无交流侧电压传感器的并网逆变器控制技术研究

传统的三相并网逆变器需要安装交流侧电压传感器,增加并网逆变器成本的同时影响了可靠性。本文研究了一种基于二阶广义积分器的电网电压观测器,并结合了基于电容电流反馈有源阻尼的准比例谐振控制算法,实现了并网电流的精准控制。仿真结果证明这种控制方法的有效性。

基于混合有源滤波器的准比例谐振控制策略

由于电力电子设备、软启动器及各个非线性负荷的大量使用导致电网中谐波问题日趋加重,针对并联型混合有源电力滤波器(HAPF)谐波抑制控制策略进行研究。在这个拓扑结构的基础上,首先建立其数学模型并设计准比例谐振控制器和比例积分控制器进行仿真。针对传统的比例积分控制方法补偿精度低,并且对交流信号不能实现无静差跟踪等效果不理想问题,提出了电流内环准比例谐振控制与混合有源电力滤波器直流侧电压外环比例积分控制器相结合的控制策略。在Matlab/Simulink中搭建模型,仿真结果显示,上述控制策略能够补偿由非线性负载带来的谐波电流,补偿后的电网电流总谐波失真(THD)降到3.68%,符合国家标准。

基于PI+QPR控制的单相有源电力滤波器研究

补偿电流跟踪控制策略对有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)的谐波治理能力有直接影响。在单相系统中,利用并联型APF进行谐波治理时,传统的电流比例积分(Proportional Integral,PI)控制方式具有较快的响应速度,但3次谐波电流不能得到充分抑制。针对这一问题,文中采用准比例谐振(Quasi Proportional-resonant,QPR)控制策略对3次谐波电流进行跟踪控制。同时利用陷波滤波器对ip-iq谐波电流检测算法进行改进,提高谐波电流检测精度,消除数字低通滤波器输出侧直流信号中的低频波动问题。最后通过MATLAB/Simulink建立单相并联型APF谐波治理系统模型,验证了所提控制策略的可行性和有效性。

中点钳位型三电平逆变器并联系统的零序环流抑制策略

针对中点钳位型(NPC)三电平逆变器并联系统内普遍存在的零序环流问题,该文首先分析模块间环流的通路,建立零序环流的电路和数学模型。根据等效模型阐述零序环流各成分的产生机制,并对零序环流进行定量分析。定义零序环流的三类具体成分:通态零序环流、开关零序环流及混合零序环流。对于不同类别的零序环流,提出共享直流侧中线和改进型LCL滤波器的硬件措施及准比例积分谐振(PIR)控制器的软件措施去抑制对应环流成分的高频、低频分量;另外,针对改进型LCL滤波器中交流滤波电容中点和直流侧电容中点连接电缆上有较大高频电流的缺陷,提出载波移相控制下模块共用滤波电容的优化方案,在保证环流抑制效果的同时将奇数次开关频率的高频纹波转移到共用电容上,实现奇数纹波分量的自动抵消,使连接电缆上的电流减小近50%;最后,仿真与实验结果验证了所提环流抑制策略的可行性。

单相并网逆变器微分平坦-准比例谐振控制

针对单相并网逆变器并网时传统控制存在的动态响应能力不佳、鲁棒性能较差的问题,提出一种基于直接功率控制的新型控制策略——微分平坦-准比例谐振控制,在提高系统动态性和鲁棒性的同时能提高并网电流质量.根据单相逆变器拓扑结构,采用二阶广义积分器(second-order generalized-integrator,SOGI)构造虚拟量,建立dq坐标系下的数学模型,并根据微分平坦理论验证系统的平坦性;设计包括基于微分平坦理论的前馈控制和误差反馈补偿准比例谐振控制的电流内环控制器,以及功率外环微分平坦控制器;在MATLAB/Simulink中搭建系统仿真模型.仿真结果表明:在给定有功功率与电网电压突变工况下,该控制策略具有优越性和有效性,可在提高系统动态性和鲁棒性的同时降低并网电流谐波含量.

面向硅微谐振式加速度计的高精度片上温度控制器

为提高硅微谐振式加速度计在变温环境下的精度与稳定性,设计并制备了一种高精度的片上温度控制器,它由硅衬底、铂电阻加热器、测温电阻和温度控制电路组成。对温度控制器的传热模型进行理论分析,使用COMSOL对片上温度控制器进行仿真。利用微加工技术制备温度控制器,并设计实验对温控精度、长期稳定性、环境温度影响、功耗等指标进行测试。结果表明,温度控制器可以在600 s内稳定在设定温度±0.001 5℃的范围内,加速度计输出的频率波动范围为±0.03 Hz,内部温度随外界温度变化为0.012 5℃/℃,片上温度控制器的峰值功耗为100 mW。该温度控制器精度高、通用性强,适用于温度范围小、精度要求高的应用场景。

单相光伏并网逆变器电流控制方法研究及分析

针对并网逆变器的电流控制方法进行了分析研究,通过分析,采用了一种带电网电压前馈和准PR控制的双电流环控制方法,并就其关键的比例谐振控制(PR)进行了理论分析和参数设计。为分析该方法对抑制谐波,改善电能质量的作用,建立了并网逆变器控制系统仿真模型,并通过仿真试验,分别研究了在电网正常、电网电压突变、电网含低次谐波3种情况下比例积分(PI)控制和PR控制方法的控制效果,对于研制单相光伏并网逆变器控制系统具有一定参考价值。

基于误差迭代PI和改进重复控制的APF补偿电流控制

针对电网谐波污染日益严重的情况,为提高有源电力滤波器(APF)的稳态补偿精度和动态响应性能,从谐振控制器的角度出发,对传统重复控制进行改进,并针对控制对象优化得到最优重复控制参数。同时,为了克服重复控制延时一个周波响应的动态性能缺陷,提出了一种误差迭代比例—积分(PI)控制法,在提高系统动态响应速度的基础上尽可能保证稳态精度。最后,对重复控制的嵌入形式加以改进,通过设置指令前馈通道优化控制结构,得到了改进复合控制的优化结构,实验和仿真结果验证了所提出控制策略的准确性和有效性。

基于比例积分–降阶谐振调节器的并网逆变器不平衡控制

不平衡电网电压条件下并网逆变器的有效控制,对提高其并网运行能力具有重要意义。提出一种新型调节器,即比例积分–降阶谐振(proportion integral plus reduced orderresonant,PI-ROR)调节器,可以对交流信号进行无差控制,且易于数字化实现。不平衡电网电压条件下,该电流调节器可直接在正向同步旋转坐标中对输出电流进行无差控制,无需进行电流的正、负序分解。通过仿真和实验验证采用该调节器对不平衡电流控制的可行性,并对比该调节器与PI调节器的不平衡控制性能。仿真和实验结果表明,基于提出的PI-ROR调节器的不平衡控制方案可改善并网逆变器的动态性能,提高系统在电网电压不平衡条件下的运行能力。

注入式混合型有源电力滤波器的控制算法

有源滤波器能否按其工作原理实现预期的谐波抑制效果,在很大程度上还依赖于电流跟踪控制算法的优劣。该文以一种新型注入式混合有源滤波器为例,结合传统滞环控制算法响应速度快和比例谐振积分控制算法无稳态误差的优点,提出采用复合型控制作为该混合有源滤波器的电流跟踪控制算法。通过相关的仿真、实验结果,从跟踪速度、控制精度、开关谐波含量和开关器件损耗4个方面,将复合型控制算法与传统滞环控制算法及单一的比例谐振积分控制算法进行比较研究。相关分析方法和所得结论可为其他类型的混合有源滤波器的电流跟踪控制算法研究提供借鉴。

大型风电机组的比例-积分-谐振独立变桨距控制策略

提出一种用于降低风轮不平衡载荷的比例-积分-谐振独立变桨距控制策略,该控制器由比例-积分控制器和谐振控制器两部分组成,其中比例-积分控制器用于抑制不平衡载荷的1p(风轮旋转频率的倍数)分量,谐振控制器则用于抑制不平衡载荷的高频分量(2p、4p)。采用FAST软件对所提出的控制策略进行了仿真验证,仿真结果表明所提出的控制策略可以在传统比例-积分控制的基础上,进一步降低风轮所承受的高频不平衡载荷。

不平衡电网电压下双馈风力发电系统的比例-积分-谐振并网控制

提出双馈发电机(doubly-fed induction generator,DFIG)的比例-积分-谐振(proportional integral resonant,PIR)并网控制方法,以实现电网电压不平衡工况下DFIG风力发电系统的并网控制。并网控制器由同步旋转坐标系中的比例-积分控制器和谐振控制器组成,比例积分控制器控制定子d-q轴电压的直流分量,谐振控制器控制定子d-q轴电压的交流分量,使其分别实现对电网d-q轴电压直流、交流分量的精确跟踪。该比例-积分-谐振并网控制策略具有无需采用正负序分离算法,无需设计负序控制器等优点。仿真结果表明,该并网控制策略在电网电压平衡和不平衡条件下,均可控制DFIG定子电压实现对电网电压的精确跟踪。

电网电压不平衡下光伏并网逆变器的同步技术

为了保证光伏并网逆变器在电网电压不平衡下可靠地向电网输送功率,需要提高逆变器的同步跟踪能力及动态响应性能。提出一种基于比例积分简化型谐振调节器的锁频环(PISR-FLL)技术。PISR-FLL具有高增益带宽及频率自适应特点,能够从不平衡电网电压中准确快速地估算出基波频率正、负序分量。改进的锁频环(FLL)通过增益系数线性化后不但可以保证频率自适应调节,控制结构也变得简单,易于数字实现。仿真和实验结果表明该PISR-FLL技术精度高,动态性能优越,可以满足不平衡电网条件下电网信号同步跟踪要求。

非隔离型H6桥单相光伏逆变器无功补偿调制及并网电流波形改善控制

为满足新的并网标准对单相光伏并网逆变器无功补偿功能的要求,针对非隔离型H6桥单相光伏逆变器,该文提出一种具有无功补偿功能的分段调制策略。分析与讨论了H6桥单相拓扑输出无功功率时,在输出电压过零点及电流过零点,并网电流产生畸变的原因。采用比例–积分–谐振(proportion integration resonance,PIR)控制器来抑制并网电流的直流分量。并通过构造PIR全程滑模面,推导并网电流滑模控制律,平滑了H6桥在两种调制模式的过渡过程,改善了并网电流的波形控制。最后,搭建了5 k V?A单相光伏并网逆变器的实验系统,并通过对实验结果的分析,验证了理论分析的正确性以及所提调制方法与控制方案的有效性。

基于双阶广义积分的单相光伏并网逆变器灵活功率控制

针对单相光伏并网逆变器的特点,提出一种在静止坐标系下单相光伏并网逆变器的灵活功率控制方法。通过双阶广义积分算法得到与电网电压同相以及滞后电网电压90°的2个正交电网电压。在静止两相坐标系下通过比例准谐振控制实现对给定电流的快速跟踪。实验结果表明:该控制方法可实现有功功率和无功功率的解耦控制,系统具有良好的静态、动态性能。

叶轮不平衡下的风力机自适应独立变桨控制策略

为减小风电机组叶轮不平衡引起的周期载荷,提出一种自适应独立变桨控制策略。首先,基于叶片旋转坐标系和轮毂静止坐标系之间的关系,揭示了机组在叶轮不平衡情况下的载荷特性及变化规律。其次,考虑不平衡周期载荷的频率随机组转速变化的特点,提出了一种谐振频率自适应于叶轮转速的比例—积分—谐振(PIR)独立变桨控制策略,并阐述了变桨控制器参数设计方法。最后,基于FAST-MATLAB/Simulink风电机组载荷及控制联合仿真平台,仿真比较了机组在叶轮平衡和不平衡两种状况下的载荷特性;并在IEC标准湍流风速下对所提自适应PIR独立变桨控制策略的载荷控制性能进行仿真,且将结果与传统比例—积分和比例—谐振独立变桨控制策略进行比较。结果表明,叶轮不平衡会导致风电机组产生频率变化的不平衡周期载荷,且相对传统控制策略所提自适应PIR独立变桨控制策略能够更有效地减小不平衡周期载荷。

具有低次谐波抑制能力的PIR控制器设计

为了抑制由牵引网网压畸变引起的单相四象限变流器交流电流中的低次谐波,在电流环中引入一种比例积分谐振(PIR)控制器。通过对比研究不同种类的谐振控制器性能差异,选取一种较为合适的准谐振控制器应用于PIR中,并利用根轨迹法设计PIR控制器的参数,以保证系统稳定并具有良好的动态性能。通过Matlab/Simulink仿真及样机实验,验证了所提PIR控制器在谐波抑制及稳定运行方面的优越性。

不平衡及谐波电网电压下并网逆变器的直接功率控制策略

为提高并网逆变器对电网的适应能力,提出了不平衡及谐波电网电压下并网逆变器的直接功率控制策略。建立了同步旋转坐标系下的并网逆变器数学模型;以输出有功和无功功率平稳或输出电流三相平衡且波形正弦为控制目标,在传统直接功率控制基础上引入矢量比例积分(vector proportional integrator,VPI)谐振控制器以抑制功率或者电流的波动;分析了VPI谐振调节器的参数设计规律及不同控制目标下所提策略的控制性能。实验结果验证了所提策略的有效性。

改进比例-积分-微分控制方法在无功补偿和混合滤波综合补偿系统中的应用

设计了一种兼有无功补偿和混合滤波功能的综合补偿系统。由于传统比例-积分-微分控制方法对上述系统的检测精度、计算延时和被控对象状态变化具有较强的依赖性,文中将增量递推预测模型预作用于上述系统以补偿延时带来的控制误差,提出了一种采用预测模型实现的多模比例-积分-微分控制方法,使得当电网状态变化时该补偿系统可自动在比例-积分和比例-微分模型间切换。仿真结果和实际运行情况表明该补偿系统具有控制精度高、鲁棒性强等特点,验证了该控制方法的正确性和有效性。

调频式谐振特高压试验电源电压及频率的控制方法

调频式谐振特高压试验电源是进行特高压交流电气设备试验研究不可缺少的装置。提出采用大功率开关器件绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)来代替模拟器件产生特高压试验所需的正弦信号,结构简单、元器件数目少、易维护。整个装置由不可控整流电路、H桥逆变电路、升压变压器及串联谐振电路组成。在深入分析其工作机制的基础上建立了系统的数学模型。同时,以该模型为被控对象,对其电压调节采用自调整比例-积分控制策略,对其频率调节采用比例-积分锁相自动调频控制策略,并推导了控制模型。实验结果表明所提控制方案的正确性和新型调频式谐振特高压试验电源的有效性。