Control of Unit Power Factor PWM Rectifier

To solve the problem of harmonic pollution to the power grid that caused by traditional diode rectifier and phase controlled rectifier, the unit power factor PWM rectifier is designed. The topology structure of the rectifier circuit is introduced and the double closed-loop control strategy in three-phase stationary coordinate system is analyzed. For the deficiency of control strategy, the control strategy in two-phase synchronous rotating coordinate system is proposed. This makes the independent control of active current and reactive current to be realized. The simulation model of the PWM rectifier is built and the effectiveness of the control method proposed in this paper is verified by simulation.

新型双定子无刷双馈风力发电机直接功率控制

新型双定子无刷双馈发电机包括内外功率绕组和内外控制绕组,二者分别通过中间带隔磁环的背靠背笼障转子进行磁场耦合。针对该新型双定子无刷双馈风力发电机提出一种直接功率控制方法,内外功率绕组及内外控制绕组分别串联以保持各自同相绕组的电磁一致性,将功率绕组有功和无功功率滞环比较器输出值及控制绕组磁链扇区号综合,采用查找表得到控制绕组机侧变流器所需输出的电压空间矢量。通过定量对比研究12/8极50 kW样机控制系统阶跃信号作用下的特性仿真与实验结果,验证了所提双定子无刷双馈风力发电机直接功率控制在亚同步~超同步速度变化范围内变速恒频发电、最大功率跟踪、无功功率与单位功率因数控制等方面的正确性、可行性和有效性。

基于电压功率角前馈的永磁同步电机单位功率因数控制策略研究

传统的基于电压矢量定向的单位功率因数控制策略仅适用于永磁同步电机(permanentmagnetsynchronousmachine,PMSM)/变流器系统交流侧接入电网、频率相对固定条件下的应用,而适用于变频控制的策略存在系统参数依赖性强的问题。该文从PMSM/变流器系统变速、变频发电运行的实际需求出发,在分析系统单位功率因数发电运行状态下的电流、电压特性基础上,提出一种不依赖于电机及变流器参数的单位功率因数电流控制策略,所提方案基于电压功率角前馈思想,通过对内功率因数角的预测来实现对PMSM/整流器系统单位功率因数运行的控制。在实验室搭建策略仿真以及系统性能测试小功率实验台,进行策略仿真和实验验证工作。在此基础上,将所提控制策略在工程项目中进行实际应用,完成额定功率380kW的"交–直–交"级联系统满功率工况实验,并对系统进行13h不间断运行耐久性考核。实验室研究及工程应用结果表明:所提出的单位功率因数电流控制策略不依赖于系统的参数,在不影响直流电压控制精度的前提下,可以满足PMSM/整流器系统变频变速运行工况下的单位功率因数控制需求,系统具有良好的动静态性能。

一种考虑电池自身特性的电流源型充电系统

基于三相电流源型整流器(CSR)提出一种考虑电池内部特性的快速充电系统,包括变恒流(VCC)与恒压(CV)两种充电模式。针对VCC模式,引入电池二阶Thevenin电路模型,并根据实验数据构建电池在不同充电电流下的极化电压与SOC的关系曲线;将极化电压及其变化率作为输入量,利用模糊控制器推导出下一时刻的参考充电电流;当电池电压升至截止电压时,系统转为CV模式。针对两种控制模式,基于电压定向建立具有功率因数延迟角自调节能力的间接电流控制策略。在频域内,借助Matlab/SISO设计工具,对电流内环、电压外环控制器参数进行优化配置。最后,通过仿真与实验验证了所提方法的正确性与可行性。

基于鲁棒变结构的直驱风电机组单位功率因数控制

针对直驱式永磁同步风电机组在控制中存在的一些不确定性因素,如因机舱温度升高使得永磁同步发电机的固有参数发生变化以及风速变化引起的扰动等,提出一种鲁棒变结构的控制策略,结合基于定子磁链定向的单位功率因数控制,并依据电压锁相原理实现了定子磁链的位置观测。与传统的控制方案相比,不仅可以实现单位功率因数控制,获得较好的跟踪精度及动态品质,而且依据所提方法设计的鲁棒变结构控制器能够使整个闭环系统全局稳定,且具备较强的鲁棒性。

无变压器型单相光伏并网逆变器的设计

为满足家用小功率光伏并网的需求,研究设计了一款2 k W的无变压器型单相光伏并网逆变器。给出了光伏并网逆变器的拓扑结构,详细分析了光伏逆变器的MPPT原理,并通过Boost电路及扰动观察法来实现MPPT过程。在光伏并网过程中,并网逆变器采用了电流的无差拍以及电压电流双循环的控制策略实现了单位功率因数并网,最后通过实验验证该逆变器的可行性。

功率解耦后三相-单相矩阵变换器的闭环控制策略

三相-单相矩阵变换器(3-1 MC)不含母线电容,单相脉动功率直接耦合到输入侧,导致三相输入电流谐波含量高、输入源容量要求大。因此,文章研究了含功率解耦电路的3-1 MC拓扑,该拓扑下单相脉动功率流入功率解耦电路并构成能量流通回路,根本上解决了脉动功率对输入侧的影响。但是,3-1 MC功率解耦拓扑中增加了功率开关,影响变换器的闭环设计。于是,文章利用开关器件平均模型法逐步简化3-1 MC功率解耦拓扑的数学模型,建立变换器dq轴坐标系下的小信号模型,结合小信号模型的特点和传递函数,提出一种虚拟直流母线电压反馈的闭环控制策略并研究控制参数设计方法。最后,实验结果表明该种闭环策略能有效控制3-1 MC功率解耦拓扑,具有良好的动静态特性。

一种基于改进预测电流控制的Vienna整流器设计

为了将直流母线电压维持在所需的水平,并更好实现整流器的单位功率因数运行,基于预测控制设计实现了三相Vienna整流器的电流控制策略。提出一种改进预测电流控制算法,在每个开关周期的开始,计算整流器平均电压矢量,同时在开关周期结束时消除输入电流矢量分量的跟踪误差,输出矢量再以空间矢量调制SVPWM方法得到调制波,经过驱动电路实现对开关器件MOSFET的控制。基于改进预测电流控制设计了三相Vienna的仿真与实验平台,结果展现了其在动态和稳态下的良好性能。

一种新型抽油机节能控制装置

针对现有抽油机电驱动装置效率和功率因数低、耗能严重的问题,研制了一种新型抽油机节能控制装置。该装置根据抽油机负载的周期性变化,通过单片机应用C语言编程计算电动机的铜损耗和铁损耗,可时刻保证抽油机驱动电动机运行在铜损耗等于铁损耗的最低损耗状态,降低抽油机的总损耗,提高其工作效率和功率因数,有较好的节能效果。试验结果表明,该节能控制装置可减小电动机启动电流,延长电动机寿命;在抽油机的整个工作周期中不改变电动机的转速,不影响抽油机的采油效率;具有缺相、过载等保护功能,可有效、及时地防止电动机在缺相和过载时遭到损坏。

大功率HID灯数字式电子镇流器研究

针对1kW农用高压钠灯、高强度气体放电(HID)金卤灯,开发出了适合220V交流输入的1kW数字式电子镇流器;设计了基于临界模式Boost型有源功率因数校正(PFC)控制器MC33262的PFC环节,效率达到97%,功率因数近似为1。全桥逆变器工作在LC谐振网络的感性区,降低了开关管的开通损耗,整机效率达到96.5%。利用单片机实现了负载开路、短路的保护,以及精确的输出功率闭环控制。

PWM整流器在双馈风力发电机励磁调节中的应用

基于三相电压型PWM整流器的d-q模型,详细分析了PWM整流器的双闭环控制原理,提出了d、q轴电流的状态解耦控制策略及提高抗扰动性能的前馈控制策略,将PWM整流器应用于双馈风力发电机系统。通过仿真及实验,表明该变换器能够获得单位功率因数的正弦输入电流和稳定的直流输出电压,能够实现能量的双向流动,具有良好的动、静态特性,能够满足风力发电机系统的要求。

有源中点箝位型五电平整流器DPC-SVM控制研究

在高电压领域,有源中点箝位型五电平(ANPC-5L)整流器比三电平更具优势。对大功率ANPC-5L PWM整流器主电路拓扑进行分析,提出一种适用于该拓扑结构的五电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制算法。通过建立五电平整流器数学模型,为整流器系统的设计奠定了理论基础;根据瞬时功率理论,计算出系统所需的有功、无功功率,并采用SVPWM控制方法实现了ANPC-5L的定频控制、高动态性能及单位功率因数控制;最后,通过实验验证了所提SVPWM控制策略及该定频直接功率控制(DPC)方法的正确性和有效性。

抽油机节能控制柜的研制

针对抽油机功率因数低、能耗高等问题,研制了抽油机专用节能控制柜。该系统通过检测负载电流,经隔离后送入控制器,根据负载状况产生控制信号,使晶闸管按照负载变化控制导通角,实现电动机输出功率与负荷变化的跟踪,从而减少了能量的浪费,提高了系统的功率因数,具有较好的节能效果。该设备已经应用于大庆油田采油二厂32 kW电动机,取得了较好的经济效益。

基于电流型变换器风力发电系统PMSG的SVM-DTC控制方法

针对基于电流型变流器的直驱风电系统中的永磁同步发电机(permanent magnetic synchronous generator,PMSG)控制系统,提出一种基于定子磁链定向的空间矢量调制直接转矩控制(space vector modulation direct torque control,SVM-DTC)算法,根据该算法,通过合成的电流空间矢量可完全补偿电机的转矩和磁链与参考值之间的误差,同时能保证功率器件开关频率的恒定。其中定子磁链估计采用自适应补偿的改进积分算法,解决了纯积分存在直流偏移和低通滤波存在幅值与相位误差的缺陷,从而达到高性能的DTC效果。仿真与实验结果表明,基于定子磁链定向的SVM-DTC算法能有效提高系统的动静态性能且易于实现机侧的单位功率因数控制。

LCL型整流/回馈单元在通用变频器中的应用研究

针对交直交通用变频器的二极管整流能量单相流动、电流谐波大等问题,设计了一种电压型PWM整流/回馈并网单元。该设计具有能量双向流动、功率因数可控、电网端电流接近正弦特点。为满足规定的电流谐波小要求,需要在电路上加入滤波器。LCL滤波器对高频谐波抑制效果明显,而且比单电感滤波在相同谐波标准下具有较强优势。在分析了基于LCL无源滤波器的PWM整流/回馈并网装置的数学模型基础上,结合模型设计双闭环控制结构,根据谐波要求对滤波器各参数进行分析设计。仿真结果表明:整流器可使网侧电流正弦化,系统实现高功率因数运行。

单相PWM整流器前馈解耦控制策略研究

考虑到单相电压型PWM整流器只有一相的特殊性,提出了一种基于旋转坐标变换的前馈解耦控制策略,通过构建正交虚拟电流完成网侧电流的单相旋转坐标变换和采用前馈解耦控制,实现网侧电流的矢量控制和稳定直流母线电压。在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型和基于RT-LAB的半实物仿真实验平台,结果表明该控制策略能够满足系统要求,验证了所提出的控制策略的正确性和有效性。

基于输入输出线性化电流控制的PWM整流器

由于三相PWM整流器采用传统单一控制策略,故难以满足实际工程对性能的要求,为此在建立三相PWM整流器数学模型的基础上,设计了电压和电流双闭环控制系统。针对电流内环控制中,系统存在不确定扰动,基于输入输出线性化,给出了电流控制器设计方法,并进行了实验。实验波形表明,三相PWM整流器直流输出电压稳定,网侧输入电流正弦化,且功率因数接近1,从而证明该系统具有较好的鲁棒性和动态性能。

单相PWM整流器控制策略的研究与应用

在分析单相PWM整流器运行和控制原理的基础上,提出单相电压型PWM整流器的变参数PI控制策略,根据电压偏差的大小对整流器的电压外环PI调节器参数进行实时调整以适应PWM整流器的不同工作状态。采用直接电流控制方法对变参数PI控制策略的控制效果进行了仿真分析和实验验证。仿真和实验结果显示相对于传统PI控制方法,该控制策略在保证网侧电流单位功率因数的前提下能够大大改善网侧电流波形,且有较高的静、动态性能。

基于DSP的高性能单位功率因数整流器

在建立三相PWM整流器dq模型的基础上,提出了一种电压PI控制和基于输入输出线性化电流控制的PWM整流器混合控制策略,来实现整流器的高性能特性,并构建了基于DSP的PWM整流器实验装置,介绍了整流器的硬件和软件设计。实验结果验证了控制策略的有效性,PWM整流器的动态性能较好,直流输出电压稳定,网侧输入电流正弦化,且功率因数接近于1。

三相Z源逆变器的模型预测控制

模型预测控制因其本身具有快速跟踪响应能力而广泛应用于电力电子领域。本文提出一种基于模型预测控制的三相Z源永磁直驱风力发电系统并网控制方法。针对三相Z源逆变器的特点,在每个采样周期内,使用预测模型对Z源逆变器的9种开关状态进行滚动计算,根据最小化代价函数的原则,选择合适的开关状态,无须经过调制器直接将驱动脉冲输送到逆变桥,成功控制Z源网络电容电压和并网有功功率,实现系统单位功率因数并网。最后在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,结果表明,采用模型预测控制的三相Z源逆变器可直接调控并网有功功率,且具有良好的动态性能。仿真验证了理论分析的正确性和有效性。