特定谐波消除及优化脉宽调制单相整流器的研究

特定谐波消除(SHEPWM)及优化脉宽调制(OPTPWM)通过开关时刻的优化选择,具有输出波形谐波含量小、效率高、直流电压利用率高等优点。本文提出了在单相电压型PWM整流器中采用SHEPWM或OPTPWM调制策略,并与SPWM调制进行比较。首先对单相整流器SHEPWM、OPTPWM调制策略的原理及控制策略进行了分析,并通过50k V·A单相整流器进行仿真分析和实验验证。仿真和实验结果表明,采用SHEPWM或OPTPWM调制策略网侧输入电流总谐波畸变率、整流变压器绕组谐波损耗及铁心损耗都要低于SPWM调制策略。

基于功率解耦的高功率密度单相整流器

单相整流器会产生二次脉动功率,进而使直流母线电压出现二次脉动。一般采用很大体积的电容、电感构成谐振电路,来消除直流电压的二次脉动,但降低了整个系统的功率密度。本文基于功率解耦,提出了一种直流有源滤波方案,大大减小了滤波电感、电容,直流母线上只需要很小的支撑电容来滤除开关纹波。仿真表明了所提方法的正确性。

一种改进的单相整流器控制策略研究

针对传统的基于低通滤波器的单相锁相环带来的网侧电压幅值衰减和相位滞后问题,提出了一种带通滤波器锁相环控制策略,基于带通滤波器对输入信号幅值无衰减和相位保持的特性,在所设定条件下该方法能够无延迟地提取出网侧电压的基波,并保持基波电压的幅值不变。针对电流环比例谐振控制器因带宽小,在电网频率偏移时带来功率因数下降的问题,采用了一种改进的比例谐振控制器。该控制器增加了带宽,具备零稳态误差和消除电网电压扰动影响的能力,能够减小电网频率偏移对系统的影响。最后,仿真和实验验证了所提出的基于带通滤波器锁相环控制策略和经过改进的比例谐振控制器方法的有效性和正确性。

基于牛顿插值的单相整流器功率前馈无差拍控制

针对单相整流器提出了一种基于牛顿插值的功率前馈无差拍控制算法,通过引入功率前馈控制加快系统的动态响应,牛顿插值用于改善无差拍控制算法的电流预测精度;并针对无差拍控制算法对滤波电感比较敏感的特点,提出了一种基于雅可比迭代法的电感在线辨识方案。最后,对所提控制算法与传统无差拍控制算法进行实验对比验证,结果表明了所提算法的正确性和有效性。

单相整流器控制策略研究

提出基于二阶广义积分(SOGI)的单相整流器控制策略,能提高锁相精度和效率。采用电压外环和电流内环的双环控制策略,具有中间直流母线电压稳定、交流输入侧功率因数可控、负载突变时动态响应快速等特点;加入特定谐波消除控制,降低输入电流总谐波畸变率;融入电流抑制控制,减小启动冲击电流。同时给出了比例积分(PI)控制器参数的计算方法和关键器件选型,最后通过仿真和样机实验验证了控制策略的有效性。

交直交牵引变电所用单相整流器研究与设计

提出一种三相对称型交直交牵引变电所主电路拓扑,用以解决电气化铁路中由于牵引负荷单相性和非线性导致的的谐波、无功和负序等一系列电能质量问题和电分相问题。针对输入侧多重化结构中单相脉宽调制(PWM)整流器传统双环控制策略在冲击性负荷下存在控制精度不高,鲁棒性不强的缺陷,提出基于比例积分(PI)和准比例谐振(QPR)复合控制器的改进控制策略,提高了网侧电流的响应速度及跟踪性能。此外,在控制系统中加入负载电流前馈环节,提高了系统对于冲击性负荷的抗扰性能,增强了系统的鲁棒性。对电压环和电流环及负载电流前馈环节进行设计,并给出主电路关键参数的计算方法及功率器件选型。最后进行了实验验证。

基于任意相位延时的单相整流器dq轴电流快速计算方法

以单相两电平脉冲整流器为研究对象,以提高其dq电流解耦控制的动态性能为目的,针对传统dq轴电流计算速度缓慢的问题,提出一种新的dq轴电流计算方法。首先,引入两相坐标系下空间复矢量的概念,建立整流器在dq坐标系下的数学模型,分析dq电流解耦控制的基本原理;然后,针对单相系统αβ-dq坐标转换需要引入虚拟正交分量问题,提出一种任意相位延时算法,并分析该算法的响应速度与抗噪声干扰能力,该算法与目前几种常用的正交信号产生(orthogonal signal generators,OSG)算法相比具有更快的响应速度,且无需复杂计算、实现简单容易;最后对所提出的算法结合单相整流器dq电流解耦控制进行计算机仿真与半实物实验验证,同时与几种常见OSG算法做对比实验,结果证明了所提算法的正确性与有效性。

基于虚拟信号构造的单相整流器功率前馈控制

以单相三电平PWM整流器为研究对象,以提高其稳态精度,减少谐波含量,实现有功和无功功率解耦控制为研究目的。首先,以单相三电平PWM整流器数学模型以及瞬时功率理论为出发点,提出一种基于虚拟信号构造和网压幅值计算的瞬时功率求取方法。在此基础上,采用功率前馈解耦控制策略,实现了整流器交流侧电压控制量的解耦,减轻了动态PI控制器的调节负担,提高了整流器动态响应速度。然后,结合一种具有中点电位平衡功能的调制算法,构建了完整的单相三电平PWM整流器直接功率控制系统。最后,通过Matlab/Simulink仿真对比分析验证了该算法的可行性和有效性。

单相整流器快速动态响应控制策略研究

为提高单相PWM整流器输出电压的动态性能,分析了单相PWM整流器内部功率传递关系,提 出一种电容能量反馈与带系数修正负载功率前馈控制策略。通过电容能量反馈减小负载扰动过程中的输 出电压超调量,同时利用带系数修正的负载功率前馈以降低负载扰动对控制系统的影响。通过仿真分析可 知,系统在动态过程中的输出电压超调量由12.5%降为5%,动态调节时间缩短了49ms,验证了此控制策略的 优越性。

二阶广义积分算法在单相整流器电流解耦控制方法中的应用

针对单相电压型PWM整流器,以提升其在网侧电压含有谐波时dq轴电流的稳态性能为研究目标,研究了一种基于二阶广义积分算法(second-order generalized integrator,SOGI)的DQ电流解耦控制策略。通过半实物仿真实验测试,对比分析了该SOGI算法与传统四分之一周期延时算法在正常网压和网压中含有谐波时各物理量的波形图,分析结果表明:与传统算法相比,SOGI算法能够获得更高精度的网侧电流虚拟分量,从而可获得较小纹波波动的dq轴电流分量;且不需要大量的存储空间。

单相脉冲整流器故障在线智能诊断实验设计

针对高速列车电力牵引系统中单相脉冲整流器的功率器件开路故障和传感器故障,设计了基于数据驱动的故障在线智能诊断实验。首先,对单相脉冲整流器系统进行数学建模,分析功率器件开路故障的故障拓扑和传感器故障的故障机理;然后,基于极限学习机算法和非线性自回归结构设计智能诊断模型,并将故障在线智能诊断实验分为离线训练和在线验证2个阶段;最后,基于RT Box半实物仿真器搭建快速原型控制实验平台,对故障模型和诊断模型进行实验验证。实验结果表明,构建的单相脉冲整流器故障在线智能诊断模型可以在1/4个基波周期内检测到故障的发生,并在3/4个基波周期内识别出具体故障类型。

单相级联H桥整流器平方电压反馈控制算法

以单相级联H桥整流器为研究对象,对其控制策略进行了研究。首先在采用双闭环控制策略的基础上,构建了dq前馈解耦模型,并通过二阶广义积分算法改善了虚拟交流分量对系统的影响,实现了网侧电流对电压相位、频率的快速精确追踪。其次,对传统电压平衡控制算法进行了改进,通过对功率平衡关系的定义,将输出电压平方作为控制信号,增强了系统自适应能力,提高了系统在投切载时的动态性能。最后,基于MATLAB/Simulink软件进行仿真,验证了所提策略的正确性和有效性。

单相PET级联整流SVPWM均压边界及拓展方法

电力电子变压器(power electronic transformer,PET)是交直流配电系统互联的重要接口设备,然而后级等效负载不平衡将造成前级整流器各模块的电压偏移。针对单相级联H桥整流器空间矢量调制均压失效问题,推导出基于最优矢量选择均压策略的边界计算方法。根据计算所得的负载不平衡度限制边界与级联模块数、调制度以及功率因数的关系,提出了变调制度和功率因数的控制策略以增加均压能力。该策略通过改变直流电压或降低功率因数来重建更宽的均压工作范围,确保原不平衡度均压极限的系统稳定运行。最后,通过三模块级联整流器的仿真与实验验证了该均压边界的正确性,以及所提均压拓展方法保障极端不平衡负载条件下均压的有效性。

基于自适应滑模观测器的高铁牵引系统单相三电平整流器开路故障诊断

为了提升高速列车牵引系统的稳定性和可靠性,本文针对其单相三电平整流器,提出了一种基于自适应滑模观测器的开关管开路故障诊断方法.本文首先建立了单相三电平整流器开路故障下的状态空间模型,然后设计了收敛速度快且显著抑制高频抖振的自适应滑模观测器准确估计网侧电流,其次利用整流器网侧电流与观测器输出电流提出了基于电流绝对值均方根的开关管开路故障检测方法,在此基础上采用电流残差构造初次故障定位量进行开关管初步定位,最后利用开路故障开关函数建立故障状态下的自适应滑模观测器实现故障开关管精确定位.本文提出的方法能够实现单相三电平整流器所有开关管故障检测与定位,诊断速度快,鲁棒性强,且不需要额外注入脉冲控制信号.实验结果验证了本文所提诊断方法的准确性和鲁棒性.

基于线性自抗扰控制的单相电力电子变压器整流级控制策略

针对电力电子变压器的非线性特性,传统PI控制的单相电力电子变压器整流级具有对参数变化敏感,响应速度慢,抗扰性能差的特点。提出了一种基于线性自抗扰控制(line active disturbance rejection control,LADRC)的电压环控制策略,该控制策略具有响应速度快、超调量小、鲁棒性强的特点。在仿真软件MATLAB/Simulink中通过搭建三级联H桥整流器模型进行仿真,并与传统PI控制器相比较,仿真结果表明所采用控制策略的优越性、有效性。

基于自抗扰的单相PWM整流器直接功率控制

为改善单相两电平PWM整流器的动态性能,本文在传统外环采用PI控制,内环采用功率前馈解耦直接功率控制的双闭环控制方法基础上,提出一种改进控制策略,即引入基于线性自抗扰(LADRC)的电压外环,以减小直流侧电压的超调量,提高系统的响应速度,并增强其抗负载扰动能力。进一步在功率前馈解耦控制的基础上,引入二阶广义积分(SOGI)构建虚拟正交分量,以提高网侧电流对电压的追踪能力,提升系统的动态性能。最后,通过MATLAB/Simulink建立系统仿真模型并进行仿真,对所提出改进控制策略的可行性和有效性进行了验证。

单相级联H桥整流器电压平衡控制策略

以无工频变压器牵引传动系统前端的单相级联H桥整流器(CHBR)为研究对象,构建了其数学模型,在电压电流双闭环控制策略的基础上,引入无锁相环技术,改进瞬态电流控制策略。实现了系统发生扰动时,网侧电流对电压相位频率的快速精确追踪。进一步地,对传统附加平衡电压控制策略加以改进,增加模糊控制技术,解决了CHBR在非理想电网或负载大范围投切载时,存在的直流侧各级电容电压不平衡、压差大等问题。最后,利用MATLAB/Simulink进行仿真,对所提策略在CHBR运行时的快速响应和抗干扰能力进行了验证。

一种单相Vienna整流器及其控制方法

针对三相单相输入兼容场合使用的电动汽车直流充电模块,在三相Vienna整流器结构的基础上,提出了一种单相Vienna整流器结构及3种调制方法。第1种调制方法中2组开关管共用一个调制波,同时通断;第2种调制方法中一组开关管恒通,另一组开关管工作在高频PWM模式;第3种调制方法为2组开关管有2个独立的调制波。分析表明,第3中调制方法具有实现宽范围输出和能够调整输出电压不平衡的优点。基于第3种调制方法,建立了该整流器的数学模型,进而提出了含有输出电压upn与输出电压差Δupn两个控制环的整流器控制方法。通过对一个110 V AC输入的整流器的仿真和实验表明,只有第3种调制方法能够既实现200~380 V DC的宽范围输出电压,又能在输出电容和负载不平衡的条件下实现输出电压的平衡。

单相PWM整流器死区补偿方法

为解决单相整流器死区效应导致相电压和相电流畸变、零电流钳位效应等问题,分析死区和零电流钳位效应,提出一种基于网侧电压谐振控制器锁相环的观测值进行判断,对单相PWM整流器死区时间进行补偿的新方法。该方法避免了电流检测中的噪声,使得过零点检测更加精确,不会引起相位延迟,并与根据电流值进行直接补偿的方法进行对比分析。所提出的方案能够有效地改善电流波形的正弦程度,且消除了传统方案需要检测电流方向的弊端,同时算法实现简单,具有工程实用价值。仿真和实验结果表明基于网侧电压观测值进行死区补偿方法使网侧输入电流总谐波畸变率更小、补偿效果更明显。

单相三电平整流器d-q坐标系下的控制与SVPWM方法

为了减弱高速动车组与牵引供电网压之间的相互耦合关系,以电力牵引变流器中的单相三电平中点钳位(NPC)整流器为对象,分析了其工作原理,建立了其在d-q坐标系下基于开关函数的数学模型;然后给出了一种基于d-q变换的有功无功电流控制算法。并在此基础上,提出了一种单相三电平空间矢量调制(SVPWM)方法。与传统的正弦脉宽调制方法相比,该调制方法不但能够有效地降低牵引变压器的绝缘等级和电压突变的耐受能力,并且还具备中点电位控制能力。最后,计算机仿真和小功率样机实验验证了该控制方法和调制方法的有效性和可行性。