基于单一矢量的两电平逆变器快速模型预测控制

近年来被广泛应用于两电平逆变器(2L-VSI)控制的有限集模型预测控制(FCS-MPC)算法,由于存在计算量大、权重因子分配复杂等问题,严重限制了其实用性。该文结合无差拍控制思想提出一种基于单一矢量的快速模型预测控制(F-MPC)算法,与传统FCS-MPC需要8次预测才能得到最优矢量相比,该算法只需1次预测和矢量定位即可确定最优矢量,在大幅度降低计算量的同时保证了与FCS-MPC在两种单一电流控制代价函数形式下的等价性。在此基础上,当两电平逆变器的开关频率和电流一起作为控制目标时,该算法通过简单地调整滞环区域宽度解决了权重因子分配复杂的问题。该文从稳态、动态性能等方面对F-MPC和FCS-MPC算法进行单一控制目标下的等价性验证;同时验证了F-MPC算法的多变量控制能力。仿真和实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。

三相两电平逆变器状态方程模型预测控制方法研究

本文以三相两电平逆变器为研究对象,提出了一种基于其状态方程的模型预测控制方法。在αβ坐标下,构建两电平逆变器的状态方程,构建控制系统预测模型,并根据预测控制器的优化性能指标对电压矢量进行在线评估,选择最优的开关状态信号,从而实现了给定电流参考值的快速跟踪。在MATLAB/SIMULINK上,对模型预测控制和传统控制策略分别进行对比仿真分析,结果表明:模型预测控制策略能够准确地跟踪给定参考值,预测控制完成i_α和i_β电流的内部解耦后,动态响应很快,具有良好的控制性能,验证了该方案的可行性和正确性。

两电平逆变器长时域有限控制集模型预测控制

传统的长时域有限控制集模型预测控制(LHFCS-MPC)采用穷举法来实现。由于其计算量随着预测时域的增加而呈指数增长,难以应用到逆变器控制系统中。针对这一问题,提出了一种新的LHFCS-MPC算法。利用球形译码思想,缩小了最优解的搜索范围,显著提高了算法搜索最优解的效率;结合回溯法的深度优先搜索策略,进一步降低了算法的计算量。同时,为了确保算法在每个采样周期内都能维持较低的计算量,给出了初始和动态时算法预测时域的切换策略。利用该LHFCS-MPC算法,实现了两电平逆变器的电流控制,并搭建仿真模型进行验证。仿真结果表明,其计算量比穷举法降低了2个数量级;与比例积分(PI)控制相比,该算法具有更优的静态和动态性能。该算法对于扩大LHFCS-MPC的工程适用范围(如高采样率或动态变化很快的场合)具有实际意义。

SHEPWM算法在三相两电平逆变器降低电压THD中的研究

在确定每个波形谐波含量时,总谐波失真(THD)是最常用的一个标准。通常使用的传统的THD计算方法由于没有考虑所有次谐波,因此得到的只是近似的结果。本文以三相两电平逆变器为研究对象,对特定消谐技术(SHEPWM)下的输出相电压和线电压THD进行了分析、计算和验证。针对传统的线电压THD时要分离三次谐波的情况,提出了一种新的通用解析表达式。并在MATLAB中与传统计算方法做了比较和验证,同时用MATLAB/Simulink搭建仿真模型,通过仿真结果进一步证明了新的计算方式的准确性和简便性。

基于Bessel函数的两电平逆变器TCPWM输出频谱特性分析

提出了基于第一类整数型线性相关Bessel函数解的三角复合函数单边无穷级数表示方法。首先阐述了传统谐波理论分析原理与局限性;随后基于广义二项式定理给出高次初等三角函数Maclaurin展开式,利用Bessel等效幂函数特点对复合函数进行等价变化,得出输出谐波的简化表达式;最后分析比较了单相半桥与三相两电平逆变器在TCPWM方式下的输出频谱特性,并使用Matlab进行仿真,在验证了理论正确性的同时,填补了PWM逆变电路输出特性分析领域理论支撑的空白。

三相两电平逆变器短路故障快速识别算法研究

传统基于三相电流的开路故障检测方法只适用于单管开路故障,也就是通常所说的开路故障一类。本文在学者们研究的基础上,首先对电机三相定子电流进行采集,基于坐标转换计算,将开路故障检测的输入量计算出来,其次,运用归一化处理的方式将检测变量以及辅助检测变量aabc计算出来,将阈值同辅助检测变量进行对比,从而得出故障指示,以故障指示Aabc和Dabc为依据,借助于故障定位表,查找出发生开路故障的开关管。仿真实验结果表明,本文提出的短路故障算法故障识别准确率良好。

一种端电压直接合成的两电平逆变器PWM算法

SVPWM控制以其较高质量的输出电压获得了广泛的引用,但存在算法复杂的缺点。针对其缺点,本文研究了一种基于端电压直接合成的PWM算法,通过对传统SVPWM算法伏秒平衡式的推导,强化约束条件,获得了新的伏秒平衡规则,简化了计算过程,减少了计算时间。此外,本文在此算法基础上推导了其最大调制度,并提出了窄脉冲补偿方法。最后,将此算法成功应用到两电平逆变器控制中,实验结果证明了控制算法的有效性。

两电平电压型逆变器的SVPWM控制仿真

电压空间矢量脉宽调制（SPace Vector PWM，SVPWM）控制技术也称为磁链跟踪控制技术，它是从控制交流电动机的角度出发，最终目的是在电动机气隙空间形成旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。空间矢量脉宽调制方法凭借其优越的性能指标、易于数字化实现等特点，自提出以来就成为研究的热点，不仅可以应用在各种交流电气传动系统中，

两电平并网逆变器模型预测控制研究

模型预测控制是基于数学公式在有限时间内预测变量未来的状态,然后根据价值函数最小值选择电压矢量,相应的最优开关状态作用于逆变器。介绍了在基于两相静止坐标系下的两电平并网逆变器模型预测控制,可通过程序实现功能,不需要以往的脉冲宽度调节或内环调节,方法简单,实现容易,效果好。最后通过MATLAB/Simulink搭建模型并进行仿真分析,结果表明模型预测控制可以很好地跟踪参考电流,谐波畸变率比较低,达到并网的要求,有很好的稳态性能。

三相两电平并网逆变器双闭环控制策略研究

并网逆变器作为新能源发电系统的核心装置,是新能源转换为电能的关键所在。针对三相两电平并网逆变器,首先建立了其数学模型,然后采用了基于电流内环、电压外环的双闭环控制策略,最后在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型,仿真结果证明了控制策略的正确性与有效性。

基于逆变器多模态输出电压的IGBT微小故障特征提取

针对逆变器IGBT模块发生微小故障引起特征信号变化,相较于电路正常运行信号十分微弱、难以检测的问题,提出一种通过采样逆变器端口输出电压来提取IGBT微小故障特征参数的方法。方波控制策略下,逆变器输出电压包含稳态和暂态两种工作模态,可进一步划分为6个暂态模态和6个稳态模态,因此利用Elman神经网络完成工作模态划分。暂态工作模态中,通过将开关状态下的逆变器等效成二阶系统,完成系统的参数辨识;基于此提出一种输出电压原始数据和系统辨识参数相融合的方法,提取二阶系统的超调量、峰值时间以及暂态电压斜率作为暂态故障特征参数,既降低了实际系统原始数据噪声的干扰,又避免了等效二阶系统参数辨识误差对故障特征提取效果的影响。仿真和实验验证了所提方法的有效性。

基于小波分析的动车组牵引逆变器故障诊断研究

牵引逆变器作为动车组电力牵引传动系统实现能量转化的重要部件,其工作性能直接影响动车组运行安全。因此,对动车组牵引逆变器进行故障诊断研究具有重大意义。针对牵引逆变器在不同故障模式下电流输出波形变化小、故障检测难等问题,提出基于小波分析的动车组逆变器功率回路故障检测方法:分析逆变器关键部件IGBT的故障机理,基于MAT⁃LAB/Simulink平台进行故障仿真,得到IGBT在各种开路故障模式下的输出波形;利用小波分析对其波形进行分解,对混有噪声的信号进行小波对称变换,观察突变信号的位置,判定故障发生原因;选取小波分解后的三相电流低频能量值和比例系数P进行故障定位,实现故障诊断。

逆变器供电三相电机的共模抑制SVPWM

针对两电平逆变器供电的三相电机采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)时存在共模电压幅值大、频率高的问题,提出了一种共模抑制SVPWM方法。该方法将常规SVPWM的六个扇区旋转30°得到新的六个扇区,在奇数编号扇区只采用奇数下标的三个非零矢量进行合成,在偶数编号扇区只采用偶数下标的三个非零矢量进行合成;给出了每个扇区三个非零矢量的作用时间。仿真与实验结果表明,与常规SVPWM相比,共模抑制SVPWM的共模电压幅值减小了66.67%,频率由原来的开关频率值降低至三倍基波频率值,且电机的电流、转矩和转速等性能依然保持良好。

地铁辅助逆变电源的研究

机车辅助逆变电源是机车上不可缺少的构成器件,地铁车辆稳定安全的运行依靠于其工作的可靠性。本文对比判辨了地铁静止辅助逆变电源的各类型拓扑优劣,针对两电平逆变的地铁静止辅助电源进行探究,该系统采用了双闭环的调节方式,为系统提供可靠的交流输出电压,用来满足不同负载的需求。在此基础上搭建了MATLAB仿真模型,仿真结果表明,辅助逆变系统的输出符合指标要求,验证了方案的可行性。

采用混合电压矢量预选和参考电压预测的逆变器共模电压尖峰消除方法

近年来,模型预测控制被广泛应用于两电平电压源逆变器以实现共模电压抑制。然而,常规的模型预测共模电压抑制方法存在计算量大、受死区影响等问题。为此,提出一种改进的可消除共模电压尖峰的两电平电压源逆变器预测电流控制方法。首先,该文采用无差拍控制的思想计算参考电压矢量,并建立基于电压矢量的目标函数,以实现预测电流控制,并简化控制算法。其次,详细研究可消除共模电压尖峰的电压矢量预选方法,包括死区影响分析和电流纹波影响分析等,并基于该分析结果提出一种可完全消除共模电压尖峰的混合电压矢量预选方法。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。

大容量多重化逆变器的输出电压谐波分析

针对目前缺乏对大容量多重化逆变器的输出电压谐波进行全面分析和比较的现状,根据多重化变压器的不同结构,将现有的典型多重化逆变器分为3类并从理论上推导出了它们的输出电压及谐波电压幅值表达式;给出了电压谐波畸变系数与重数和脉冲控制参数间的变化关系;对比分析了它们的电压谐波畸变率。理论和仿真分析结果的一致性表明由三电平逆变桥构成的多重化逆变器不仅能以较低的重数实现高压大容量输出,还可获得满意的电压谐波畸变率,且可有效减小变压器体积、重量和损耗,因而更适用于高压大容量电力电子装置。

基于FPGA-RTS的逆变器电磁瞬态特性分析

为提高电力电子电磁瞬态仿真性能及算法收敛性,开发了一种基于FPGA-RTS的电磁瞬态仿真器,其采用改进的增强节点分析方法,将固定导纳矩阵节点方法与开关电导参数的最佳选择集成在一起,能够准确地再现电力电子设备中发生的电磁瞬态特征。仿真器应用高效的稀疏矩阵到矢量乘法器,可实现非常低的积分时间步长,基于自动化程序,以避免重新设计FPGA代码,直接将EMTP-RV中设计的电路原理图转换为相关的FPGA求解器。通过搭建高容量三相两电平逆变器模型,并进行硬件在环(hardware-in-the-loop,HIL)测试,对比分析FPGA-RTS实时仿真与EMTP-RV离线仿真结果,三相负载电流的HIL仿真结果与测量波形之间的误差为0.02(标幺值),完全满足实际工程应用,为分析配电网故障中的电磁瞬态特性提供一种有效方法。

基于FPGA的中频逆变器SVPWM算法和仿真

本文以两电平逆变器作为研究对象,以PWM调制方式中的SVPWM控制策略作为逆变器的控制策略,对SVPWM进行研究。通过详细分析两电平逆变器的运行机理,并根据SVPWM调制方式的原理对实现逆变器功能的SVPWM进行理论分析。将FPGA开发板、PLECS仿真软件和RT-BOX仿真器搭建半实物仿真平台,在FPGA开发板上实现两电平SVPWM算法,在PLECS上搭建两电平逆变器的拓扑结构,半实物仿真实现了两电平SVPWM算法。

基于热阻抗模型的三相逆变器功率器件结温监测方法

绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)模块结温的精确计算是开展功率器件主动热管理、寿命预测的前提和关键。IGBT模块的导通压降和开关损耗均受温度影响,在计算损耗时应根据温度对结果进行修正。基于空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)的两电平三相逆变器,利用热阻抗模型预测法对IGBT模块的结温进行监测,建立了结温计算模型。然后通过PLECS软件热仿真对比验证了有无温度修正的理论计算方法,结果表明温度修正有利于提高结温计算的准确性。最后开展小功率两电平三相逆变器实验研究,利用热敏电阻法测量了IGBT模块的结温,计算结果与实验结果误差率小于2%,验证了结温计算模型的准确性和可行性。

直流母线单电流传感器零点漂移误差自校正策略

为了研究三相两电平逆变器中直流母线单电流传感器零点漂移对相电流重构精确度的影响,阐明了直流母线单电流传感器相电流重构原理,对比了多电流传感器与单电流传感器零点漂移误差,揭示了零点漂移误差产生的原因及扩大效应的产生机理,基于插入互补有效电压矢量代替零矢量的空间矢量脉冲宽度调制方法,提出了零点漂移误差自校正策略。分析了各扇区电流观测窗口时长,利用互补有效电压矢量动态电流双采样,实现了相电流重构与电流零点漂移量的自检测和自校正。搭建了基于TMS320F28035型DSP为电驱动控制器的实验平台,在额定转速以内的工况下,自校正后的重构相电流误差小于3.56%,表明了所提误差自校正策略能为控制系统提供可靠的重构电流。