基于开绕组电机的电动汽车双电池集成充电系统准直接功率控制

针对基于开绕组永磁同步电机和双电池组驱动的电动汽车提出一种集成化充电拓扑,充电运行时将双逆变器和电机绕组复用为双PWM整流器及其输入侧滤波电感。在三相电压源型整流器(VSR)和开绕组永磁电机数学模型的基础上,将电网坐标系和电机坐标系相统一,分析了充电状态下的电磁转矩。实际运行时存在双电池剩余电量不相等的情况,导致充电时双通道功率不平衡,因此设计了一种准直接功率控制策略,以解决功率不平衡带来的转矩脉动问题。最后通过仿真和实验验证了该集成化充电拓扑的可行性。

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.

PWM整流器在静止坐标系下的准直接功率控制

关于三相电压型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器的控制方法一般采用两相旋转坐标系实施控制。一个主要原因是在同步旋转坐标系中电压、电流等变量在稳态时表现为直流信号,可以采用获得广泛应用的PI调节器达到稳态无静差控制。通过分析电压型PWM整流器的瞬时功率,在两相静止坐标系下提出一种新型的准直接功率控制策略。与传统的方法相比,省去了电网电压相位信息检测(如锁相环等)、电流环解耦控制以及旋转坐标变换,减少了检测环节误差带来的干扰以及参数不准确造成的解耦不彻底问题,提高了系统的稳定性,在两相静止坐标系下即可实现PWM整流器在电网侧单位功率因数运行。同时,对采用谐振控制器时,内外环控制器参数的设计进行理论分析并提出参数设计方法。计算机仿真与30kVA三相PWM整流器上的实验结果表明,本文提出方法性能优良、动态响应迅速。

三相电压型PWM变流器自然坐标准直接功率控制

为降低三相电压型PWM变流器直接功率控制系统复杂度,提出一种自然坐标(abc坐标)系下的准直接功率控制策略。该策略采用直接电流控制方式,根据自然坐标系下的瞬时功率理论,由功率给定值计算电流环的参考值,通过控制电流来间接控制功率。相比传统方法,所提控制策略在实现功率解耦控制的同时省去了电网相位检测和坐标变换,功率解耦各变量物理意义清晰明确、易于理解且PWM为定频调制方式。实验结果表明,所提策略可实现三相电压型PWM变流器功率解耦控制,并具有较好的鲁棒性能。

无电压传感器的准直接功率并网变流器控制方法

针对传统基于虚拟电机磁链的无电压传感器方法电压波动较大问题,结合二阶广义积分原理与占空比信号提出一种电压观测器以代替电压传感器获取更加精准的网侧电压信息。依据瞬时功率理论,在两相静止坐标系下,采用基于PQ开环的准直接功率电压定向控制策略,实现了并网变流器的四象限工作状态运行,电流内环采用比例谐振控制器保证指令电流快速无差跟踪。对比分析网侧电压信号谐波畸变率,实验波形表明:所提方法不需要电压传感器与电流解耦控制环节,且谐波含量低,可获得较传统方法更准确的网侧电压信号,提高了系统运行的稳定性与可靠性。

基于准直接功率的光伏并网逆变器的研究

针对三相光伏并网逆变系统中,电流闭环矢量控制动态响应慢,直接功率控制开关频率不固定的缺点,通过对瞬时功率理论进行分析,结合以上两种控制策略的优点,提出一种定开关频率下的准直接功率控制策略。该控制策略具有动态响应快、开关频率固定和电流正弦度高的优点。实验结果表明该控制策略正确、有效,且具有良好的静、动态特性。

单相H桥型MMC直接功率控制策略研究

针对模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的研究主要集中在三相系统,很少有文献对单相MMC展开分析研究。文章分析了一种单相H桥型MMC的拓扑结构,建立其数学模型;通过构造和实际交流量成正交关系的虚拟交流量,提出一种基于αβ坐标系的直接功率控制(Direct Power Control,DPC)策略;单相MMC桥臂电流中的二次分量将流入直流侧,为此利用准比例谐振控制器设计环流抑制器;最后在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,结果验证了所提出控制策略的有效性。

三相储能型准Z源并网逆变器有限开关序列模型预测直接功率控制

以三相储能型准Z源并网逆变器为研究对象,以提高逆变器的响应速度,实现多目标协同控制为研究目标。首先,推导了三相储能型准Z源并网逆变器的离散化数学模型;然后,介绍了传统的有限集模型预测直接功率控制(finite control set model predictive direct power control, FCS-MPDPC)策略。为了克服传统FCS-MPDPC策略开关频率不固定,电流谐波分布无规律,控制精度依赖于高采样频率的缺点,提出了一种有限开关序列模型预测直接功率控制(finite switching sequence model predictive direct power control,FSS-MPDPC)策略;最后,通过实验对FCS-MPDPC策略和FSS-MPDPC策略进行了对比验证,结果证明了所提控制策略的有效性。

三电平NPC型PWM整流器开关频率准固定直接功率控制策略研究

与传统两电平整流器相比,三电平NPC型PWM整流器具有功率因数可调、网侧电流谐波小、能量可以双向流动以及器件承受电压应力小等特点。当PWM整流器应用于电动汽车恒功率充电时,传统的直接电流控制策略将导致功率的二次波动。本文研究了适用于恒功率负载的三电平NPC型PWM整流器直接功率控制策略。针对传统三电平直接功率控制导致器件开关频率不固定这一实际问题,本文提出了一种新型开关频率准固定直接功率控制策略,通过引入矢量作用时间占空比来减小器件开关频率的波动。仿真结果表明,与传统的直接功率控制策略相比,本文提出的开关频率准固定直接功率控制策略能优化功率器件的开关频率和输出电压的THD特性。

基于无源控制理论的准Z源超导磁储能系统

超导磁储能(superconductivity magnetic energy storage,SMES)系统通过变流器来实现电网与超导磁体的功率交换。但传统的储能变流器存在输出电压范围有限以及桥臂上下开关易受干扰造成直通而损坏的问题。为实现超导磁储能系统的安全稳定运行,提出了基于双向准Z源变流器(quasi-Z source converter,QZSC)的超导磁储能系统,并针对QZSC-SMES系统的非线性、强耦合特点,在QZSC-SMES系统的交流侧变流器和直流侧斩波器采用基于欧拉−拉格朗日(Euler-Lagrange,E-L)模型的无源控制策略。仿真结果验证了所提QZSC-SMES拓扑及其控制策略的有效性:系统可以快速准确跟踪有功无功指令,相比传统PI控制,系统具有更低的并网谐波含量、更好的动态性能和更强的鲁棒性。

基于准PR控制的锂电池储能并网系统功率控制

传统PQ控制下的锂电池储能系统需引入直流解耦分量,导致并网电能质量动态功率补偿性能受到影响,且控制结构较复杂。文章提出准比例谐振(PR)控制的锂电池储能并网系统的直接功率控制策略。该策略无需内环解耦,省去了锁相环的使用,简化了传统PQ控制的结构,彻底避免了控制系统内环直流解耦分量对控制系统的影响,实现了对交流量的无静差跟踪,使并网电能质量和功率动态响应速度有一定的提高。此外,提出一种全新的参数整定方法对准PR控制器的参数进行设计,以保证控制系统的稳定性和可靠性。构建改进后的锂电池储能并网系统仿真模型,验证了所设计并网系统的可行性和有效性。

三相Vienna整流器自抗扰准PR控制

三相六开关Vienna整流器在采用传统PI双闭环控制器进行控制时,存在参数整定复杂、直流侧电压超调量大、抗干扰能力差等问题。为此,提出了一种自抗扰准PR控制策略。基于直接功率控制理论,外环采用自抗扰控制降低直流侧电压超调量,提高系统抗干扰能力;内环采用准PR控制器实现电流控制器的无静差跟踪,抑制谐波分量。通过在Matlab/Simulink中搭建三相六开关Vienna整流器的自抗扰准PR控制系统仿真模型,验证了控制策略的正确性与有效性。

电网不平衡下的Vienna整流器网压重构控制策略

在电网不平衡条件下,三相Vienna整流器多数采用网侧电压延迟90°或正负序分离法实现对正负序分量进行控制,而对正负序分量分别控制会增加控制系统复杂性并降低控制效果。为此提出了一种电网不平衡下的Vienna整流器网压重构控制策略,通过对网侧电压进行重构,使输入至内环的参考电压为平衡电压,实现Vienna整流器的稳定运行。电流内环采用将多个准比例谐振控制器级联,可实现电流控制器的无静差跟踪并抑制多次谐波分量,提高网侧输入电流总谐波失真(total harmonic distortion,THD)。直流侧电压外环采用滑模变控制,克服了PI控制器参数整定复杂与高超调量等问题。同时,在电网不平衡条件下也具有良好的暂态、稳态性能。最后,在Simulink中进行仿真分析并搭建实验平台进行验证。结果表明,该控制策略减小了网侧输入电流的谐波含量,且提高了Vienna整流器的抗干扰性能,具有良好的鲁棒性与稳定性。