良的控制性能。

直流励磁凸极同步电机饱和分析及其矢量控制

随着负载电流的增大,电机的磁路会进入饱和状态,传统的线性电流模型无法准确辨识电机磁链,因此凸极同步电机磁链观测模型中必须考虑饱和效应的影响。针对凸极同步电机转子结构不对称,通过实验得到的d轴饱和曲线无法完整表述电机的饱和效应,本文采用了一种q轴折算思想,将凸极同步电机转化为隐极同步电机,同时引入稳态饱和电感、动态饱和电感及交叉饱和电感。并在此基础上提出了考虑磁场饱和效应的凸极同步电机混合气隙磁链观测模型及其矢量控制策略。仿真和实验结果表明所提直流励磁凸极同步电机矢量控制解决方案具有优良的控制性能,以及很高的理论与应用价值。

三电平感应电机模型预测直接电流控制策略

针对中压大功率感应电机高性能调速控制,对三电平感应电机模型预测直接电流控制(MPDCC)策略进行了研究。根据感应电机离散数学模型,结合三电平拓扑包含的27种开关状态,预测其各开关状态对应系统未来表现。根据控制目标确定目标函数,在线滚动寻优输出使控制目标达最优的开关状态,进行感应电机控制。搭建基于DSP+FPGA的三电平感应电机调速系统试验样机。试验结果验证了MPDCC策略的正确性和有效性。

基于虚拟磁链的三电平整流器MPDPC研究

为实现无网侧电压传感器控制同时提高系统控制性能,对中点箝位型三电平整流器基于虚拟磁链的模型预测直接功率控制(MPDPC)进行了研究。MPDPC策略利用系统数学模型,对三电平整流器27种电压矢量对应的未来电流和功率等值进行预测,并建立目标函数,通过滚动优化选取控制整流器所需的开关状态。在对功率进行预测时,引入虚拟磁链技术,从而无需测量网侧电压值,实现无网侧电压传感器控制,节约了成本。最后搭建了以DSP和FPGA为控制器的三电平整流器实验平台,通过实验验证了该策略的有效性。

Back-to-Back双三电平电励磁同步电机矢量控制系统

以基于Back-to-Back双三电平功率变换器电励磁同步电机矢量控制为研究对象,提出了适用于全速范围的全阶闭环气隙磁链观测器,阐明了其内部基于滤波器特性的电流-电压模型之间的平滑切换机理。三电平有源前端实现网侧的单位功率因数运行,减少对电网污染的同时实现能量的双向流动。同时引入具有自适应调节中点电位的简化三电平电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略,并在此基础上提出新颖的三电平功率变换器相电压重构算法。现场运行结果表明基于Back-to-Back双三电平功率变换器电励磁同步电机矢量控制解决方案具有优良的控制性能,真正实现了节能调速和绿色环保的高度结合。

电励磁同步电机全速域自适应模型预测控制

针对传统模型预测控制(MPC)单一权值系数存在的局部最优问题,提出一种全速域自适应模型预测控制(FSA-MPC)方法。该方法采取离线初选和在线优化两个步骤完成权值系数配置,保证了MPC中滚动优化的控制品质。首先,建立电励磁同步电机的离散预测模型,并以加权求和的形式配置价值函数;其次,分析不同权值系数对各项优化目标的影响,统计得出了一个理想最优权值系数覆盖区域;最后,考虑到离线穷举法配置权值系数的不完备性,引入在线自适应机制进行在线修正。基于55k W样机验证了全速区域范围内FSA-MPC的可行性,并与传统MPC进行了对比分析,结果表明FSA-MPC可在全速域范围内保持优异的控制效果。

三电平整流器中性点平衡控制策略的研究

基于四象限运行的二极管箝位式三电平PWM整流器,采用一种新型的电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法,将三电平逆变器的电压空间矢量平面简化至两电平空间矢量平面,并深入分析了三电平整流器中性点平衡的原理及控制算法,提出了一种支持整流器四象限运行的无需直流侧电流传感器的直流侧功率流向判断方法。最后通过实验验证了控制算法的有效性。

高性能单位功率因数三电平整流器

建立了三电平整流器数学模型,采取电压定向的直接电流控制,并使用新型的电压空间矢量脉宽调制(SVP-WM)算法减少计算量,简化了中点电位控制策略。最后建立了基于TMS320F2812型DSP的三电平整流器平台,实验结果验证了算法的有效性。

考虑磁场饱和效应的电励磁同步电机矢量控制

电励磁同步电机矢量控制系统中电压模型磁链观测器受初始定子磁链值以及电压和电流测量值的影响,采用电流模型对其进行修正可提高磁链观测器的精度。随着负载电流的增大,电机的磁路会进入饱和状态,传统线性电流模型磁链观测器误差较大,通过引入d轴饱和指数可准确描述磁场饱和状态下电机定子磁链随电流的变化规律。同步电机矢量控制实验验证了电压-电流混合磁链观测器的准确性以及饱和磁场控制的有效性。

矿井提升机调速系统预测转矩控制研究

结合数字处理系统的离散化特点,推导出矿井提升机调速系统的转矩及磁链预测方程,并详细地分析了造成转矩脉动过大现象的原因。根据转矩和磁链误差查询离线开关表(LUT)获得有效电压矢量后,采用零矢量注入的方式对有效电压矢量的幅值进行修正,各矢量作用时间以下一采样点转矩脉动预测值最优为控制指标。搭建了基于"DSP+FPGA"的实验样机平台对上述PTC方法进行验证,结果表明控制方法能够有效地减小DTC系统低速段的转矩脉动,并获得恒定的开关频率,改善了传统矿井提升机DTC系统的控制性能。

适用于三电平逆变器低调制比区域的双极性载波脉宽调制策略研究

当三电平逆变器工作在低调制比区域时,窄脉冲对输出电压的畸变影响尤其显著,甚至会导致逆变器运行不可控,而传统空间矢量脉宽调制策略(space vector PWM,SVPWM)在低调制比区域存在窄脉冲。针对以上问题,该文首先分析传统SVPWM产生窄脉冲的原因,然后设计可抑制窄脉冲的双极性SVPWM。在此基础上,为更方便的实现双极性SVPWM,推导双极性SVPWM的等效双调制波表达式。通过制定双调制波与三角载波的比较规则,进一步提出双极性载波脉宽调制策略(bipolar carrier-based PWM,BCBPWM),并为其设计中点电压平衡控制和死区补偿方法。最后,分析BCBPWM的脉宽特性、中点电压波动、谐波性能和直流电压利用率。仿真和实验结果证明,相较传统SVPWM,BCBPWM可在低调制比区域完全消除窄脉冲、提升电流谐波性能,其可以控制中点电压平衡并具备计算简单、实现方便的优势。

大功率IGBT智能门极驱动光纤通信方法研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)门极驱动技术作为连接功率器件和低压控制电路的纽带,对变流器的可靠运行起着至关重要的作用。针对大功率IGBT状态监测和健康管理需求,提出一种适用于大功率IGBT智能门极驱动光纤数据通信协议架构及编码方法。基于该协议不但可以实现IGBT开关控制,还可以实现控制器与门极驱动板的双向数据交互,为IGBT主动门极控制和在线状态监测提供了一条信息高速公路,实验验证了该编码协议的有效性,对大功率IGBT的高可靠应用及健康管理具有重要意义。