i_d=0和UPF控制方法的比较研究

id=0控制和UPF(单位功率因数)控制是永磁同步电动机矢量控制中两种具有代表性的控制方法。在深入研究两者原理和特性的基础上,从效率高低、功率因数大小以及输出转矩的变化三方面,对两种控制方法进行了比较分析。仿真结果表明,id=0控制相比UPF控制,方法简单,虽然牺牲了一小部分的功率因数,但是保障了电机高效率运行,并且在额定电流范围内可以输出更大转矩,因而优势更加明显。

一种PMSG的近似UPF控制方法研究

永磁同步发电机目前在各种驱动系统中的应用越来越多,采用单位功率因数控制方法对PMSG进行控制,可以降低变流器的功率等级,但是常规的UPF控制实现比较复杂。采用一种近似UPF控制方法,在电机参数满足一定假设条件的情况下,对PMSG的UPF控制方法进行简化,并将这种方法应用于永磁直驱风电实验系统中。仿真和实验结果证实了所采用的PMSG近似UPF控制策略的有效性。表明所提出的近似UPF控制策略可以基本实现永磁直驱风电系统PMSG的单位功率因数控制,获得良好的控制效果。

A repetitive-PI Current Controller for Boost Single Phase PFC Converters

In this paper, the Author presents the theory and application of repetitive proportional integral current con-troller for boost single phase ac-dc converter with power factor correction (PFC). A repetitive controller which is inserted in series with the proportional integral ( PI) controller shows very low crossover distortion of input current, low total harmonic distortion and very low tracking error when is compared with the con-ventional proportional integral controller. Full analysis of proposed controller is given and Matlab/Simulink is used for simulation. The simulation results show the validity of the proposed control method.

永磁直驱风电系统机侧变流器控制策略仿真研究

永磁直驱风电系统机侧变流器的控制目标是在风速变化时,风电机组仍能实现最大风能追踪并保持稳定运行。通过建立风力机模型、永磁直驱同步发电机的数学模型,对零d轴控制法、单位功率因数控制法两种机侧变流器控制策略进行了理论对比分析,并通过仿真系统在风速恒定与变化情况下分别对两种控制策略进行了仿真验证,得到了单位功率因数控制法在过风速情况下风电机组更容易保持稳定运行的结论。

三电平PWM整流器双环控制技术及中点电压平衡控制技术的研究

该文在建立了三电平PWM整流器系统数学模型的基础上,比较了三电平PWM整流器模型与直流电机模型的相似性,基于对控制对象的状态反馈解耦,提出把直流电机的双闭环控制应用于三电平PWM整流器中,使三电平PWM整流器具有良好的动态性能和稳态性能,并且保证输入电流波形正弦性好,实现了单位功率因数。同时,针对三电平PWM整流器所固有的直流侧电容中点电压平衡问题,提出根据每相输入电流方向和中点电压波动方向来优化选取冗余的正小矢量和负小矢量,实现中点电压平衡控制的方法。最后通过实验验证了双环控制器和控制中点电压方法的可行性和有效性。

采用比例谐振调节器的单相电压型PWM整流器

为了抑制单相电压型整流器电网侧电流的谐波,采用数字陷波器有效地滤除直流侧固有的二次谐波,降低了直流电压谐波对电网电流的影响。电流环的控制采用比例谐振调节器(proportion resonant controller)即PR调节器取代了传统的调节器。PR调节器能够消除交流系统的稳态误差,抑制低次谐波和开关频率附近的高次谐波。使用单相空间矢量脉宽调制(space vector pulse-width modulation,SVPWM)技术,有效地抑制谐波,易于数字化。改进的单相锁相环能够在电网频率±1%的波动范围内,准确锁定相位信息。实现网侧单位功率因数,改善网侧电流的波形。用MATLAB仿真分析并搭建2kW单相PWM整流器样机验证了该法的正确性和可行性。

改进的单位功率因数谐波电流实时检测方法

为较好地解决低通滤波器的延时问题,分析了低通滤波器和积分器对谐波电流检测精度和检测响应过程的影响,采用移动窗积分法改进了单位功率因数谐波电流检测法的暂态性能,提出了改进的单位功率因数谐波电流实时检测方法。Matlab/Simulink仿真结果表明该方法提高了传统检测方法的实时性,可较好地跟踪负载的变化。基于数字信号处理器的并联有源滤波器实验验证了该方法的可行性和有效性。

基于间接电流控制的电流型PWM整流器

针对电力电子装置给电力系统带来谐波污染和功率因数下降的问题,建立了三相电流型PWM整流器在abc坐标系下的数学模型,并在该坐标系下通过控制三相电流型PWM整流器交流侧电流的基波和相位,进而间接控制网侧电流的间接电流。通过仿真和实验验证,该控制策略完全可以实现网侧电压电流单位功率因数,且直流侧电流趋于稳定。

一种基于单位功率因数控制的有源电力滤波器

为解决谐波污染、改善电能质量,采用基于单位功率因数的控制方法,提出了一种只需检测系统侧电流及逆变器直流电容电压,而无需实时检测、计算负载谐波电流,直接控制系统侧电流为与电网电压同相的标准正弦波的控制方法,其补偿电流的控制策略采用比例积分控制和三角波调制。按照H桥逆变器的单极性脉宽调制的主电路研制了一台高性能的5kVA单相有源电力滤波器实验样机。理论分析、仿真及实验结果证明该有源电力滤波器可同时实现补偿负载无功及谐波电流,控制简单且具有良好的动态性能。

具有高功率因数的三相光伏并网逆变器控制算法

对单级式三相光伏并网逆变器的数学模型进行了分析。在此基础上,将系统中的并网变压器作为无功负载引入控制系统,提出了基于电压定向矢量控制的对变压器吸收的无功功率进行补偿的控制算法,提高了系统输出电能的功率因数。另外,针对传统滑模频率偏移法在电网运行于非额定频率时输出功率因数下降的缺点,将滑模频率偏移算法曲线设计为二次曲线,提高了系统在非额定频率运行时的功率因数。最后通过仿真和实验,验证了上述算法的可行性和正确性。

基于电压功率角前馈的永磁同步电机单位功率因数控制策略研究

传统的基于电压矢量定向的单位功率因数控制策略仅适用于永磁同步电机(permanentmagnetsynchronousmachine,PMSM)/变流器系统交流侧接入电网、频率相对固定条件下的应用,而适用于变频控制的策略存在系统参数依赖性强的问题。该文从PMSM/变流器系统变速、变频发电运行的实际需求出发,在分析系统单位功率因数发电运行状态下的电流、电压特性基础上,提出一种不依赖于电机及变流器参数的单位功率因数电流控制策略,所提方案基于电压功率角前馈思想,通过对内功率因数角的预测来实现对PMSM/整流器系统单位功率因数运行的控制。在实验室搭建策略仿真以及系统性能测试小功率实验台,进行策略仿真和实验验证工作。在此基础上,将所提控制策略在工程项目中进行实际应用,完成额定功率380kW的"交–直–交"级联系统满功率工况实验,并对系统进行13h不间断运行耐久性考核。实验室研究及工程应用结果表明:所提出的单位功率因数电流控制策略不依赖于系统的参数,在不影响直流电压控制精度的前提下,可以满足PMSM/整流器系统变频变速运行工况下的单位功率因数控制需求,系统具有良好的动静态性能。

Z源并网逆变器的间接单周电流控制策略

针对直接电流控制方式需要较多的采样环节造成控制电路结构复杂,且控制精确度依赖于传感器精确度的缺点,提出一种无需电流采样环节的间接单周电流控制方式。以单相Z源并网逆变器为对象,建立其状态平均数学模型,以实现单位功率因数并网为控制目标推导占空比控制函数d(t),利用单周控制的思想,根据d(t)产生相应的开关驱动信号,从而控制并网电流。仿真结果表明,逆变器输出电流与电网电压同频同相,并能够根据输入功率的变化而改变并网功率。该控制方式的控制电路结构简单,控制成本低,同时该控制方式的基础是系统的状态平均模型,克服了传统的间接电流控制策略动态响应慢的缺点;单周控制的引入也保证了系统具有良好的鲁棒性。

双级矩阵变换器的网侧功率因数

通过建立双级矩阵变换器数学模型,得到了网侧功率因数角的解析表达式,着重探讨了系统各参数对网侧功率因数的影响,得出了18开关双级矩阵变换器网侧功率因数可调范围受系统参数影响的结论,通过仿真试验表明了理论分析的正确性。为解决双级矩阵变换器输入功率因数不为1的问题,提出了网侧功率因数闭环控制方法,解决了目前网侧功率因数无法实现动态补偿的问题,使网侧功率因数在系统参数变化时仍然保持为单位功率因数,最后通过实验表明该方法的可行性与有效性。

电流矢量调制的动力电池组充电系统

针对动力电池组三段式充电特性,设计了用于动力电池组充电的三相电流型PWM整流器的主电路,采用了电流空间矢量调制的间接电流控制策略和PI控制器实现网侧单位功率因数运行和直流侧电流稳定输出。为了避免传统电流矢量调制所需要的坐标轴系变换,给出了在三相静止坐标系下的电流矢量调制算法。在此基础上给出了由TMS320F2808芯片控制的电流型PWM充电器控制系统。详细介绍了PI控制器、三相电压调理电路及二/三值逻辑转换的设计方法。该装置省去了网侧电流检测,能在较宽范围内输出纹波较小的充电电流,动、静态性能良好。计算机仿真与动力电池组充电实验结果表明,所提设计方案是可行的。

基于改进型幅相控制的单位功率因数电梯能量回馈器研究

本文针对普通电梯变频器不能回馈再生能量的缺点,研制了一台基于幅相控制的15kW外挂式电梯能量回馈器样机,实现了单位功率因数能量回馈和直流母线电压可控。在此基础上,根据电梯起停频繁的特点,利用直流母线电压变化率推导出起动时刻理想初始参数和在输入功率变化时的前馈调节量,提高了系统的快速性。通过在上海三菱电梯有限公司现场实测表明,该回馈器工作稳定可靠,具有良好的动、静态性能。

带相位补偿环节的双级矩阵变换器网侧电流闭环控制

针对双级矩阵变换器(TSMC)输入功率因数易受系统参数和负载影响的问题,提出了一种带相位补偿环节的双级矩阵变换器网侧电流闭环控制方案。电流闭环确保输入电流严格跟踪电压,补偿环节实现了输入相位的无差控制。在推导TSMC数学模型,分析其输入功率因数角特性的基础上,给出了该方案的理论依据,并搭建了一台基于DSP+CPLD的实验样机。实验结果表明,该方案的采用最终使TSMC在各种系统参数和负载下具有优良传动性能的同时均能实现单位功率因数,并且降低了系统输入电流谐波含量,提高了输入电流正弦度,从而验证了该方案的可行性和有效性。

单周期控制的三相SPWM整流器

传统三相PWM(pulse width modulation)整流器需要乘法器、DQ坐标变换和网侧电压检测,控制算法复杂。为此,采用单周期算法控制PWM整流器,可以简化设计;推导了单周期控制OOC(one cycle control)三相PWM整流器的控制规律,证明了其与SPWM(sinusoidal pulse width modulation)的等价关系,并探讨了系统的稳定性,提出了控制环节参数的设计方法。建立了10 kW三相PWM整流器的仿真模型,该仿真模型比传统的SPWM控制方法具有动态响应快、控制方法简单、稳定性高等优点,并实现了单位功率因数;最后通过实验验证了单周期控制三相PWM整流器的可行性和高效性。

PWM整流器中优化变结构控制策略的设计

提出了PWM整流器的等效电路并在dq坐标系下进行了建模分析,对采用变结构的电流控制环和PI电压控制环的双闭环的控制器进行了深入分析。针对变结构控制存在的不足,采用PID趋近率来减小变结构控制的抖振及到达滑模面的时间,在对PID趋近率设计进行理论分析的基础上提出了一种优化变结构控制策略。对该优化控制器的设计进行了详细的分析并进行了仿真与实验验证,结果表明所提出的优化变结构控制策略可以实现PWM整流器的单位功率因数运行,且输入电流畸变较小,在负载变化时可以保证系统的快速调节,动、静态调控特性较好。

基于单位功率因数控制的四桥臂三相四线制APF

随着非线性负载在配电系统中的大量使用,低压配电网的三相不平衡、无功功率和谐波污染问题日益严重,有源电力滤波器以其优良的性能成为电力谐波抑制和无功补偿的重要手段,因而基于单位功率因数的控制方法,研制了一种高性能的四桥臂三相四线制有源电力滤波器。同时提出了一种只需检测电源输入电流及逆变器直流电容电压,而无需实时检测、计算负载谐波电流,直接控制电源电流为与电网电压同相的标准正弦波的控制方法,并对其稳态及动态行为进行了详尽分析;补偿电流的控制策略采用比例积分控制和三角波调制。以此研制了一台10kVA四桥臂三相四线制有源电力滤波器实验样机,理论分析、仿真及实验结果均证明了该有源电力滤波器可有效地补偿三相四线制系统中的谐波、无功功率和三相不平衡,系统控制简单,动态响应快,补偿效果好。

电压型PWM整流器直接功率控制系统设计

针对电压型PWM整流器直接功率控制(DPC)系统的特点,基于整流器的数学模型,得出了电压型PWM整流器DPC控制系统结构,并提出了新的整流器DPC控制系统PI调节器参数的设计方法。通过对交流电流、直流电压、瞬时有功功率及无功功率的仿真,结果表明系统具有单位功率因数、系统响应快等优点,证明了该设计方法的正确性。