一种改进的分布式逆变器并联控制策略

逆变器的冗余并联控制技术是实现交流供电系统高可靠性的关键。逆变器并联的控制方法有很多种,主从法必须依赖主模块工作,没有实现真正的冗余控制;频率电压外特性下垂法存在输出外特性较差等不足。基于平均电流控制的分布式并联控制策略易于实现逆变器的冗余及热插拔,但其存在输出外特性软的缺点,该文在该控制策略的基础上加上了负载电流前馈控制技术,以提高输出外特性,同时保留了原控制方案的输出限流功能和均流效果不变。论文分析比较了加负载电流前馈技术前后的输出外特性及环流特性,并研制了一台样机,进行了实验验证。

两级式单相逆变器二次纹波电流的抑制与动态特性的改善

两级式单相逆变器的瞬时输出功率以两倍输出频率脉动,使得前级DC-DC变换器和输入源产生二次纹波电流。前级DC-DC变换器采用电压电流双闭环控制能有效抑制二次纹波电流,但要求电压外环的截止频率很低,这将导致负载跳变时系统动态特性较差。从阻抗的角度出发,分析电感电流内环抑制前级DC-DC变换器和输入源中二次纹波电流的机理;提出在前级DC-DC变换器中引入含有两倍输出电压频率陷波器的负载电流前馈,该方法可在不增大二次纹波电流的情况下,显著改善负载跳变时的动态特性;最后,通过实验结果证明所提出的控制策略的有效性。

动态电压恢复器的双前馈控制策略研究

采用基于电网电压前馈的开环控制时,动态电压恢复器(DVR)动态响应速度快,但负载电压受负载电流影响较大;用比例积分(PI)调节器实现闭环控制可以减小这一影响,但动态响应速度变慢,且负载电压受电网电压影响变大。提出把负载电压看作DVR的控制对象,桥式电路中开关器件的占空比看作控制量,电网电压和负载电流看作干扰量,根据数学模型分析出被控对象不仅受控制量控制,而且受2个干扰量的影响。结合不同控制策略中控制量的计算方法,推导出各种控制策略下系统的传递函数,分析可知系统存在稳态误差的原因在于2个干扰量的影响。基于此,提出同时利用电网电压前馈和负载电流前馈的双前馈开环控制方法,既保持了开环控制动态响应速度快的优点,也可基本消除电网电压和负载电流对负载电压的影响。为避免电流前馈微分环节噪声影响,设计了用负载电压估计负载电流的估算方法。仿真结果验证了理论分析的正确性。

有源钳位双向电压型高频链逆变电源的控制策略

针对有源钳位双向电压型高频链逆变电路拓扑,研究了一种新型单极性SPWM调制策略,采用对称三角载波与两个相位相反的正弦调制波调制产生所需的控制逻辑信号,该调制策略不需要根据输出电压极性信号来切换控制逻辑就能够实现四象限工作和各象限之间的平滑过渡,克服了原有的单极性调制在输出电压过零点畸变大的缺点。文中还设计了具有负载电流前馈的电压电流双闭环数字控制方案,电流内环可提高系统的稳定性,负载电流前馈能够提高系统抗负载扰动的能力,改善系统的动静态性能。在理论分析和仿真研究的基础上,设计制作了3kVA实验样机,实验结果验证了理论分析的可行性和系统设计的有效性。

分布式三相逆变器冗余并联系统

逆变器的冗余并联控制技术是实现变流器及不间断电源(Uninterruptible power supply,UPS)等设备高可靠性的关键。逆变器并联的控制方法有很多种,频率电压外特性下垂法存在输出外特性较差等不足;主从法必须依赖主模块工作,没有实现真正的冗余控制。本文采用了一种适合热插拔的平均电流分布式并联控制策略,并在其基础上加上了负载电流前馈控制技术,提高了输出外特性。分析比较了并联系统在加负载电流前馈技术前后的输出外特性,并研究了并联系统采用优化控制策略后进行热插拔的具体实现过程。在以上并联控制策略的基础上研制了一台三相逆变器并联系统,进行了热插拔实验,真正实现了冗余控制。

两类串并联逆变器组合系统的控制策略

针对四种串并联逆变器组合系统分析了其各种可能的控制策略,并根据所采用控制策略的相似性以及输入端的联结方式将其分为两大类:输入并联型与输入串联型。对于前者优先考虑采用输出端的控制策略,而对于后者则需考虑采用复合式控制策略。从这两大类系统中各取一种(IPOP系统和ISOS系统)分别给出了与上述控制策略对应的具体控制方案,每个系统都引入了负载电流前馈技术但作用不尽相同。本文研制了样机,对上述控制方案进行了实验验证。

基于PR控制和平均功率控制的中频逆变器并联系统研究

中频逆变器作为交流供电系统的组成部分,广泛地运用在航空、船舶和机车等领域,而逆变器的并联控制技术可实现冗余供电和大容量供电,是当今逆变电源发展的重要方向之一。首先针对中频逆变器的特点,采用了负载电流前馈的双闭环PR控制策略以改善其输出特性;随后针对两台逆变器组成的并联系统进行了建模分析,采用基于平均有功和无功功率控制的有线并联控制策略,并引入虚拟阻抗以提高并联系统的可靠性与均流特性。最后通过仿真和实验验证了单机与并联系统控制策略的可行性。

基于低开关损耗新型滞环PWM整流器研究

针对三相高功率因数整流器的控制要求和实际工程条件,进行了基于低开关损耗的三相PWM整流器研究,系统采用了负载电流前馈的电流滞环控制策略。该系统不仅改进了传统滞环控制策略带来的高开关频率的问题,更引入了负载电流前馈控制,使得系统对于外环的PI参数有着较传统滞环PWM整流器更低的依赖性,在三相电网不平衡的条件下也表现更好的运行特性。仿真波形和实验数据都验证了该控制方法的有效性以及对PI调节参数的低依赖性。

带负载电流前馈的VIENNA整流器PR控制

针对三相VIENNA整流器传统PI控制器存在输入交流静差和抗负载扰动动态性能差的问题,提出一种适用于VIENNA整流器的负载电流前馈比例谐振(PR)控制策略。利用PR控制器有效消除输入电压电流相位差,实现无静差跟踪。并在电流闭环外嵌入负载电流前馈补偿环节,将负载扰动信息通过前馈环节直接作用于电流给定,提高抗负载扰动动态调节时间,增强系统抗扰性。并将所提方法与传统PI控制策略进行性能对比测试,实验结果表明所用方法可以有效提高负载扰动下的动态性能和改善输入功率因数。

基于降阶矢量比例积分器的有源电力滤波器电源电流控制策略

为了避免有源电力滤波器谐波检测环节带来的检测误差和延迟以及简化控制系统,提出了一种有源电力滤波器电源电流控制方法,将电源电流作为控制目标,同时为了消除负载电流的扰动,引入了负载电流前馈控制。在降阶广义积分器的基础上提出了降阶矢量比例积分器,该控制器不但具有谐振频率处增益无穷大的特点,还考虑控制对象的影响,能够实现零极点相消,具有很好的控制稳定性和精度。仿真和实验结果验证了所提控制方法的有效性,与传统基于负载谐波电流检测与控制的方法相比,具有较好的稳态和动态性能,降低了系统复杂度和成本。

单周期控制的带纹波抑制单元无桥Boost PFC变换器研究

为了解决无桥Boost功率因数校正(PFC)存在的输出电压纹波大以及输出负载突变造成的输出电压波动等问题,本文基于无桥Boost PFC拓扑设计了纹波抑制单元来减小直流输出纹波,并增加负载电流前馈控制对单周期控制方式进行优化。通过理论及原理分析可知纹波抑制单元可以减小直流输出纹波,负载电流前馈控制能够迅速采集负载突变引起的输出电流变化量并及时进行信号调理使输出电压快速稳定,从而增加系统动态稳定性。通过仿真对比分析发现,使用抑制单元后纹波系数从2.5%降到0.25%,在增加负载电流前馈控制方式后,无论是输出负载突增还是突减,输出电压都可以在极短时间内恢复稳定,并且功率因数校正的效果不会发生变化,该仿真结果验证了设计的正确性。

改进的单相全桥逆变器双环控制研究

双环控制外环为电压环,而内环则分为电感电流内环和电容电流内环。在此对这俩种方法的不同之处进行了理论分析,为了改善该种控制系统在抗负载扰动方面的不足,在双环控制的基础上引入了负载电流前馈的设置。通过负载电流前馈控制的设置,有效地提高了该种控制抗负载的扰动性能,从而增强了系统的稳定性和改善了逆变器电压输出波形质量。

逆变系统负载调整率提升的研究

分析了采用双环控制、虚拟电阻法和负载电流前馈三种控制方法逆变器的输出阻抗,比较了三种控制方法对负载调整率的影响。虚拟电阻法会增大逆变系统在负载调整前后输出电压的幅值变化,影响负载调整率,而负载电流前馈可以改善逆变系统在负载调整时的动态性能。在10kW的采用逆阻型IGBT的三相T字型逆变器平台上进行了实验验证。

高压直流UPS电源的研究

针对传统通信基站UPS供电电源存在的系统结构复杂、电源效率低、可靠性差的问题,研究采用了一种两级结构的高压直流UPS电源。在电路结构方面,电源前级采用了T型三电平整流电路,改善了输入功率因数和输入电流THD;后级采用了输入串联输出并联型全桥电路,并采用交错并联技术,减小了输出电流纹波。在控制方面,引入了负载电流前馈控制,提高了电源的动态响应速度,保证电源在负载剧烈波动时输出电压纹波很小。研究结果表明,高压直流UPS电源的最高效率为96%;其负载突变时恢复时间小于200μs,电压波动小于5%,动态响应快,输出特性好。

新型脉冲宽度调制整流器控制策略的研究

为减少开关损耗和提高系统动态性能,提出了一种新的脉冲宽度调制整流器的控制策略,将滞环空间矢量法、功率器件最小切换原则与负载电流矢量前馈控制方法相结合,使系统在保证动态性能的情况下减少了功率器件的开关频率,又使系统对PI参数的依赖性大大降低,且能克服网侧电压的畸变与不平衡。利用Matlab/Simulink仿真验证,方案的可行性。结果证明,该方法确实能获得期望的性能。

微网孤岛模式下逆变器双闭环控制策略

微网系统孤岛运行时,失去电网电压和频率的支撑,传统的单闭环电压控制已经无法满足对逆变器的有效控制。文章在传统单闭环电压控制的基础上,加入电流内环,采用电压预同步控制,对交流母线电压和频率有效控制,减小逆变器输出电流对电网的冲击。引入电容电流前馈解耦,保证逆变器输出功率实时满足不同负载的功率变化,提高了系统带感性负载时的稳定性。通过仿真分析,该控制策略实现了交流侧母线电压和频率的稳定,且系统带不同负载时,逆变器具有较好的动态响应性能,验证了该控制策略的有效性和正确性。

交直交牵引变电所用单相整流器研究与设计

提出一种三相对称型交直交牵引变电所主电路拓扑,用以解决电气化铁路中由于牵引负荷单相性和非线性导致的的谐波、无功和负序等一系列电能质量问题和电分相问题。针对输入侧多重化结构中单相脉宽调制(PWM)整流器传统双环控制策略在冲击性负荷下存在控制精度不高,鲁棒性不强的缺陷,提出基于比例积分(PI)和准比例谐振(QPR)复合控制器的改进控制策略,提高了网侧电流的响应速度及跟踪性能。此外,在控制系统中加入负载电流前馈环节,提高了系统对于冲击性负荷的抗扰性能,增强了系统的鲁棒性。对电压环和电流环及负载电流前馈环节进行设计,并给出主电路关键参数的计算方法及功率器件选型。最后进行了实验验证。

基于H桥Boost电路能馈型直流电子负载研制

针对直流电源低压大电流老化测试所需放电负载,研制了能馈型直流电子负载。前级DC/DC变换器采用H桥Boost电路作为功率电路,实现放电负载特性以及升压和保持输出端电压稳定;后级DC/AC变换器选用TMS320F2812作为主控芯片,采用电流环控制策略以及电网电压前馈控制,使所研制的能馈型直流电子负载能在设定功率下以趋近单位功率因数向电网回馈能量,且并网电流总谐波不超过5%,满足并网要求。

基于模型预测电流控制的双PWM变换器协调控制研究

针对传统电流环比例积分(proportional integral,PI)控制双PWM变换器动态响应慢和电流谐波含量高等问题,提出一种基于模型预测电流控制的协调控制策略。首先,分析整流侧PWM变换器的预测模型。然后,负载侧PWM变换器的输入电流前馈给整流侧PWM变换器电流环,在两侧能量流动的过程中实时调节电流的参考值。结果表明:采用模型预测电流控制的协调控制策略,改善了双PWM变换器系统的动态性能。最后,通过仿真搭建了以异步电机为负载的双PWM变换器改进的协调控制策略模型。验证了控制策略的优越性。

基于单神经元的三相PWM整流器外环控制方法研究

提出了一种新型的三相电压型整流器的外环控制方法。分析了传统PI模型,在负载电流前馈控制模型的基础上改进为一种神经元控制,通过对其权值的自动修改达到控制目的,并构造李亚普诺夫函数证明了其稳定性。该方法应用简便,易于实现。通过仿真实验验证了其可行性和鲁棒性。