无电流传感复合前馈控制无桥功率因数校正变换器

有源功率因数校正(APFC)是AC-DC变换器的重要组成部分,其目的是改善输入侧电能质量,提高系统功率因数。传统的有源电流控制功率因数校正(PFC)变换器需要准确地提取升压电感电流,而双二极管式无桥PFC变换器升压电感位于整流部分之前,电感电流不再是单一方向流动,这使得其电流采样电路相比更复杂。为此该文提出一种基于观测器的无电流传感方案。方案中针对占空比误差的不确定影响修正了无桥PFC电流观测器算法,实现了占空比误差自适应的电流观测器,进一步基于所提观测器实现对负载信息的观测,设计出无电流传感的复合前馈控制方案,运用负载观测信息改进电流内环参考形式,同时利用输出电压纹波观测值进行2次谐波前馈补偿,最终实现无电流传感控制条件下变换器高动态响应设计。该文搭建了225 W单相双二极管式无桥PFC的实验样机,实验结果表明,在开关频率100 kHz时电流观测精度达到96.75%,所提控制方案输入电流的总谐波畸变率(THD)含量约为5%,功率因数(PF)约为99.85%,半载动态响应时间10 ms,相比于传统PI控制无桥PFC变换器提高了约90%。

考虑MAF延时和前馈补偿的高压直流快速锁相环

同步参考坐标系锁相环是高压直流(high voltage direct current,HVDC)同步触发控制系统中广泛应用的一种窄带宽锁相环,在交流系统故障引起相位跳变情况下,其动态响应缓慢。为增大锁相环的带宽,一种滑动平均滤波器(moving average filter,MAF)被前置于锁相环路,然而MAF本身存在响应延迟,制约了锁相环的同步速度。为了缓解响应延迟问题,文中提出一种考虑MAF延时和前馈补偿的HVDC快速锁相环。首先,利用MAF线性暂态特征预测相位变化,并分别针对故障接入和切除引起的相位跳变问题提出不同的补偿策略;接着,利用不变性原理对锁相环路进行前馈补偿,在负反馈控制和前馈补偿共同构成的复合校正控制系统的作用下,锁相环能够在较小PI参数下实现快速响应;最后,将所提快速锁相环在CIGRE HVDC标准模型和三峡—上海直流工程模型中进行仿真验证。结果表明,该快速锁相环能够有效缓解滤波器响应延迟的制约,缩短失锁时间,进而提高高压直流逆变侧抵御换相失败的能力。

图腾柱功率因数校正器的二自由度控制分析

TPFC一般采用一自由度输出电压控制,在负载变化时输出电压动态特性较差,且启动过程存在明显超调。本文在推导TPFC双闭环控制结构基础上,引用了负载电流前馈控制和输出电压反馈补偿控制,构成两种二自由度(2DOF)控制结构。仿真分析表明,负载电流前馈型2DOF控制可以有效抑制负载变化引起的输出电压波动,但启动过程超调明显;输出电压反馈补偿型2DOF控制可以实现输出电压无超调启动,但是抑制负载变化的能力较差;综合负载电流前馈型和输出电压反馈补偿型的2DOF控制获得满意的输出电压控制效果,表现为启动过程无超调和变载过程无波动。

电流源逆变器复矢量解耦与前馈解耦联合降阶控制策略研究

电流源逆变器输出侧需添加电容器对输出斩波电流进行滤波,导致电流源逆变器电机驱动系统控制模型具有系统阶次高、存在谐振点、旋转坐标系下模型耦合严重等问题。针对上述问题,以降阶控制为主要目的,提出了复矢量解耦与前馈解耦联合降阶控制策略。针对电流源逆变器的复矢量模型,引入电机电流前馈消除模型中电机电流耦合项,在此基础上,使用复矢量解耦策略,针对二阶串联模型设计带有耦合误差项的比例积分控制器,消除常规控制器中高阶模型导致的闭环系统谐振,简化闭环模型,实现系统的解耦与降阶。同时,该控制器具有结构与参数整定简单的优点,通过稳定性分析验证了所提闭环电流控制器的可行性。以一台3 kW永磁同步电机为对象进行仿真,并与传统控制策略、双闭环控制策略进行对比验证。结果表明,所提控制策略在降低模型阶次、简化控制器设计的同时,相较于传统控制策略解耦合能力更强,在阶跃响应与转速耦合作用下表现出更强稳定性,电流在阶跃信号作用下均没有发生振荡。

考虑快速充电站影响的前馈功率控制策略

当微电网应对大负荷快速投切时,直流母线容易产生大幅度电压波动,产生大量谐波电流。该问题导致系统效率大大降低,并且威胁系统稳定性。在微电网环境下,当充电功率变化速率过快时,容易导致上述问题。因此针对快速充电站接入微电网中所导致的直流母线电压波动的问题,提出一种含前馈功率的功率控制策略。当用户需要充电时,结合充电汽车的充电特性与用户充电需求,生成前馈功率曲线,再进行充电。通过MATLBAB/Simulink仿真进行对比分析,得出该控制策略控制方式相比于不含前馈功率的控制方式具有相应速度快,直流电压可以快速稳定,并且谐波含量少等优点,具有一定的参考价值。

基于扰动观测器的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法研究

传统的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法主要依赖前馈控制环路,虽然逆变器电流局部控制效果更佳,但很难满足前馈控制的需求。为此,设计了一种基于扰动观测器的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法。该方法通过提取逆变器负载扰动电流的前馈特征,引入扰动电流作为前馈信号,将前馈点作为输出电压,得到了逆变器负载电流的动态变化规律。同时,基于扰动观测器控制电压源型逆变器的电流偏差量,将负载电流作为外部扰动信号来抑制非线性负载的干扰,以满足对负载电流的前馈控制需求。通过仿真实验验证了该方法具有较好的前馈控制效果。

基于LCL滤波器的并网逆变器双闭环电流反馈控制策略

微电网的快速发展,使得逆变器并网过程中的LCL滤波器的应用更加广泛,尽管它在高频段对谐波具有很好的抑制作用,但由于是三阶欠阻尼系统,使得在基频处有较大的共振峰。传统的有源阻尼方法常把电容电流作为反馈量,可以达到与无源阻尼相同的抑制谐波的效果,但由于电容电流波动很大,对传感器的要求极高。针对上述问题,提出了一种双闭环的控制系统,以电感电流反馈为内环、并网电流为外环的方式,增加了滤波器的阻尼。在达到抑制其谐振峰值的效果的同时,由于电感电流不会突变,波动系数小,不需要额外装设高准确度的传感器,从而降低了成本。另外电压前馈的设置,在不影响系统的稳定性的同时,能够提高系统的静态性能。最后通过MATLAB仿真,证明该控制系统具有良好的效果。

LCL型并网逆变器电网电压前馈控制策略研究

为抑制LCL型并网逆变器系统固有谐振频率,消除非线性负载带来的电网电压畸变并网电流谐波,通过电容电流反馈有源阻尼控制减小LCL固有谐振。为抑制电网电压对并网电流产生的影响,采用电网电压前馈控制策略实现,对比各种前馈控制效果,从而得到高质量的并网电流。通过MATLAB/Simulink仿真验证所提前馈控制策略有效。

弱电网下LCL型并网逆变器的改进稳定性控制方法

弱电网下并网点电压谐波和电网阻抗不可忽略。LCL型并网逆变器考虑电网阻抗后会发生谐振频率平移现象,同时并网点电压谐波会影响电压前馈控制效果。文章在并网电流结合电容电流反馈的基础上,通过修改电容电流反馈系数应对电网阻抗,提出了一种查表法的电容电流反馈系数选取方法。通过多谐振并网点电压前馈控制通道的控制器应对电压谐波。实验验证了文章所提改进稳定性控制方法的有效性。

新型的整流器前馈+反馈环流控制策略

为解决两台并联整流器结构所导致的环流问题以及不均流问题,提出一种新型的前馈+反馈环流控制策略。先通过拉普拉斯变换将并联整流器环流的时域数学模型转化为复频域数学模型,再考虑前馈控制和反馈控制各自优点以及前馈控制可以减少反馈控制的负担,设计出新型的前馈+反馈环流控制器,通过运用代数稳定判据,证明控制系统最终会达到稳定。最后在Matlab/Simulink平台上对并联整流器结构进行仿真实验,结果验证了新型的前馈+反馈环流控制策略的有效性。

基于多谐振前馈与电流估计的光伏并网逆变器控制策略研究

针对弱电网环境下电网阻抗较大以及传感器等元件造成延迟引发的并网电流品质差的问题,采用了一种多谐振前馈与电流估计法,相结合的控制策略。利用多谐振前馈控制提取低次谐波,使得正反馈通道只在主要背景谐波处有反馈作用,同时引入电流估计法,在不改变对LCL固有谐振频率抑制效果的前提下,降低系统成本。仿真结果表明,并网电流的总谐波畸变率降低2.56%,增强了系统对含有低次谐波弱电网的适应能力,验证了此控制策略的正确性和有效性。

计及脉冲分配的不对称型电流源逆变器直流侧纹波电流抑制

单相电流源逆变器输出功率含有二倍频分量,使得直流侧功率存在二倍频波动,如果采用较小的储能电感,会产生较大的电感电流低频纹波,增大电感损耗,同时也不利于逆变器输出滤波电路的优化设计。针对这种情况,该文通过分析所设计的不对称型单相七电平电流源逆变器各电感电流在输出侧的功率分配情况,提出一种计及脉冲分配的功率前馈控制策略。仿真和实验结果表明,在满足储能电感轻量化的前提下,所提控制策略能够有效抑制电感电流低频纹波,减小输出电流低次谐波含量,验证所提逆变器和控制策略的正确性。

混合型有源电力滤波器双闭环控制

混合型有源滤波器(HAPF)是一种改善电能质量的装置,针对其无源器件容易造成直流侧电压难以控制以及系统谐振的问题,提出一种变流器输出电流和电感电压反馈的双闭环控制器。首先建立变流器输出电压和无源支路上电感电压的数学模型,但模型中存在大量耦合项,为了实现无静差控制,采用变量前馈的解耦方式消除耦合量。然后对系统控制进行设计,电感电压作为外环保证跟踪精度;选用变流器输出电流作为内环,加入系统有源阻尼,抑制系统谐振尖峰。最后仿真和实验结果表明,该控制策略提高了直流侧电压控制的动态响应速度和稳态精度,同时降低了谐振尖峰对系统稳定性的影响。

变磁通记忆电机非线性模型与调磁电流脉冲轨迹优化研究

变磁通记忆电机(VFMM)克服了传统永磁同步电机(PMSM)气隙磁场不可调节、调速范围受限等缺点,可根据运行工况需求实时地在线调节气隙磁场,具有全域高效运行的优势。该文针对一台混联磁路型VFMM(HMC-VFMM)磁路复杂及非线性强等问题,研究非线性模型的建立及调磁电流脉冲轨迹的优化。首先,测试磁化曲线、电枢磁链特性与电感特性,建立VFMM的非线性模型,以实现电机特性的精确描述;其次,分析正弦型电流脉冲轨迹与所需电压变化特性,并基于此提出一种非对称电流脉冲轨迹与优化方案,在实现充去磁的同时,降低调磁过程产生的损耗;再次,为实现调磁电流的精确控制,基于上述非线性模型,提出一种基于实测参数的前馈电流控制器;最后,通过实验验证所提电流控制器的有效性以及理论分析的正确性。

开关电感型单相五电平电流源逆变器

多电平电流源逆变器因具有高安全性、低输出谐波特性等优点得到广泛关注。提出了一种开关电感型单相五电平电流源逆变器,其直流控制单元采用Buck结构,为电感提供了独立的充放电回路,实现了电感电流控制与输出电流控制的完全解耦,使用较小电感即可控制电流稳定。所提逆变器采用开关电感结构形成多电平输出,减少了器件数目,利用其高度对称性可简化外围电路设计。针对于单相逆变器输入侧电感电流存在二倍频波动的问题,在传统比例积分控制的基础上,增加功率前馈控制,以储能电感在每个开关周期内实现电流恒定作为先决条件,折算不同状态下直流侧开关器件的占空比扰动量,在不增加电路复杂度的前提下,采用较少器件和小储能电感有效抑制了电感电流的二倍频波动,减小了输出电流中3次谐波含量和总谐波畸变率,提高了输出电能质量。最后,通过仿真和实验验证了所提拓扑和控制策略的可行性。

基于新型扩展卡尔曼的永磁同步电机无位置传感器控制

针对永磁同步电机无位置传感器控制中,因电机受到外界扰动而导致传统扩展卡尔曼观测器不精确的问题,提出了一种新型扩展卡尔曼复合观测器的方法。该方法由新型趋近率设计的滑模控制器代替传统PI调节器的转速环,加入前馈解耦的电流环,以及扩展卡尔曼观测器复合而成。仿真结果表明:无论电机空载启动、或外加扰动等状况下,新型扩展卡尔曼状态观测器可以精确地观测出电机的转速大小与转子位置信息,速度滑模控制器以及电流前馈解耦提高了系统的抗干扰能力,缩短了系统的响应时间。

准Z源逆变器中抑制二次谐波电流的虚拟阻抗控制策略

由于单相准Z源逆变器的瞬时输出功率中存在二倍频的脉动功率,将会导致前级准Z源变换器产生二次谐波电流。首先,对准Z源逆变器的拓扑进行分析并建立其小信号等效电路模型,为了抑制前级直流变换器中的二次谐波电流,从阻抗的角度出发,通过在准Z源逆变器小信号等效电路模型的电感支路串联虚拟阻抗来抑制二次谐波电流,为了提升系统的动态响应,引入逆变侧电感电流前馈控制,并将虚拟阻抗与带通滤波器结合,使准Z源逆变器的电感支路阻抗在二倍频率处呈现高阻抗,在其他频率处呈现低阻抗。然后,在带通滤波器中加入阻尼电阻抑制系统相位突变,使得该控制策略在保证系统二次谐波电流抑制效果前提下,进一步提升了系统稳定性。最后,通过实验验证了控制策略的有效性。

海流干扰下网衣清洗机器人控制方法研究

在中国海洋渔业中,网衣清洗机器人对网箱养殖有害物附着的清洗具有重要作用。为了提高网衣清洗机器人在海流干扰下工作的稳定性,本文根据网衣清洗机器人的工作特点,提出了采用串级-前馈比例积分微分(PID)控制方法对海流干扰下的网衣清洗机器人进行控制,通过仿真实验证明该方法是可行的。为进一步提高控制效果,在串级-前馈PID控制的基础上加入模糊控制,仿真结果表明,改进后的控制器一定程度上减少了网衣清洗机器人运动稳定时间和超调量。

同心笼次级直线双馈电机静态端部效应补偿策略

同心笼次级直线双馈电机是由无刷双馈感应电机演变而来的一种新型直线电机,在城市轨道交通中具有良好的应用前景。然而,因初级铁心开断导致的静态端部效应,电机绕组中含有较大的负序电流和直接耦合电流。针对该问题,该文提出了一种基于脉振电压矢量前馈和静态端部效应电流抑制的补偿策略。首先,分析了静态端部效应在初级绕组中产生的谐波电流成分,推导了产生静态端部效应电流的脉振电动势,并采用脉振电压矢量前馈对其进行抑制;然后,基于混合二阶-三阶广义积分器及瞬时对称分量法,将各频率电流正负序分量变换到同步旋转坐标系中进行控制,以进一步抑制负序电流和直接耦合电流,从而对静态端部效应进行有效补偿;最后,通过仿真和实验验证了静态端部效应补偿策略的有效性。

基于电流前馈的分布式新能源低频纹波抑制

在分布式新能源应用场合中,传统的两级式单相逆变器输入电流中含有大量低频纹波电流。此处对应用于分布式新能源发电场合的两级式单相逆变系统中能量流动、纹波功率以及输入端的纹波电流的产生机理进行了分析。基于Boost电路的小信号模型和纹波电流的等效电路模型,提出一种基于电流前馈控制的输入端纹波电流抑制方法。最后将此控制策略在基于DSP的先进数字控制平台上进行了实验,并与未引入电流前馈的传统双闭环控制模式进行了对比,实验结果验证了该控制策略的有效性和合理性。