基于叠加原理的八开关三相逆变器全调制度范围内两种等效PWM算法

对八开关三相逆变器(ESTPI)两种基于不同基本电压矢量的全调制度范围空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法进行比较研究,在此基础上,为了提高ESTPI直流电压利用率,提出一种基于叠加原理的SVPWM过调制算法,进而得到ESTPI全调制度范围SVPWM算法,该算法根据调制度的大小,将整个ESTPI运行区域划分为线性调制区、过调制模式Ⅰ区和过调制模式Ⅱ区。从调制函数角度出发,基于PWM规则采样法,推导与SVPWM算法等效的载波脉宽调制(CBPWM)算法,并得到了随着调制度的变化,CBPWM算法调制函数的变化规律。仿真和实验结果表明,这两种算法作用下的输出线电压基波幅值与调制度呈线性关系,且最多能将其提高约10.2%。

三相八开关容错逆变器驱动PMSM系统模型预测直接转矩控制

针对三相八开关容错逆变器的PMSM驱动系统,提出模型预测转矩控制(MPTC)策略,并根据驱动系统的运行模式建立数学模型。取值设计复杂性和定子电流总谐波失真(THD)值的降低可利用改进型的MPTC策略来实现,且该策略还可减少磁链以及转矩脉动。利用电流反馈特性的容错控制可有效抑制直流侧母线电容分压不均衡的问题。通过仿真结果可知,该方法不仅具有良好的动态性能、较强的抗干扰性以及鲁棒性,还能降低其开关的损耗和定子电流的总谐波失真值,从而保证系统的可靠性和稳定性。

NPC型八开关三相逆变器输出电流不平衡的调制补偿算法

三相三电平中性点钳位(NPC)逆变器在单桥臂故障后可以重构为八开关三相逆变器,但此时直流侧电容充放电会引起中性点电位波动,导致三相输出电流不平衡。为此,基于空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM)算法提出一种电压矢量实时补偿策略。首先,基于八开关三相逆变器的工作原理,推导出直流侧中性点电位波动的机理及其引起输出电流不平衡的原因;然后,对中性点波动量进行陷波滤波,并通过设计比例控制器得到抑制输出不平衡的补偿量大小;接着用补偿后的电压矢量对SVPWM各扇区的矢量作用时间进行重构计算,实时更新电压矢量的作用时间。实验结果表明,该算法可以消除直流侧中性点电位波动引起的输出电流不平衡现象,且在负载和频率突变工况下具有良好的鲁棒性。

八开关三相逆变器-感应电机传动系统直接转矩控制算法

提出一种抑制直流侧电容电压波动的八开关三相逆变器(ESTPI)-感应电机(IM)传动系统直接转矩控制(DTC)算法。首先,详细分析在ESTPI各扇区内,电机转矩、磁链以及直流侧两电容电压的大小随所施加的基本电压矢量的变化情况。为实现在控制电机磁链和转矩的同时平衡直流侧两电容电压的目标,设计新的矢量选择开关表。然后,在传统DTC系统转矩、磁链滞环调节器的基础上增加电容电压滞环调节器,用滞环调节器直接控制ESTPI的开关状态。最后,通过仿真和实验验证了所提算法的正确性和有效性。

基于分数阶滑模观测器的三相八开关容错逆变器驱动永磁同步电机系统无传感器FCS–MPC

针对三相八开关容错逆变器的永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)驱动系统,基于分数阶滑模变结构技术,提出了一种新颖的无速度传感器有限控制集模型预测控制(finite-control-set model predictive control,FCS–MPC)策略.通过驱动系统的运行模式建立三相八开关逆变器和永磁同步电机的数学模型;采用分数阶滑模变结构方法构造PMSM系统转速和反电动势的观测器,以实现对系统转速和反电动势快速准确地实时估计;利用改进型的FCS–MPC策略,以达到减少控制系统计算量和电磁转矩脉动的目的,与此同时,本文中的电流反馈特性的容错控制可有效抑制直流侧母线电容分压不均衡对系统运行产生的不利影响.仿真结果表明,该方法能够保证八开关容错逆变器驱动PMSM系统可靠稳定运行、具有良好的动态性能,并能降低定子电流总谐波失真值.

三相八开关容错逆变器的PMSM驱动系统FCS-MPC策略

针对PNC型三电平逆变器单桥臂故障和母线电压分压不均衡等问题,研究了驱动系统在故障状态下的运行模式,提出了一种基于电流反馈特性的三相八开关容错逆变器(TPESFTI)的驱动控制策略,并构建其拓扑结构和输出电压模型;结合模型预测控制理论和扩张状态观测器(ESO)技术,提出了一种TPESFTI的PMSM驱动系统有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略。考虑系统参数变化对反电动势的影响,利用ESO方法,实现了对反电动势进行实时性估计;同时采用FCS-MPC中目标函数的非线性约束项来降低逆变器的开关频率。仿真结果表明,该控制策略能够确保TPESFTI的PMSM驱动系统稳定可靠运行,并且能有效地抑制母线电容分压不均对系统的影响以及降低开关损耗,同时具有良好的动态性能、较强的抗负载能力和鲁棒性。

无权重系数的三相八开关模型预测电流控制

针对三相八开关容错逆变器(ESTPI),提出一种能够抑制直流侧两电容电压不平衡同时无需调整权重系数的模型预测电流控制方法。首先,基于三电平中点钳位型逆变器,分析三相八开关逆变器的拓扑结构与数学模型、电容电压不平衡的原理及构建其数学模型;其次,利用已知的阻感负载数学模型预测电流,为使系统能够在容错控制后稳定运行,以抑制电压不平衡以及控制电流为目的,构建传统模型预测电流控制的代价函数;然后,为消去权重系数,分析与构建出无权重系数的代价函数,考虑实际应用,对系统进行延时补偿,在传统的模型预测电流控制与已分析得到的数学模型的基础上,搭建所提出方法的系统模型;最后,通过仿真验证所提算法的正确性与有效性。

两电平与三电平NPC逆变器单桥臂故障重构拓扑SVPWM算法比较研究

四开关三相逆变器(four-switch three-phase inverter,FSTPI)和八开关三相逆变器(eight-switch three-phase inverter,ESTPI)分别为两电平逆变器和三电平中点钳位型(neutral-point-clamped,NPC)逆变器的单桥臂故障重构拓扑,不同故障重构桥臂对应不同的FSTPI和ESTPI拓扑。在分析二者工作原理的基础上,对所有FSTPI和ESTPI的拓扑、空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)算法及其等效载波脉宽调制(carrier-based pulse width modulation,CBPWM)算法进行比较研究。理论研究表明,所有FSTPI和ESTPI都可等效为施加某些限制条件的三电平NPC逆变器拓扑,且直流电压利用率为其一半。这些FSTPI和ESTPI的SVPWM算法都分别互相等效,并且这6种拓扑的SVPWM算法等效CBPWM算法都是以两个相同的相位相差π/3的正弦波为两相调制函数与三角载波进行比较,不同之处仅在于三角载波个数。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性与有效性。

NPC三电平容错逆变器异步电机驱动系统FCS-MPTC

针对异步电机(IM)驱动系统中NPC型三电平逆变器的某桥臂故障问题,提出一种三相八开关容错逆变器(TPESFTI)控制策略。通过搭建拓扑结构和输出电压模型发现TPESFTI存在直流侧电容电压不平衡的问题,基于此又提出由于延迟补偿的有限控制集模型预测直接转矩控制(FCS-MPTC)策略。FCS-MPTC策略能够利用其目标函数的非线性约束项来抑制母线电容分压不均衡、同时考虑模型控制的运算量和系统迟延等不利影响。通过进行仿真验证,研究结果表明:该控制策略能够确保系统稳定可靠运行,具有良好的动态性能,且有效地抑制母线电容分压不均对系统的影响,验证所提控制策略的可靠和有效性。

基于滑模控制的TPESFTI驱动DFIG系统FCS-MPC

针对双馈异步风力发电机(DFIG)系统中机侧PNC型三电平逆变器的某桥臂发生故障时,提出了一种三相八开关容错逆变器(TPESFTI)控制策略,并给出了其拓扑结构和输出电压模型;考虑TPESFTI中母线电压分压不均衡等问题,研究分析直流侧电容电压不平衡的原因,给出了其相应的不平衡电压动态模型,并利用有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)中目标函数的非线性约束项来抑制母线电容分压不均衡对系统的不利影响;同时为了提高FCS-MPC策略的性能,提出了基于滑模控制的FCS-MPC策略。仿真结果表明,该方法不仅能够确保DFIG系统稳定运行,并且能对母线电容电压不平衡进行有效抑制,同时具有良好的动态性能和较强的抗负载能力,进一步验证该控制策略的可靠性和有效性。