基于MATLAB_App Designer电力电子虚拟仿真实验系统设计

根据MATLAB_App Designer提供的界面布局功能,运用MATLAB_Simulink搭建电力电子仿真模型,设计了一套人机交互式电力电子技术仿真实验系统。该系统包含典型的电力电子仿真模型和实例,可以帮助学生和工程技术人员学习电力电子电路的工作原理,分析和研究参数设置对电路电压、电流等波形的影响,有利于提高学习者对电力电子技术的研究和设计能力。

基于虚拟阻抗的三相Buck整流器输入不平衡控制策略

三相输入电压不平衡时,传统双环控制三相Buck整流器的输出电压存在二倍频脉动,输入电流发生明显畸变,严重影响整流器的性能和可靠性。为抑制输出电压脉动和输入电流畸变,该文通过建立三相Buck整流器在两相静止坐标系下的等效电路模型及功率传输数学模型,分析输出电压二倍频脉动及输入电流畸变产生的机理,在此基础上提出一种基于虚拟阻抗的输入不平衡控制策略,最后通过仿真和1 kW的实验样机验证了理论分析的正确性和所提控制策略的有效性。

三相电压型PWM整流器的虚拟转矩冲量平衡控制策略

模型预测控制具有结构简单、鲁棒性强和动静态性能良好等优点,因此其在三相电压型PWM整流器系统中得到了广泛应用。然而,模型预测控制的电压外环采用PI线性调节器进行调节,影响了直流侧电压的动态性能。为此提出了虚拟转矩冲量平衡控制策略,从而使直流侧电压仅经过1次调节即可实现快速收敛。为了实现此策略,首先,根据数学模型推导得到了虚拟转矩的表达式;其次,根据负载突变前、后直流侧输出电压保持不变,同时结合功率守恒原则,分析建立了负载突变时的虚拟转矩冲量平衡控制方程,求得零矢量与前进矢量的作用时间;最后,通过仿真和实验实现了三相电压型PWM整流器系统负载突变时的虚拟转矩冲量平衡控制,验证了所提算法的正确性与有效性。

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.

基于参数辨识的三相电压型整流器VF-DPC策略

三相电压型整流器(VSR)虚拟磁链定向的直接功率控制(VF-DPC)对电感参数的变化较敏感。为此,提出了一种基于电感参数在线辨识的三相VSR的VF-DPC策略。首先,此处介绍了三相VSR的数学模型及最小二乘法参数辨识原理。然后,提出了一种基于最小二乘法的电感参数在线辨识策略。其次,针对常规虚拟磁链计算方法受纯积分运算影响的问题,提出了一种最小阶虚拟磁链观测器。最后,通过将辨识的电感参数输入到所设计的最小阶虚拟磁链观测器,可以大大提高虚拟磁链的观测精度,进而可提高三相VSR的功率控制精度。仿真和实验结果证明了所提方法的有效性。

基于交交变换的动态电压恢复器及其控制策略

传统的动态电压恢复器(DVR)中直流储能环节体积重量大,不易集成,交交变换技术省去实现动态电压补偿,更加经济节约。虚拟整流逆变拓扑作为主电路拓扑,结构简洁,并且能够实现自然换流;单周期控制精度高,动态跟踪性能佳,控制鲁棒性好,应用于DVR可以更好地满足其特殊的快速性要求。在理论分析基础上,研制了实验样机进行实验验证,实验结果验证了变换器的可行性及单周期控制良好的动态特性。

单相五电平整流器无延时功率观测控制方法

为提升单相五电平整流器的控制性能,研究了一种基于无延时功率观测器的双闭环综合控制方法。该方法通过提出一种虚拟电流信号重构算法并结合改进广义积分算法构建了无延时功率观测器,将其应用到整流器内环的模型预测功率控制当中实时观测所需功率,同时电压外环采用线性自抗扰控制代替传统比例积分算法。实验结果表明,该控制方法在功率突变后重新跟踪给定值所需时间缩短了5~7 ms,在电网电压跌落和负载扰动工况下使直流侧电压波动分别降低4.4%和4.8%。相较于传统方法,本文方法不仅降低了整流器的启动超调、提升了内环模型预测功率控制的动态性能,而且有效增强了电压外环的抗干扰能力。

不对称电网下虚拟同步整流器电流平衡控制

大规模变换器并网给电网带来了稳定性问题,虚拟同步机技术使变换器模拟同步电机的运行特性,实现与电网的友好交互。然而,当电网电压不对称跌落,传统虚拟同步机控制时三相电流会出现不平衡及畸变,为此提出一种电流平衡控制策略。首先计算分析了虚拟同步整流器运行在电网电压单相跌落情况下受到的影响。然后,提出了基于虚拟阻抗的电流平衡算法;通过阻抗建模对比分析了加入算法前后的波特图,给出了虚拟阻抗取值方法;最后,基于Matlab/Simulink软件和实验平台,仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。

单相CHBR改进型无网压传感器直接功率控制

以降低单相级联H桥整流器(CHBR)系统硬件成本、改善控制系统性能为目的,提出一种改进型无网压传感器直接功率控制方法。首先,建立单相CHBR的数学模型,并通过混合逻辑动态方法估算出网侧输入电压。针对已有虚拟磁链观测器存在的缺点,提出改进型的虚拟磁链观测器,并给出详细的频域分析过程。所提观测器可以有效地解决幅、值相位误差和直流偏置问题,并且能够有效地抑制谐波。此外,提出一种基于比例积分(PI)控制器的CHBR改进型直接功率控制(DPC)方法。相较于传统DPC方法,改进型DPC取消了旋转坐标变换,不需要网压相位信息,改善了系统动态响应速度。最后,在实验样机上对已有的虚拟磁链观测器方法、直接功率控制方法以及所提改进型控制方法展开对比实验研究,结果验证了所提方法的可行性和有效性。

PWM整流器的改进虚拟磁链定向矢量控制

针对PWM整流器虚拟磁链定向矢量控制(VFOC)策略中存在因积分初始值选取不当造成的直流偏移问题,设计了改进的带饱和限幅反馈环节积分器的虚拟磁链观测器。对基于纯积分器、惯性环节以及所提出改进方法的3种虚拟磁链观测器进行了对比分析,并给出了基于改进VFOC的PWM整流器系统的仿真与实验波形。结果表明,所提出改进方法在任意交流电压初始相位情况下均很好地观测出了虚拟磁链,证明了所提出的改进控制策略的正确性和可行性。

基于虚拟磁链的PWM整流器数学模型及仿真

分析了PWM整流器工作原理,建立了电压型PWM整流器在αβ,dq坐标系下的数学模型,并在此基础上,通过应用虚拟磁链概念,提出了三相电压型PWM整流器在αβ,dq坐标系下的虚拟磁链模型。此模型输出直流电压动态响应快,能够准确控制输入电流,使其畸变率较低。针对这些不同数学模型,运用MATLAB/SIMULINK开发了PWM整流器仿真模块,通过仿真对各个模型进行比较,仿真结果证明了虚拟磁链模型的正确性和优越性。

LCL滤波的电压型PWM整流器的有源阻尼控制

为抑制LCL滤波器的谐振,解决采取增加电阻方法带来的PWM整流器功率损耗问题,提出了基于虚拟电阻思想的新型有源阻尼控制策略。滤波电容电压经过比例处理后注入整流器输入电流,通过改变参考输入电流,滤波器的谐振得到了有效抑制。该控制策略不会带来功率损耗及效率降低问题,并且参数的选择非常简单。为了说明阻尼电阻的作用,并对LCL滤波的PWM整流器的数学模型做了分析。最后的仿真结果证明了所提出的控制策略是正确可行的。

一种基于虚拟电路闭环的单相PWM整流器控制新方法

基于dq旋转坐标系的前馈解耦控制策略广泛应用于三相PWM整流器场合。然而,在单相PWM整流器场合,由于主电路缺少一个自由度,为进行坐标变换需构造虚拟自由度。本文通过在控制系统构造离散的正交虚拟电路,实时计算得到与实际电压电流正交的虚拟分量,并对虚拟量进行反馈构成闭环控制。与传统通过实际物理量延时1/4个电网周期构造虚拟量的方法相比,该方法无需引入延迟环节,且对虚拟量进行了虚拟闭环控制,动态性能大大提高。另外,探讨了虚拟参数差异对控制性能的影响,仿真与实验对比验证了本文提出方法的正确性与有效性。

一种虚拟电阻并联电容有源阻尼法

传统的PWM整流器每相通过一个L滤波器接入电网,L滤波器用来滤除开关频率谐波。然而,若用LCL滤波器代替L滤波器接入电网可以利用较小的电容电感值,达到较好的滤波效果。但是LCL滤波器在高频下会产生谐振,影响系统的稳定性。基于虚拟电阻的概念,本文采用一种新的电容并联电阻的虚拟电阻有源阻尼法并分析了该方法的阻尼原理,推算了其功率损耗函数和纹波衰减函数,首次提出通过纹波衰减函数的博德图分析阻尼方法的有效性,仿真和实验结果证明了该方法的可行性。

基于虚拟磁链的PWM整流器模型预测直接功率控制

为了省去基于虚拟磁链定向的传统直接功率控制(DPC)中的滞环比较器和开关表以及基于电压定向的传统模型预测直接功率控制(MPDPC)中的交流电压传感器,提高系统的动态响应,实现功率的准确跟踪,在二者的基础上结合空间矢量脉宽调制(SVPWM),再引入延时补偿和重复控制,在两相静止坐标系下,以电网电压作为基本控制矢量,利用功率给定值与实测值的误差平方和最小建立目标函数,提出一种基于虚拟磁链的电压型PWM整流器的改进MPDPC方法。将传统DPC、传统MPDPC与改进MPDPC进行了仿真和实验对比研究。仿真和实验结果表明,所提改进MPDPC方法提高了功率跟踪精度,减小了功率纹波,降低了电流谐波畸变率。

基于新颖虚拟电网磁链观测器可控整流器控制

PWM整流器控制中采用类似于交流电机磁链观测的方法构造了一个以虚拟电网磁链作为定向矢量的无电网电压传感器,对谐波和干扰有良好的抑制作用。传统的虚拟电网磁链采用低通滤波器代替纯积分器以克服直流偏移,但会造成一定的幅值和相角误差。在此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,可使得幅值无差且无相移。实验结果验证了观测器的可靠性和控制方案良好的动静态特性。

基于虚拟磁链的PWM整流器的直接功率控制

三相PWM整流器的直接功率控制(DPC)比电压定向控制(VOC)的动态响应要快,并具有良好的抗干扰性能。提出一种新的基于虚拟电网磁链的三相电压型PWM整流器DPC策略。分析了PWM整流器工作原理,建立了电压型PWM整流器在α-β、d-q坐标系中的数学模型,并在此基础上,通过应用虚拟磁链概念,提出了三相电压型PWM整流器在α-β、d-q坐标系中的虚拟磁链模型。由于通过估计虚拟磁链来计算无功与有功功率,因此可省略三相PWM整流器的电网侧电压传感器,该控制系统的结构为直流输出电压外环,功率控制内环。仿真结果表明:与传统的DPC方法相比较,基于虚拟磁链的三相PWM整流器DPC系统结构简单,能有效减少传感器的数量,且抗干扰能力强,电网输入电流的畸变较小,具有更好的瞬时功率动、静态控制特性。

无电网电压传感器三相PWM整流器虚拟电网磁链定向矢量控制研究

电压型三相PWM整流器与变频器供电三相交流电机的定子电路有很大的相似性,采用类似于交流电机磁链观测的方法构造出虚拟的电网磁链矢量,作为PWM整流器矢量控制中的定向矢量,可以达到取消交流侧电网电压传感器、降低PWM整流器硬件成本的目的。准确观测虚拟电网磁链是PWM整流器虚拟电网磁链定向无电压传感器运行的关键。与同步电机磁链观测相似,虚拟电网磁链的观测也存在初始值的问题。不带初始磁链估计的观测器会导致PWM整流器在起动过程中产生很大电流冲击甚至无法起动。为了解决这一问题,该文通过深入分析虚拟电网磁链的特点,提出了一种新的带初值估计的虚拟电网磁链的观测方法。仿真和实验结果验证了所提出观测方法的有效性和无电网电压传感器条件下,三相电压型PWM整流器虚拟电网磁链定向矢量控制运行的良好动、静态特性。

三电平PWM整流器控制研究

针对高压、大功率三电平PWM整流器进行了分析研究。提出一种优化三电平SVPWM算法,建立了三电平整流器的高频数学模型,采用虚拟磁链定向的定频直接功率控制,实现了整流器高动态性能控制。基于Matlab/Simulink搭建了仿真模型,并采用DSP2812进行了三电平整流器样机控制实验,仿真与实验结果验证了所述控制策略的正确性及有效性。

基于虚拟磁链的PWM整流器解耦控制策略研究

提出一种基于虚拟磁链估计值的电流解耦控制方法,用以对PWM整流器进行虚拟磁链定向矢量控制(Virtual Flux Oriented Vector Control,简称VFOC)。针对传统虚拟磁链观测方法存在初始值选取以及直流偏移等问题,提出一种基于级联型惯性环节的改进型虚拟磁链观测器。对比分析结果表明,所提出磁链观测器能很好地消除传统方法存在的不足。仿真和实验结果证明,所提出的解耦控制方法正确且有效。