高频链矩阵变换器直接功率反步控制策略

针对高频链矩阵变换器(HFLMC)电路前后级耦合导致系统动态性能和鲁棒性降低的问题,提出一种基于直接功率的非线性反步控制策略(BS-DPC)。首先,建立HFLMC非线性数学模型和有功、无功功率动态模型,分析双极性电流空间矢量调制策略;然后,在考虑系统不确定性情况下引入2个解耦控制分量,设计直流输出电流和无功功率反步控制器,实现电池不同工况下输出电流参考值的快速跟踪控制;最后,根据李雅普诺夫稳定性理论证明HFLMC闭环系统全局渐进稳定性,并对比传统PI直接功率控制和BS-DPC策略。仿真和实验结果表明,所提BS-DPC策略控制HFLMC提高了输出电流的动态性能和电网波动及直流滤波电感变化下的鲁棒性,响应时间减少了约78%,网侧THD降低了0.98%。

基于钳位方式切换的Vienna整流器载波断续脉冲宽度调制策略

当Vienna整流器工作在直流电压不平衡条件下时,传统载波断续脉宽调制(carried-based discontinuous pulse-width modulation,CB-DPWM)会增加输入电流谐波和中点电压波动。为解决上述问题,提出一种基于钳位方式切换的CB-DPWM策略。为了减小输入电流谐波,根据变化的电压矢量对子区域和零序分量进行重新划分和计算。据此,建立统一的CB-DPWM调制波,分析可运行区域,得到直流电压不平衡度和可运行区域成反比的结论。结合中点电流分析不同钳位方式对中点电压大小的影响,并根据直流电压不平衡度的大小实时切换钳位方式,从而有效地减小中点电压波动。通过钳位区域判断和优化开关序列,减少切换钳位方式引入的开关动作,提高了Vienna整流器效率。最后,在Vienna整流器实验平台上验证所提策略的有效性。

基于单母线电流传感器的三相永磁同步电机驱动方法

该文研究基于单母线电流传感器的三相永磁同步电机驱动方法,无需使用相电流传感器而是通过单母线电流传感器重构三相电流信号,为消除母线电流传感器重构死区的影响,提出基于两步预测控制的三态脉宽调制方法,利用3个相邻的开关状态构建参考电压,通过两步预测计算下一个周期的参考电压,避免了逆变器多相桥臂同时动作。所提出的单母线电流传感器驱动方法具有共模电压峰-峰值低、电流谐波含量小、采样点固定的优点。最后,通过实验验证了重构电流的准确性和所提出驱动方法的有效性。

一种新型直流环节并联谐振软开关逆变器

电力电子装置开关频率的提高带来了开关损耗与器件损坏问题、感性关断和电磁干扰等一系列新问题。有效克服这些缺陷的方法是采用谐振软开关技术,然而,传统的直流环节谐振型逆变器存在两个明显的缺点:开关器件的电压应力大;电压过零点与逆变器开关策略难以同步,使逆变器输出有大量次谐波。该文提出一种新型的直流环节并联谐振软开关技术,重点分析了此种软开关逆变器的拓扑结构、工作原理和特点,并通过实验验证了其原理和可行性。

新型SPWPM模式变换器高频链原理分析

根据新型高频链SPWPM变换器的工作原理,建立了SPWPM逆变环节和周波变换环节的数学模型。对两个环节的输出波形进行了数学分析,得到了输出电压波形的解析表达式,揭示了它们的频谱特征。从理论上证明了“SPWPM波包含了SPWM波的全部信息,而不含调制波(基波)频率成分”的结论,及变换器高频链原理的正确性。分析表明该变换器设计思想新颖,易于实现。仿真和实验证明了理论分析是正确的,为深入研究该变换器提供了理论依据。

一种新型直流环节谐振逆变器的空间矢量脉宽调制方法

为了实现一种结构简单,控制方便,高效率,高功率密度的逆变器的应用,该文提出一种适合于直流环节谐振逆变器的SVPWM的数字控制策略,使每个开关周期只需要一次谐振网络的谐振就可以实现逆变桥的三个桥臂开关管的ZVS,大大减少了谐振网络的工作次数,这对减少开关损耗,提高开关频率,提高直流母线电压利用率都有很大的好处。归纳出新型SVPWM的发生逻辑并采用FPGA产生所需的SVPWM驱动脉冲以减小DSP的计算时间开销。此新型数字控制策略与传统的数字空间矢量控制之间接口非常方便,传统SVPWM的输出可作为FPGA的输入,从而可保留传统SVPWM的控制算法部分。仿真波形和实验结果验证了新型空间矢量PWM算法的正确性和可行性。

三相高频链矩阵式逆变器的HPWM调制策略原理与实现

安全换流是制约矩阵式变换器实用化的关键问题,高频链与矩阵变换器相结合时,高频变压器环节更为换流增添了复杂因素。本文就三相高频链矩阵式逆变器的换流问题展开研究,针对电路拓扑的结构特点,运用解结耦思路以常规逆变器的角度分析和控制矩阵变换器,提出一种新型无谐振的混合脉宽调制策略,构建了核心的调制组合逻辑,详细分析了变压器高频交流周期内变换器的工作状态。运用该调制策略可以在没有任何辅助检测环节的条件下有效解决双向开关固有的换流问题,且能实现开关零电压或零电流动作。仿真和实验一致验证了所提出的调制方案和所设计的实现逻辑是可行与实用的。

一种用于三相高频链矩阵式逆变器的SPWM方法

高频链矩阵式逆变器(High Frequency Link Matrix Inverter,简称HFLMI)是一类可实现直流侧与交流侧电气隔离的高功率密度变换器,针对矩阵式逆变器的双向开关特征,运用解结耦分析思想,研究了一种新的适用于三相HFLMI的解结耦正弦脉宽调制(SPWM)策略。阐述了所提方案的基本控制思路,详细分析了在前级逆变器高频开关工作周期内高频链逆变电路的工作模态,给出实验结果。相关工作验证了解结耦SPWM的可行性与有效性。

用于电池储能系统的级联式电力电子变压器均衡及协调控制

针对用于电池储能系统的级联式电力电子变压器,提出基于混合脉宽多电平调制的电池均衡及协调控制策略。级联H桥采用混合脉宽调制可实现子模块功率双向独立调节,该策略利用这一特性对各电池单元进行差异化充放电及荷电状态均衡控制,同时保证系统总功率指令要求及网侧低谐波。为抑制混合脉宽调制时各H桥开关函数非线性时变及网侧功率指令变化引起的直流链电压波动,将整流级开关函数及功率指令作为前馈,提出了隔离双向DC/DC变换器的直流链电压协调控制方法。仿真和实验结果表明,所提控制策略可实现电池荷电状态曲线快速收敛及均衡、双向功率高性能控制以及直流链电压纹波有效抑制。

基于新型两步换流的高频链矩阵整流器控制

介绍了高频链矩阵整流器(HFLMR)的双极性电流空间矢量调制算法,提出了一种新型的两步换流方法,该方法无需输出电流方向的硬件检测电路,提高了换流过程的可靠性,降低了成本。提出了基于d-q坐标系的HFLMR闭环控制策略,能在宽负载变化范围内获得单位功率因数控制、高质量的输入电流和输出电压/电流。仿真结果验证了控制策略的正确性和有效性。

微网储能用高频链矩阵整流器的SPWM控制

以适配于微网直流储能环节的隔离型单位功率因数PWM整流器为研究对象,针对高频链矩阵式整流器的拓扑结构,提出一种基于电源电压绝对值逻辑的SPWM调制方法,阐述了其工作原理,分析了具体工作过程,进行了策略优化,并以实验进行了分析研究。所得结果表明,新型绝对值逻辑SPWM调制策略对高频链矩阵式整流器的控制是可行、有效的,有关研究工作可望为高品质微电网的储能功率变换器研究提供有益的参考。

高频链逆变器的全数字化混合SPWPM控制策略研究

对于高频链逆变器的控制,本文提出一种全数字化混合式正弦脉冲脉位调制(HSPWPM)控制策略,主变压器传递高频SPWPM波,根据输出电压和电流的极性对周波变换器的驱动逻辑进行分段控制,周波变换器的驱动脉冲为低频和高频调制的混合,推导了要满足电感电流磁通连续条件。介绍了该方法的工作原理,用Saber进行了仿真并制作了全桥-全波拓扑结构的300VA原理样机,仿真结果和实验验证了所提出方法的可行性,为进一步提高高频链逆变器的变换效率提供了一种新的方法。

不平衡电网下三相四桥臂高频链矩阵整流器及其解结耦鞍型波脉宽调制方法

为提高三相高频链矩阵整流器在不理想电网下的适用性,提出一种三相四桥臂高频链矩阵整流器拓扑,其在电压型三相三桥臂高频链矩阵整流器的基础上引入第四桥臂,旨在给输入不平衡的电流提供零序电流通路,进而提高其适用于不平衡电网的能力。为提高直流电压利用率,减小输入电流谐波,针对所提拓扑提出一种面向双向开关的数字实现式解结耦鞍型波脉宽调制(SAPWM)方法,其算法简便、灵活性强。为论证所提拓扑可分解为三个独立的单相高频链矩阵整流器,提出一种通过观测交流侧滤波电感两端电压波形来进行分析的新思路。最终实现了在电网电压一相跌落条件下仍能输出稳定的直流电压,输入电流谐波含量低且功率因数高。仿真和实验验证了所提拓扑及理论分析的可行性和有效性。

基于LCL滤波SPWPM高频链式矩阵变换器控制策略

提出一种新型的矩阵变换器控制策略。该控制策略通过有效变动SPWM波形的结构,得到使变压器工作于高频状态的SPWPM波形。将常规的SPWM波进行软化处理后,引入脉冲密度调制方式,使软化的SPWM波与双极性三态SPWPM波保持同步。并对正负极性调制后的软SP-WM波经过逻辑处理后,作为矩阵变换器开关管的驱动信号。矩阵变换器对SPWPM波形进行解调,恢复为常规的SPWM波形。对前级高频逆变桥工作于SPWM和SPWPM两种工作模式的输出波形进行了数学分析,证明了SPWPM波形中含有SPWM波的全部信息,但不含调制波的频率成分。因此更便于高频变压器进行能量传输。采用LCL三阶滤波器,较常规LC滤波器更能在高频段对高次谐波进行衰减。实验结果验证了理论分析的正确性和该控制策略的可行性。

基于电流空间矢量预测控制的HFLMR研究

高频链矩阵整流器是一种新型的电力电子变换器,具有体积小、重量轻、转换级数少和可靠性高等特点。分析了高频链矩阵整流器的双极性空间矢量调制策略,提出了基于参考输入电流空间矢量的预测控制算法,建立了基于该预测控制算法的高频链矩阵整流器系统仿真模型。该预测控制算法具有计算量小,开关频率固定,可靠性高等特点,能实现高频链矩阵整流器输入侧电流正弦、单位输入功率因数和稳定的输出直流电流。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

基于情感智能控制器的统一电能质量调节器

为解决统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner,UPQC)直流侧电压稳定控制问题,提出一种基于大脑情感学习的智能控制器(Brain Emotional Learning Based Intelligent Controller,BELBIC)新型控制策略。基于背靠背脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)变流器结构的UPQC电路系统,采用开关函数描述方法建立并联补偿控制和串联补偿控制电路的数学模型。根据大脑情感学习(Brain Emotional Learning,BEL)计算模型的结构特点和作用机理,提出基于BELBIC智能控制的UPQC系统多目标控制框图。仿真及实验结果表明可以实现电流和电压的补偿输出,直流侧电压稳定,系统具有良好的动静态特性,验证了所提方法的正确性和有效性。

高频链TSMC的双极型空间矢量调制

针对传统双级矩阵变换器电压传输比最大只能为0.866的问题,研究了高频链双级矩阵变换器(TSMC)的拓扑结构,它是从常规双级矩阵变换器发展而成的一种新型功率变换器,具有功率密度大,传输损耗低的特点,不仅可以实现输入输出级的电气隔离,还可以使电压传输比达到并超过1。本文提出了高频链TSMC的双极性空间矢量调制策略,即输入级双极性电流空间矢量和输出级双极性电压空间矢量相结合的协调控制策略,系统可实现输入级的零电流换流,高质量的输入电流和输出电压/电流,以及可调的输入功率因数。仿真结果验证了控制策略的正确性和有效性。

一种基于耦合电感的模块化多电平变流器控制

对一种新型结构MMC进行了原理分析,该结构采用耦合式(带中心抽头)桥臂电感,由于上、下桥臂的严格对称性,上、下桥臂基波电流反相,耦合电感的引入在很大程度上降低了桥臂单个电感上的压降,进而有效地抑制了桥臂环流。进一步对排序控制进行改进,改进后的排序法更利于上、下桥臂的充放电平衡,同时还能进一步稳定直流侧电流。最后利用Matlab/Simulink软件搭建了每相10个模块的MMC仿真模型。仿真结果表明了耦合电感结构的优势以及提出的改进排序法的有效性。

光纤隔离驱动在电磁发射机中的应用

为了实现对电磁发射机中功率器件的高精度控制,提出了采用光纤连接的方法实现功率驱动PWM信号的传送。设计了由HFBR-1527发送器、HFBR-2526接收器和高速驱动芯片TC4452组成的高速光纤隔离驱动电路。实验结果表明,该光纤驱动电路能够实现PWM信号的精确传送,延迟时间在100ns以内,抗干扰能力强。该高速光纤隔离驱动电路已经在电磁发射机的开发中得到应用。

基于PWM控制并联型APF的MATLAB仿真研究

分析了并联型有源电力滤波器的基本工作原理、系统结构和PWM控制的基本原理,采用基于瞬时无功功率理论的改进型ip-iq电流检测算法,建立了基于MATLAB仿真软件中电力系统仿真工具箱的PWM控制的并联型有源电力滤波器的仿真模型,并进行了仿真研究,给出了应用并联型有源电力滤波器抑制典型非线性谐波电流源负载对电网谐波电流污染的仿真模型,论述了连接电抗器值的大小对补偿装置性能的影响,通过仿真实验研究,结果证实了所提方案的正确性和可行性。