Analysis and design of DSP-based dual-loop controlled UPS inverters

This paper presents a novel digital dual-loop control scheme of the PWM(PUlse width modulate)inverter. Deadbeat control technique are employed to enhance the performance. Half switching period delayed sampling and control timing strategy is used to improve the system dynamic response. Simulation and experimental results presented in the paper verified the validity of the proposed control scheme.

基于单相双旋转移相变压器的高速铁路系统负序补偿方法

针对高速铁路供电系统在高压电网引起的负序问题,该文参考旋转潮流控制器(RPFC)和静止无功补偿器(SVG)结构,提出一种基于单相双旋转移相变压器(S-DRPST)的新型负序补偿拓扑。首先,分析S-DRPST的工作原理并建立其稳态电压源模型。其次,在V/x牵引供电系统应用场景下,提出S-DRPST的负序电流补偿方法,即根据供电臂负载功率计算所需补偿电流表达式,进而得到两台S-DRPST输出电压幅值与相位,通过调节移相角大小实现电网侧电流的平衡。在此基础上,对单台S-DRPST移相角控制进行设计,补偿设备投入前利用柔性合环减小对牵引网的冲击,投入后采取移相角协调变速控制,使得移相角在接近设定值时降低转速,同时根据角度偏差协调转速控制,从而抑制输出电压振荡现象。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建牵引供电系统进行仿真验证,在合环场景下将S-DRPST柔性投入牵引网,仅a相供电臂带负载的情况下,电压不平衡度从4.81%降低到了0.05%,在计及供电臂制动状态时不同工况的不平衡电压均被控制在0.1%以下,在牵引负载快速连续变化下S-DRPST能及时响应补偿负序电流,结果表明S-DRPST在高速铁路供电系统中具有良好的负序补偿效果。

双芯IGCT浪涌电流鲁棒性研究

作为晶闸管类器件,双芯集成门极换流晶闸管(Dual IGCT)必须具备的抗浪涌电流能力研究鲜见报道。基于多单元集成的器件仿真结构模型,揭示了Dual IGCT在浪涌电流下工作时,总电流在GCT-A部分和GCT-B部分间的分配比例会随晶格温度升高而减小。在此基础上,分析了寿命控制技术对Dual IGCT浪涌鲁棒性的影响。结果表明,增大GCT-B的载流子寿命可以提高器件的浪涌鲁棒性,但同时会增大器件的功耗;而在对GCT-B进行载流子寿命控制时,引入具有较大寿命对温度依赖系数的复合中心,可以有效提高Dual IGCT浪涌电流鲁棒性,同时不影响器件的其他性能。最后,提出了一种工艺成本较低的阳极短路Dual IGCT新结构,其在浪涌电流下的晶格温升与传统的Dual IGCT相比大幅减小(约150 K),呈现出极高的抗浪涌能力。

基于滑模扰动观测器的永磁同步电机模型预测电流控制

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)单矢量模型预测电流控制(model predictive current control,MPCC)中,存在电流具有较大波动、稳态性能较差、依赖模型参数且抗扰能力不足的问题。针对这些问题,研究了双矢量模型预测电流控制(TV-MPCC)算法,该算法在一个采样周期内进行2次电压矢量选择。同时,设计了一种基于改进趋近率(SMRL)的滑模扰动观测器(SMO),滑模增益采用分段式函数来实现。通过仿真实验,验证了所提出的TV-MPCC算法和SMO的有效性。与传统的MPCC相比,TV-MPCC可以显著降低电流的波动,并提高系统的鲁棒性。同时,SMO的引入使得系统能够更好地观测和补偿扰动,进一步提高了系统的稳态性能。本研究表明,双矢量模型预测电流控制结合滑模扰动观测器的方法在提高PMSM的鲁棒性能方面具有较好的效果。

电机控制器直流侧前置双有源桥DC-DC变换器的模型预测与应力优化混合控制

将双有源桥DC-DC变换器置于电动汽车动力电池与电机逆变器之间,可以根据电机实时转速动态调节系统直流母线电压,提升电机驱动系统的能量变换效率。然而,直流母线电压的大范围变化会带来双有源桥DC-DC变换器电流应力剧增的挑战。为此,该文分析直流母线电压动态变化条件下双有源桥DC-DC变换器的电流应力变化规律及优化方法,在此基础上提出一种模型预测与应力优化混合控制策略,将电流应力优化控制嵌入到模型预测控制中,在降低电流应力的同时还能提高系统的稳态和动态性能。另外,为了抑制模型参数失配对模型预测控制的不利影响,提出一种基于输出反馈的误差校正方法,以提高模型预测控制的参数鲁棒性。原型样机实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性,为直流侧前置双有源桥DC-DC变换器的电机控制器设计与控制提供了理论依据。

基于扩张状态观测器的并联直流变换器增强控制策略

为进一步改善并联直流变换器在多种内外部扰动下的动态性能,提出一种基于双闭环扩张状态观测器(ESO)的增强控制策略。该策略将比例调节器与ESO相结合,然后分别应用于公共电压外环和各个电流内环,实现各功率单元的动态均流,也强化对输入电压扰动的抑制能力,且无需额外传感器。首先,根据并联变换器的状态方程,推导内环电流ESO控制的表达式。然后,根据电流闭环极点的分布情况,从理论上分析ESO型电流内环在输入电压扰动抑制方面强于比例积分型电流内环的原因。此外,借助伯德图,给出ESO型电流内环对电感失配的鲁棒性更强并能有效消除动态电流偏差的理论依据。最后,使用三相buck变换器进行不同方案的对比验证,实验结果证明了所提策略在改进动态性能方面的有效性和先进性。

基于双重移相控制的双向全桥DC-DC变换器最小回流功率分段优化控制

双向全桥DC-DC变换器以其重量轻、高功率密度、能量双向流动等优点成为直流微电网中不可或缺的一部分。但双向全桥DC-DC变换器在传统的单重移相控制下存在回流功率和电流应力等问题,尤其当输入电压和输出电压不匹配时,回流功率和电流应力会显著增加。针对输入电压和输出电压不匹配的情况,该文提出了一种双向全桥DC-DC变换器在双重移相下的最小回流功率控制策略。该控制策略通过对回流功率进行分段优化,得到了变换器在不同传输功率范围下的最优移相角。通过将所提控制策略和传统的双重移相控制进行对比分析,发现该文所提控制策略具有更小的回流功率和电流应力,提升了变换器的效率。最后基于所提控制策略搭建了实验样机,实验结果验证了控制策略的正确性和有效性。

基于新型双滑模结构的永磁同步电机控制策略

针对传统永磁同步电机无感矢量控制系统中存在转速超调、强抖振以及鲁棒性差等问题,在位置环提出了一种以边界层可变的分段函数作为切换函数的新型全阶滑模观测器(NFSMO)并引入模糊控制模块实现对新切换函数边界层的自适应调节,使系统的高频抖振问题得到有效削弱以及提高了转子位置的观测精度;在速度环提出了一种新型趋近律与改进型扩展状态观测器(IESO)相组合的新型速度滑模抗扰动控制器(NSMDC),结合最大转矩电流比(MTPA)拟合模块能够有效降低扰动误差对系统造成的影响,提高系统的稳态性能。仿真结果表明:与传统方法相比,新型双滑模控制方法不仅能够有效改善系统的滑模抖振,且具有更优的抗干扰性和稳定性。

双能量源纯电动汽车制动能量回收控制策略研究

该文以前轮永磁直流电机驱动的双能量源纯电动汽车为研究对象,以开发合理高效的纯电动汽车制动能量回收系统及设计相应的控制策略为目的,建立了蓄电池、超级电容、双向DC/DC变换器等部件的数学模型,并进行了双能量源系统主回路、恒流恒压双闭环PI控制器设计研究,建立了系统的仿真模型并进行仿真。仿真结果表明,PI控制器可有效实现恒流恒压充放电过程,恒流充电以限制充电电流,当蓄电池达到额定电压或超级电容SOC饱和后再进行恒压充电,实现了保护储能元件并完全充电的目的。

论输气站场UPS三级防雷系统的保护

通过分析国内天然气企业的用电现状和陕京四线无人站南山分输站的外电设计要求及UPS使用现实情况,提出天然气站场的UPS防雷系统设计改进建议,推进站场安全管理和UPS运行的安全运行条件,从技术层面做到专业安全管理和设备本质安全水平。切实做到消除事故隐患,保证施工运行安全。

基于双驱动模型的雷达伺服控制系统设计

雷达伺服系统中天线转台需要较低的转速和较大的转矩,因此使用齿轮传动系统,但齿轮传动过程中齿隙的存在会降低伺服系统的性能。为满足雷达天线转台高性能的需求,设计并制作了基于双驱动模型的雷达伺服控制系统。首先对整个双驱系统的整体方案进行设计,阐述双电机消隙的原理,并对硬件和软件进行设计。最终通过硬件平台的搭建测试,双电机驱动伺服系统比单电机驱动伺服系统的性能有明显的提升。

双有源桥串联欠谐振变换器的最小回流电流控制

该文采用时域分析法对双有源桥串联欠谐振电路进行了分析,得到电感电流在稳态时的表达式并推导所有开关管实现软开关的条件。由于电压增益偏离1时仅采用移相控制难以实现所有开关管的软开关,因此,该文在传统移相控制的基础上,引入额外的变频控制策略,使得电路在不同的电压增益和负载条件下都能有较好的软开关性能。然而,软开关的实现会增加电路的回流电流,影响电路的传输效率。该文对所提出的变频移相控制进行了进一步的优化,使其可以在确保电路实现软开关的同时产生最小的回流电流和电感电流有效值。所提出的控制策略在一台2 kW的样机中进行了验证。

IPOP型双有源桥变换器均流控制方法研究

为提高双有源全桥变换器的功率容量,各种模块化组合方式被相继提出。基于输入并联输出并联的模块化组合方式,首先建立了变换器的降阶小信号模型,然后分析了变换器相与相间的均流原理并给出了变换器的相固有参数估算方法和并联均流控制策略,最后基于仿真模型对所提出的控制方法的合理性和正确性进行了验证。

基于混合逆变器的开绕组永磁同步电机驱动系统简化模型预测控制

为了解决混合逆变器开绕组永磁同步电机(OW-PMSM)系统传统控制策略将电源与电容电压之比控制为某一固定比值的问题,提出一种简化模型预测控制(MPC)策略。根据电机运行需求动态调节两侧逆变器直流母线的电压比值,从而提升电机在不同运行工况下的性能,并拓展OW-PMSM的使用场景。但在电容侧直流母线电压不固定的情况下,传统MPC算法造成的计算负担较大,因而提出简化MPC策略。对两组逆变器精简后的7种待选矢量进行轮流遍历计算,选取最优电压矢量输出,能够在减小计算量、降低开关频率的同时,最大限度地提升d-q轴电流及电容电压控制精度。最后,实验验证了所提出控制策略在电流控制、电容电压控制以及开关频率降低方面均具备有效性。

SHAPF的电流控制策略及参数设计

为了实现并联混合型有源电力滤波器(SHAPF)高补偿性能的要求,提出一种SHAPF电流双闭环控制策略。利用基波电流环为谐波电流环控制器提供阻尼项,实现有源阻尼的同时减少一组传感器,降低系统复杂度。分析了SHAPF的滤波特性,并给出了SHAPF系统配置的参数设计方法。分析了电流双闭环控制器在离散系统中的稳定性条件,并给出了控制器参数设计方法。搭建了SHAPF的仿真模型与实验样机。结果表明SHAPF具备良好的谐波补偿性能,验证了电流双闭环控制策略及参数设计的合理性。

独立输入并联输出模块化DAB变换器功率均衡优化控制

针对独立输入并联输出IIOP(input independent output parallel)模块化双有源桥DAB(dual active bridge)变换器,当各模块的参数不匹配或输入电压不相等时的功率均衡问题,基于双重移相DPS(dual phase shift)控制,提出了一种功率补偿均衡控制PCEC(power compensation equalization control)算法以提高变换器的动态性能及其效率,并实现模块化DAB变换器的传输功率均衡。此外,考虑到大传输功率情况下,为实现各模块的充分运用,补充提出了一种功率补偿协同控制PCCC(power compensation cooperative control)算法。最后,基于DSP28335的半实物仿真平台对所提出的功率均衡方案进行对比实验验证。

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。

基于双矢量模型预测功率控制的Vienna整流器设计

传统有限集模型预测功率控制对Vienna整流器在控制周期中只输出单个作用矢量,功率波动大,输入电流谐波畸变率高,为此提出一种应用于Vienna整流器的双矢量有限集模型预测功率控制策略。该策略在控制周期中引入第二矢量与最优矢量共同作用,通过分配最优矢量和第二矢量的作用时间提高对功率的跟踪精度。建立仿真模型并设计Vienna整流器实验平台,仿真和实验结果表明,与传统的有限集模型预测控制相比,所提控制策略能够有效地减小参考功率和预测功率之间的误差,降低Vienna整流器的功率波动和输入电流的总谐波畸变率。

三相LCL型并网逆变器双电流环控制器设计

并网逆变器在当前电网中具有举足轻重的地位。本文针对三相LCL型并网逆变器进行了研究,建立了其数学模型,给出了其双电流环控制器的设计方法,并针对于常规双电流环控制稳定裕量低的弊端,提出了一种改进型双电流环控制策略。最后,进行了仿真验证,分析表明,在较为理想的模型下,两种双电流环控制策略均具备较为优秀的控制效果,但在非理想模型下,所提改进型控制策略具备更大的稳定裕量,更适合在实际数字控制系统中应用。

开关磁阻电机低速运行无位置传感器检测方法

针对开关磁阻电机低速运行方法中的传统脉冲注入法只利用非导通相电流信息,存在导通区间受限和续流影响估计精度的问题。本文对低速控制策略与无位置检测原理进行研究,提出了一种双电流斩波限PWM滞环控制的三相电流斜率差值无位置传感器检测方案。所提方案在导通区采用双斩波限PWM滞环控制,使导通区电流斩波次数增加,能够改善低速运行时的性能,并提高电流斜率差值的计算精度。与传统非导通相电流比较方法只利用非导通相信息相比,该方案增加了导通相电流计算。在计算导通相电流斜率差值后,与两非导通相形成三相电流斜率差值,从而估计电机的实时位置信息。以三相12/8结构的电机进行了相关仿真和实验验证,实验结果表明,该方案能够有效解决传统方法存在的导通区间固定和实时角度计算受续流影响的问题。