基于模型参考自适应的单相脉冲整流器无网压传感器控制方法

该文以单相脉冲宽度调制整流器为研究对象,以实现无网侧电压传感器控制为研究目的,提出一种基于模型参考自适应(model reference adaptive system,MRAS)的网压估算方法。首先,根据MRAS的基本原理,分别建立参考模型和可调模型中系统有功、无功功率数学模型,从而实现电网电压基波幅值、频率及角度的三角函数的估算。在此基础上,结合基于功率前馈解耦直接功率控制,给出基于MRAS的无网压传感器控制方法。然后,针对该方法对网侧电感参数敏感性问题,给出一种电感参数在线辨识算法。同时,针对控制系统启动问题,给出系统参数初始化设计方案。最后,对所提方法进行计算机仿真和实验验证,通过仿真和实验结果验证该方法的正确性和有效性。

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。

基于状态观测器的单相整流系统传感器故障诊断与容错控制方法

交直交传动系统广泛应用于高速铁路牵引领域。电力牵引变流器作为牵引传动系统核心部件,由于其自身结构复杂,且运行环境恶劣,易突发故障。本文针对牵引变流器脉冲整流器网侧电流传感器和中间直流侧电压传感器故障,通过建立单相脉冲整流器混合逻辑动态MLD(Mixed Logic Dynamic)模型,构建系统状态观测器,研究基于状态观测器的传感器在线故障诊断与容错控制方法,并基于RT-LAB在回路试验平台进行了验证。试验结果验证了该方法的有效性,其具有诊断速度快、精度高的特点,适用于电力牵引传动系统应用。

单相脉宽调制整流器传感器故障诊断与容错控制

单相脉宽调制(PWM)整流器通常采用网侧电流与直流侧电压双闭环控制系统结构,一旦其检测系统中的传感器发生故障,将导致反馈值出现偏差,影响系统的控制效果与运行安全。设计一种准确可靠的单相PWM整流器网侧电流与直流侧电压传感器故障诊断与容错控制方案。采用解析冗余的方法实现故障诊断,基于单、双极性两种调制方法的开关函数取值设计了系统滑模观测器与状态估计器;将传感器采集值与观测器估计值作差并归一化建立系统残差,故障诊断单元通过比较残差与阈值定位故障传感器并迅速采取容错控制策略,以观测器的估计值代替故障传感器的测量值实现控制系统重构。通过仿真与实验模拟了三种传感器故障,验证了所提出故障诊断与容错控制方案的有效性与可靠性。

单相级联中点箝位整流器IGBT和传感器的统一故障诊断方法

电力电子牵引变压器(PETT)含有大量易故障的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)以及传感器,导致系统可靠性和稳定性降低。以PETT前端的输入级——单相级联中点箝位整流器(SPCNPCR)为对象,研究了一种IGBT与传感器故障的统一故障诊断方法。首先,建立SPCNPCR的混合逻辑动态模型,并通过此模型估计得到网侧输入电流和输入电压;然后,通过比较测量得到的输入电流、电压实际值和混合逻辑动态模型得到的估计值计算出残差以及残差变化率。进一步地,将电压残差用于定位发生IGBT开路故障的整流器模块,将电流残差用于检测模块中具体的故障IGBT和故障的传感器。该诊断方法可定位发生故障的整流器模块且实现该模块内单个或多个IGBT的开路故障定位,同时也可有效区分网侧电流传感器的增益故障、偏移故障和漂移故障诊断。最后,通过硬件在环测试系统验证了所提诊断方法的有效性。

基于虚拟磁链估算的单相级联H桥整流器无网侧电压传感器控制方法

针对应用于高速动车组电力电子变压器中的单相级联H桥整流器易受网侧电压传感器故障影响的情况展开研究,提出了基于虚拟磁链估算的单相级联H桥整流器无网侧电压传感器控制方法,并进行了仿真验证。首先建立了单相级联H桥整流器d-q坐标系下的数学模型,根据三相系统中无网侧电压传感器控制算法原理,提出了采用虚拟磁链估算的d-q电流解耦控制方法,解决了单相级联H桥整流器无网侧电压传感器控制问题;然后搭建相应仿真模型,模拟了整流器多种复杂工况,验证无网侧电压传感器控制算法的稳定性,同时与有网侧电压传感器控制算法进行了对比。仿真结果表明,无网侧电压传感器控制基本能够达到有网侧电压传感器时的控制性能。

单相三电平脉冲整流器无锁相环直接功率控制

以单相三电平脉冲整流器为研究对象,以取消网侧电压锁相环,实现有功和无功功率解耦控制为目的,首先,建立单相三电平脉冲整流器数学模型。其次,根据有功和无功功率定义,提出一种单相无锁相环(phase-locked loop,PLL)瞬时功率计算方法,并给出详细证明过程,在此基础上,提出一种频率补偿算法,以实现无锁相环非同步旋转坐标系坐标变换。然后,分析了基于功率前馈解耦的PI控制与内嵌中点电位平衡的单相三电平空间矢量调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)相结合的单相三电平脉冲整流器控制策略。最后,对所提出的无锁相环直接功率控制与SVPWM算法进行了计算机仿真和半实物实验验证,仿真和实验结果都验证了该算法的正确性和有效性。

单相三电平脉冲整流器无差拍预测直接功率控制

以我国CRH2(China railways highspeed 2)型高速动车组的单相三电平脉冲整流器为研究对象,以提高其动态响应速度及控制精度为目的,该文首先建立单相三电平脉冲整流器数学模型,分析传统基于比例积分(proportional-integral,PI)控制器的定频直接功率控制(direct power control,DPC)的工作原理,在此基础上,提出一种基于自回归算法的单相无差拍功率预测DPC算法。与传统PI定频DPC算法相比,该DPC算法无需网压相位检测装置,如锁相环(phase locked loop,PLL),降低了硬件设计及软件编程的复杂度;而且由于采用自回归算法,实现了有功和无功功率的无差拍预测,提高了整流器负载动态变化时的响应速度。然后,结合内嵌中点电位平衡功能的单相三电平空间矢量调制算法(space vector pulse width modulation,SVPWM),构建了完整的单相三电平脉冲整流器DPC与SVPWM控制系统。最后,对该功率预测DPC和传统PI定频DPC算法分别进行了计算机仿真和半实物实验对比研究。仿真与实验对比分析结果证明了该无差拍功率预测DPC算法的正确性和有效性。

单相三电平脉冲整流器模型预测直接功率控制

该文以CRH_2(China railways highspeed-2)型高速电动车组牵引整流器为研究对象,以提高整流器响应速度和控制精度为研究目标。首先,给出整流器在d-q同步旋转坐标系下的数学模型,并给出d-q轴坐标分量的计算方法;然后,建立单相整流器瞬时功率数学模型,进而提出一种具有直流侧电容电压平衡功能的模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MP-DPC),在此基础上,为降低该算法的复杂度,提出一种简易开关序列选择方法,与基于比例积分调节器的传统直接功率控制(proportional integral-based direct power control,PI-DPC)算法相比,该MP-DPC算法不仅提高了整流器的动态响应速度,而且考虑了中点电位的平衡控制对整流器瞬时功率的影响,无需功率内环PI控制器;最后,对该MP-DPC算法与传统定频PI-DPC算法进行了半实物实验对比验证,实验结果证明了所提控制算法的正确性。

基于调制电压椭圆轨迹优化的单相脉冲整流器模型预测电流控制

该文首先建立单相两电平脉冲宽度调制整流器数学模型,分析传统基于比例积分（proportional-integral,PI）控制器直接电流控制（direct current control,DCC）的工作原理,揭示其调制电压矢量端点在dq坐标系下的椭圆轨迹,在此基础上,提出一种基于调制电压椭圆轨迹优化的模型预测电流控制（model predictive current control,MPCC）算法。与传统基于PI控制器DCC算法相比,该算法利用评价函数预测最优椭圆半径,提高了内环动态响应速度及控制精度。然后,定量分析电感参数不匹配时预测电流与其参考值之间的关系,给出一种电感参数在线识别算法。最后,对传统有限集模型预测电流控制、基于PI控制器DCC和所提MPCC算法分别进行实验对比研究。实验对比分析结果证明了所提算法的正确性与有效性。

基于瞬时功率观测器的单相三电平脉冲整流器直接功率控制

为提高单相脉冲整流器直接功率控制(DPC)的动态响应速度及稳态精度,构建一种单相系统瞬时功率观测器。为实现该目标,首先,分析传统功率前馈解耦直接功率控制算法;其次,提出一种改进二阶广义积分(ISOGI)算法,用以估算网侧电压的正交分量,并根据单相整流器的数学模型,通过虚轴反馈算法对网侧电流正交向量进行估计,并结合所提ISOGI算法,构建完整的单相系统功率观测器;然后,结合脉宽调制策略,建立单相三电平脉冲整流器的功率前馈解耦控制系统,并对该控制算法的参数敏感性进行分析;最后,通过所提观测器算法与传统算法的实验结果对比验证了所提算法的正确性和有效性。

单相五电平脉冲整流器滑模比例积分谐振控制

以基于耦合电感的新型单相五电平脉冲宽度调制(PWM)整流器为研究对象,为了提升系统动态响应、维持单位功率因数、减少网侧电流谐波含量,提出滑模比例积分谐振(PIR)控制算法.通过对新型单相五电平PWM整流器的电路拓扑和工作原理分析,构建整流器d-q同步旋转坐标系下的数学模型,推导整流器电压外环滑模和电流内环PIR控制算法,给出具体设计过程.与d-q坐标系传统比例积分(PI)电流控制算法相比,所提滑模PIR控制算法动态响应速度更快,网侧电流谐波含量更低.搭建基于MATLAB/Simulink的仿真模型和基于RTlab的半实物实时仿真平台,对滑模PIR控制算法与d-q坐标系传统PI电流控制算法分别进行计算机仿真和半实物实验对比研究,仿真和实验结果验证了所提滑模PIR控制算法的正确性和可行性.

无电流传感器的电流控制调宽式开关整流器

介绍一种新型单相开关整流器的控制方案 .它采用有源电流波形整形技术 ,控制输入电流连续导通 ,其控制开关的周期是固定的 ,导通时间的大小是根据输入电流的斜率进行调控 .它具有不需要电流传感器、线路功率因数高和电路简单等特点 .

一种新型单相脉冲整流器的MATLAB仿真研究

给出了一种新型的脉冲整流器,详细地介绍了其工作原理和控制方案,并对该整流器及其控制系统建立了MATLAB仿真模型。

基于单相LCL脉冲整流器的高速铁路牵引网谐波谐振抑制方法

以电气化高速铁路牵引网谐波谐振问题为研究背景,提供谐波谐振抑制方案为研究目标,从列车车载设备角度出发,提出一种基于单相LCL脉冲整流器的牵引网谐波谐振抑制方法。主要研究工作为:首先,分析了牵引供电网与交-直-交列车耦合系统谐波谐振的产生机理,提出了在列车牵引传动系统网侧变流器前端采用LCL型替代L型滤波器的谐振抑制方法;其次,建立了单相LCL脉冲整流器的数学模型,分析其电压电流双闭环控制算法;最后,基于Matlab/Simulink搭建了牵引网-列车牵引传动系统电气耦合的联合仿真模型,并对单相LCL型脉冲整流器与传统单相L型整流器进行了仿真对比研究。仿真结果表明,基于LCL滤波器的网侧整流器可有效减少列车网侧电流中的高次谐波,能够有效地抑制牵引网谐波谐振现象发生,为治理车网耦合谐波谐振提供了新的思路。

改进的单相脉冲整流器模型预测电流控制策略

传统的模型预测算法中给定值与实际值存在静态误差,这是由模型预测控制算法的基本原理决定的。针对该问题,首先该文基于内模原理推导了比例积分的补偿环节,并对模型预测电流控制中给定电流进行修正,实现给定值与实际值的无静差跟踪。其次,为了避免网压畸变对锁相环的相位检测造成影响,提出一种基于相位偏移补偿的电压信号检测方法,并将其用于模型预测电流控制算法。实验表明,所提补偿环节能改善模型预测的静态跟踪性能;相位检测方法能有效地检测网压基波相位信息,证明所提方法的正确性和有效性。

基于双重补偿相位检测方法在单相脉冲整流器中的应用

为解决传统锁相环方法存在的缺陷,有学者提出基于参考频率的无锁相环同步相位检测方法。但该方法存在着电压频率与参考频率不匹配时会产生相位偏移,频率波动时动态响应较慢等问题。为解决上述问题,该文提出一种双重补偿相位检测方法,该方法利用单相电网电压,无需锁相环便可获得与电网电压的同步信号。针对无锁相环中控制器给定参考频率与电网频率不匹配时,会造成电网相位检测产生相位偏移的情况,引入相位补偿策略;同时为了提高相位检测的动态响应,通过引入q轴电压闭环反馈,实时校准补偿信号。最后,通过建立单相脉冲整流器模型预测数学模型,实验对比了所提算法和未补偿前的无锁相环算法,证明了该算法的有效性和正确性。

单相四象限脉冲整流器数字仿真研究

单相四象限脉冲整流器在列车变流系统中的地位非常重要,本文对整流器的工作原理和数学模型进行了分析,而且着重介绍了其控制策略以及对应的调制方法,并且在MATLAB/Simulink环境中构建了处于预测电流控制的整流器仿真模型,最终获得的仿真效果很好。

基于谐波补偿的单相PWM整流器虚拟磁链模型预测算法

为了降低PWM整流器的硬件成本、提高系统可靠性,取消交流侧电压传感器是发展方向之一。无网压传感器的PWM整流器大多采用虚拟磁链观测网侧电压,其观测的准确性是实现PWM整流器高性能控制的关键。针对基于一阶低通滤波器的传统磁链观测器会产生相位偏移问题,提出了基于二阶低通滤波器的改进磁链观测方法,可以有效地消除磁链观测中的积分初始值和相位偏移问题,提高了磁链观测器的精度。其次,为了解决单相PWM整流器模型预测控制无法抑制网侧电流中的低次谐波问题,提出了一种多重谐波补偿的模型预测控制策略,降低了网侧电流中的低次谐波含量。实验结果表明,所提算法不仅能够有效地解决传统磁链观测器相位偏移的问题,而且能有效地抑制网侧电流的低次谐波,改善PWM整流器的电流质量。

基于改进虚拟正交信号的单相PWM整流器模型预测功率控制

针对单相整流器内环动态响应性能受限于虚拟正交分量的重构速度,提出一种基于改进虚拟正交信号的模型预测功率控制算法。针对控制系统中电感设定值与实际值存在偏差,导致单相脉冲宽度调制(PWM)整流器的控制电感参数和系统实际电感参数失配,从而影响模型预测控制的鲁棒性问题,提出一种解决电感失配的补偿算法,该算法通过比例积分环节实时补偿无功功率,消除了电感失配对功率因数的影响。实验结果表明,所提算法不仅明显地提高了单相PWM整流器模型预测的内环动态响应速度,而且能实现模型预测单位功率因数的要求,在一定程度上解决了模型预测电感敏感性问题。