基于双闭环控制的三相四线制逆变器控制研究

三相四线制逆变器具有更好的不平衡负载驱动能力,被广泛用于不间断电源等领域。对于这种离网模式下的逆变器而言,通常使用电压电流双闭环控制模式对输出进行控制。提出一种无需坐标变换的电压电流双闭环控制,实现输出三相之间完全解耦。由于准比例谐振(Quasi Proportional Resonance,QPR)控制对交流信号的控制效果更好,因此电压外环采用QPR控制,电流内环采用比例控制。实验证明了所提控制方法的有效性。

引入比例—谐振控制器的双馈风电机组空载并网控制

在常规的变速恒频风力发电系统空载并网矢量控制策略中,由于转子电流采样信号的漂移以及模数转换的偏差等原因,使得所控制的转子电流中出现直流偏量。此直流偏量经dq变换产生转差频率的交流量,而比例—积分(PI)控制器在跟踪交流信号时存在静差,因此导致双馈感应发电机(DFIG)空载定子电压包络线出现不同程度的脉动,从而严重影响系统并网性能。提出了PI控制与比例—谐振(PR)控制相结合的空载并网控制策略,对转差频率的交流量进行补偿,进一步改善常规PI控制存在的不足,提高空载定子电压电能质量。在前述理论分析基础上进行了仿真和实验研究,通过与PI控制的对比,验证了PI并联PR控制的有效性。

不对称电网故障下双馈风力发电机的比例-积分-谐振滑模控制器设计

针对不对称电网故障下,双馈风力发电机的控制策略进行了研究。讨论了电网故障时转子侧变流器(RSC)和网侧变流器(GSC)的控制目标,合理安排了电网严重故障时的控制优先级。基于比例-积分-谐振滑模控制原理设计了机侧和网侧变流器协同控制方案。通过MATLAB/Simulink仿真软件搭建了所设计控制方案的仿真模型。仿真结果表明,在电网正常运行的情况下,与传统的矢量控制策略相比,比例-积分-谐振滑模控制策略对输出功率、电流变化的响应更迅速,具有更好的动态性能和抗扰动能力;在电网不对称故障下,能够有效地抑制电磁转矩振荡和直流母线电压波动,提高了双馈式风力发电机的低电压穿越能力。

电压型逆变器的重复控制与准比例谐振的双闭环控制研究

由于逆变器的传统单闭环控制动态性能和抗干扰能力差,以单相电压型全桥逆变器为研究对象,采用双闭环控制策略进行研究,即内环电流采用比例积分(proportional integral,PI)控制,外环电压在引入重复控制的同时加入准比例谐振控制算法。通过单相电压型全桥逆变电路在空载情况下的系统频率特性,对其幅频特性和相频特性进行了补偿,对特定频率的指令信号实现无静差跟踪,解决了单相逆变器输出电压在重复控制下第一个周期内存在周期延迟的问题,电压总谐波含量从0.06%降至0.04%,提升了系统的动态性能和抗干扰能力。Matlab仿真结果表明,相比于传统的单外环重复控制(repetitive control,RC)+准比例谐振(quasi-proportional resonance,QPR)控制,双闭环控制(外环RC+QPR、内环PI)对系统总谐波畸变(total harmonicdistortion,THD)率的降低效果更佳。

不平衡电网电压下双馈感应发电机转子侧变换器的比例–谐振电流控制策略

为了研究不平衡电网电压条件下双馈感应风力发电机(doubly-fedinduction generator,DFIG)系统增强运行能力的有效控制策略,提出了网侧、转子侧变换器的比例–谐振电流控制方案以及两者之间的协同控制策略。针对电网电压不平衡条件下DFIG转子侧变换器,提出了一种在两相定子静止αβ坐标系中实施的比例–谐振(proportional-resonant,P-R)电流控制方案,以实现对DFIG转子电流无需正、负相序分解的统一调节。采用正序d+轴电网电压定向简化了各种增强运行能力控制目标下的转子正、负序电流指令值算法,设计了相应的DFIG不平衡控制策略。实验研究表明,这种P-R电流控制方案能够实现转子侧变换器选定控制目标,具备优良的动态调节性能,可增强不平衡电网电压故障下DFIG风力发电机系统的不间断运行能力。

基于比例谐振控制器的逆变控制系统设计与参数整定

针对传统逆变器控制策略对交流电压信号跟踪存在静差的问题,提出基于比例谐振控制器的电容电压外环和电感电流内环的双闭环控制策略,并在此基础上对系统进行建模,分析了在这种双闭环结构下,系统具有对交流信号实现无静差跟踪和抗负载电流扰动的能力。进一步,采用根轨迹理论,结合系统稳定性判据分析了比例谐振控制器参数对系统极点的影响,并设计极点位置,选择合适控制器参数,保证系统具有较好的稳定性和动态性能。最后,通过仿真验证了该控制策略和参数设计方法的有效性。

基于谐振控制器的双馈风力发电机组网侧变频器控制策略

双馈风力发电机组网侧变频器采用传统的基于比例-积分控制器(PI controller)的电网电压定向的矢量控制策略无法消除发电系统中的二倍频的脉动。本文首先建立了电网电压不平衡情况下双馈风力发电机组网侧变频器的数学模型。进一步,在基于比例-积分控制器(PI controller)的电网电压定向的矢量控制策略的基础上研究了基于辅助比例-谐振控制器(Auxiliary-PR controller)的电网电压定向的矢量控制策略和基于比例-积分-谐振控制器(PIR controller)的电网电压定向的矢量控制策略。最后利用LabView仿真平台,根据1.5MW的双馈风力发电机组模型,搭建双馈风力发电机组仿真系统。在该仿真系统上验证了本文提出的基于PIR控制器的电压定向的矢量控制策略都可以有效的抑制由电网电压不平衡造成的网侧变频器。

小功率单相并网逆变器并网电流的比例谐振控制

针对小功率单相并网逆变器传统网压前馈的PI(比例积分)控制器在跟踪正弦电流指令时存在稳态误差和抗干扰能力差等方面缺陷,文中给出了一种PR(Proportional-resonant比例谐振)控制器,并在稳定性、稳态误差和抗干扰性能上比较了PI和PR两种控制器.最后,搭建了仿真和实验平台,对理论分析结果进行验证.结果表明PR控制器在单相并网电流控制更具有优越性.

一种用于静止式中频电源的比例谐振控制策略

针对静止式中频电源基波频率高,传统的控制方法谐波抑制困难且难以实现无静差输出等问题,依据变压器等效理论,建立了静止式中频电源数学模型。在详细分析了比例谐振控制策略的原理和特性的基础上,提出了一种双闭环比例谐振控制策略,即负载电流内环和负载电压外环均采用比例谐振控制的算法,并结合系统稳定性判据给出了各主要控制参数的设计方法。仿真和实验结果表明,双闭环比例谐振控制策略可以有效地抑制负载扰动影响,控制器参数的调节性强,带宽调节裕度大,且对低次谐波具有选择性补偿功能,满足非线性负载要求,保证输出电压总谐波含量小于2%。

基于PR调节器的并网逆变器双闭环控制策略的研究

针对传统PI控制器在跟踪并网逆变器交流信号时存在静差的问题,提出了基于比例谐振控制器(PR)的电网电流外环和电容电流内环的双闭环控制策略,在此基础上对控制系统进行了建模和稳定性分析,并进行了参数的设计,构建了仿真模型对理论分析进行验证。结果表明,此控制策略不仅可以做到对交流信号的无静差跟踪,而且对谐波具有精确的跟踪能力。

半桥双降压式逆变器的电压谐振控制策略

半桥双降压式逆变器通常采用的电压电流双闭环控制策略不能使逆变器获得足够高的稳态精度。为了克服这一缺点,在构建半桥双降压式逆变器数学模型的基础上,分析了一种改进型谐振控制器。该控制器在谐振点处可以将输入信号的幅值放大,但不改变输入信号的相位,因此可以将谐振控制器和传统的电压电流双闭环控制器结合构成新的电压谐振控制器。该控制方法提高了逆变器的稳态精度,且控制器不需要采用数字电路,仅用简单的模拟电路就可实现,控制器参数的设计简单。研制了一台采用电压谐振控制策略的6 kV.A半桥双降压式逆变器的原理样机,实验结果证明了理论分析的正确性。

准比例谐振控制的单相逆变器并联控制技术

针对传统的逆变器控制策略对交流信号跟踪出现的偏差问题,在准比例谐振控制器的双环控制基础上,提出输出有功功率和无功功率与输出电压相位和幅度解耦后的新型下垂控制算法。应用时变相量法建立并联系统的小信号模型,分析下垂系数的变化对系统稳定性和动态性能的影响。仿真实验结果表明,利用准比例谐振控制器和新型下垂控制策略能有效地实现单相逆变器并联控制。

单电流闭环多重PR控制的LCL型逆变器

针对LCL型逆变器谐振尖峰以及对并网电能质量影响的问题,采用比例电容电流与并网电流叠加的电流反馈算法消除LCL型逆变器固有谐振尖峰带来的影响,并在比例谐振控制器基础上增加多个谐振环,用于抑制并网电流低频谐波和谐振电流含量,从而提升对电网电流控制的准确性和并网系统的稳定性。最后设计了2kW并网逆变器LCL型滤波器参数,在Matlab/Simulink上仿真与实验平台验证了控制算法的可行性。

基于双闭环控制的配电网单相接地故障有源消弧方法

阐述了配电网单相接地故障有源消弧机理,提出了一种基于双闭环控制的有源消弧方法,在配电网发生故障时,通过向中性点注入可控零序电流,控制故障相电压为零,实现故障消弧。该方法由中性点电压外环和输出电流内环构成,外环输出结果作为内环的参考信号,分别以比例—谐振(PR)和比例—积分(PI)作为控制器,并分析了内外环控制器的稳定性。仿真和实验结果表明该方法具有良好的稳态和动态性能,无需测量配电网电容电流等阻抗参数,能实现故障点电流的快速、高精度抑制。

基于准PR调节器电流双闭环LCL三相并网逆变器控制

复杂的电网工况下,研究高效的并网逆变器控制方法具有重要的实用价值。提出了αβ静止坐标系下基于准PR(比例谐振)调节器电流双闭环LCL三相并网逆变器控制策略,与传统的dq坐标系下PI(比例积分)控制相比,响应快速、系统稳定且能单位功率因数运行,在电网故障情况下具有很好的鲁棒性。电容电流内环反馈控制能够抑制LCL滤波器在谐振频率处的谐振尖峰;基于静止坐标系并网电流外环控制无需对电流分量进行解耦,其控制算法简单,准PR控制基波频率处增益有限,不会造成系统不稳定,且具有抵抗电网频率波动的能力。仿真结果证明了提出的控制策略的优越性,并验证了其有效性。

基于PIR控制器的电压不平衡下双馈风力发电机转子侧变流器控制

针对电网电压发生不平衡故障时,并网运行中的双馈风力发电机会出现有功功率、无功功率、电磁转矩震荡及并网电流不对称的现象。在正反转同步旋转坐标系下建立双馈风力发电机数学模型,推导了三种控制目标下正负序电流指令值,并提出一种应用比例-积分-谐振控制器的新型转子侧变流器控制方案,弥补了传统控制策略电压不平衡故障影响系统稳定性的短板,简化了控制系统结构,增强了双馈风力发电机故障穿越能力。通过MATLAB/Simulink仿真验证了控制策略的可行性和有效性。

Boost变换器的双闭环分数阶PI控制研究

为提高Boost变换器输出电压的控制性能和抗干扰性,提出一种电压环和电流环均采用分数阶比例积分(PI)控制器的双闭环控制方法.该方法在建立的双闭环分数阶PI控制系统数学模型基础上,结合控制系统频域设计理论设计出电流环、电压环的分数阶PI控制器参数,并利用Bode图分析了被控系统的稳定性和鲁棒性.Boost变换器的双闭环分数阶PI控制仿真结果表明,即使在电源电压、负载,以及期望输出电压的变化条件下,相比双闭环整数阶PI,以及电压环分数阶PI、电流环整数阶PI的两种控制情形,该方法能实现变换器具有更好的输出电压性能和控制鲁棒性.

高精度数控直流电压源的双闭环控制系统设计

为了提高直流电压源控制系统的性能,同时考虑产品价格,设计了一套结构为"数字外环+模拟内环"的高精度数控直流电压源双闭环控制系统。其外环数字控制回路由微控制器与AD/DA等器件构成,利用模糊控制实现因外部扰动引起输出电压波动的快速调节稳定;内环模拟电路采用比例一积分控制器,前向通道与反馈通道上添加二阶低通滤波器,以调节输出电压精度。与常用单闭环控制系统相比,其抗动态干扰能力有明显的提升。测试表明:采用双闭环控制系统的直流电压源输出电压范围为0~500 V,稳定度为±0.003%,纹波小于3 mV,精度为±0.01%,与国内外同类产品相比性价比高。

基于准比例谐振控制的单相动态电压恢复器研究

针对电网电压暂降和低电压问题,研究基于准比例谐振控制的单相动态电压恢复器。为保障在电压暂降后,输出电压能够快速准确地跟踪给定值,采用以输出电压为外环、以电感电流为内环的双闭环控制策略,并且外环调节器采用准比例谐振。搭建仿真模型和10k VA实验样机,对所提方法的正确性和有效性进行了验证。

LCL型并网逆变器电流控制器设计

在LCL型并网逆变器的应用中,电流控制器的结构和参数对系统稳定性和输出电流质量非常重要。采用电容电流内环,进网电流外环的双闭环控制策略,提出了一种基于准比例谐振调节器和比例调节器的新型电流控制器设计方法。与传统单位电容电流反馈不同,将比例调节器用于反馈通道,实现两个调节器间的解耦控制,简化调节过程。根据逆变系统实际特性,在正向通道中引入惯性环节。控制器参数由系统闭环传递函数根轨迹方法进行设计,以凸显单个参数对系统的影响,使设计过程在无任何假设和简化的情况下直观明了。额定功率为50kW并网逆变器的仿真结果验证了所提控制策略和电流控制器设计方法的合理性和可行性。