基于积分滑模控制的四开关三相Cuk逆变器研究

此处提出一种基于Cuk变换器拓扑结构的四开关三相(FSTP)逆变器设计方案,称之为FSTPCuk逆变器。首先分析了FSTPCuk逆变器的拓扑结构,然后推导了Cuk变换器的四阶模型,并将其简化以适用积分滑模控制器(ISMC)。在简化系统模型的基础上,设计了由等效控制部分和开关控制部分组成的ISMC,并将其应用于FSTPCuk逆变器。最后,通过试验装置对所提出的概念进行了验证。试验结果表明了该逆变器的有效性。该拓扑结构能够提供纯正弦输出电压。与传统的FSTP逆变器相比,FSTPCuk逆变器提高了输入直流电源的电压利用率,提供了更高的输出线电压,可以扩展到直流输入电压的全值。采用积分滑模控制,以优化系统的动态特性,能够保证系统在不同工况下的鲁棒性。

四开关三相无刷直流电机两有效矢量调制电流控制策略

该文提出了一种用于四开关三相(four-switch threephase,FSTP)无刷直流(brushless DC,BLDC)电机的两有效矢量调制(two-effective-vector modulation,TEVM)电流控制策略。FSTP逆变器具有开关数量少、开关损耗小、成本低等优点。但是由于电机c相绕组端点直接与直流母线中点相连,如果采用传统的双极开关调制方法,在模式I和IV下,c相反电动势会使c相绕组与其他两相绕组之间产生环流,从而导致三相电流畸变。为了抑制反电动势对电流的影响,在传统双极开关调制方法的基础上,TEVM电流控制策略通过在每一个开关周期中插入一个调节矢量,控制c相电流平均值收敛于0。该文通过构造李雅普诺夫(Lyapunov)函数证明了TEVM电流控制策略的稳定性,进一步利用2种不同的方法计算得到调节矢量的占空比。实验结果表明,TEVM电流控制策略能够抑制电流畸变现象,控制三相电流为方波,使输出电流具有较好的动态响应和稳态性能,因此该策略能够实现低成本、高性能的BLDC电机控制。

四开关三相逆变器全调制度范围内两种等效PWM算法

为提高两电平逆变器单桥臂故障重构拓扑四开关三相逆变器(FSTPI)的直流电压利用率,提出了一种FSTPI的空间矢量脉宽调制(SVPWM)过调制算法,该算法根据调制度的大小将整个过调制区域划分为过调制模式Ⅰ区、过调制模式Ⅱ区和过调制模式Ⅲ区。为揭示全调制度范围内FSTPI的SVPWM算法和载波脉宽调制(CBPWM)算法的内在联系,从调制函数角度出发,基于PWM规则采样法,分别推导了与这三个过调制模式区SVPWM算法等效的CBPWM算法,并得到了随着调制度变化,全调制度范围内CBPWM相应等效调制函数的变化规律。理论研究表明,全调制度范围内,FSTPI的SVPWM算法是一种特殊形式的CBPWM算法。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性和有效性。

四开关三相永磁同步电动机矢量控制系统

四开关三相逆变器作为传统六开关逆变器故障后重构拓扑得到了研究重视。该文研究了四开关三相永磁同步电动机矢量控制系统,分析了四开关逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术,并在搭建的仿真和实验平台上进行了对比研究。结果表明,四开关逆变器的采用实现了永磁同步电动机驱动系统的容错运行,同时由于使用较少的功率器件也减小了系统体积,降低了成本。

四开关三相永磁同步电机磁场定向控制系统

以四开关三相永磁同步电机(PMSM)磁场定向控制(FOC)系统为对象,研究了四开关三相逆变器(FSTPI)空间矢量调制方法,并以此为基础建立系统的控制模型。仿真结果表明:四开关三相PMSM的FOC系统可以稳定运行,并且具有较好的转矩动态响应性能。

基于神经元PID控制的四开关三相Buck-Boost逆变器研究

单级四开关三相Buck-Boost逆变器是一种能够在较大直流输入电压范围内工作的新型拓扑结构,除了升压/降压能力外,该拓扑还具有实现DC-AC转换的功能。此外,与传统的四开关三相逆变器相比,该新型拓扑结构获得的输出电压正弦性良好,且不需要任何输出滤波器。新型拓扑结构使用较少的开关器件、电感和电容,从而降低了成本和尺寸。将滑模控制与神经元PID控制分别应用于所提四开关三相Buck-Boost逆变器,对比研究结果表明,神经元PID控制比滑模控制更能够消除初始误差,使系统在初始时刻达到稳态值,因此,输出电压超调很小,到达稳态值时间短。数学分析结果说明了该拓扑的工作原理,并用MATLAB/SIMULINK仿真软件和样机试验对其输出结果进行了验证。

基于四开关三相变频器的永磁同步电机驱动系统转矩脉动优化控制

针对低成本三相四开关变频器构成的永磁同步电机驱动系统存在转矩脉动较大的问题,提出了一种系统转矩脉动优化控制策略。系统中存在的转矩脉动分为低频和高频转矩脉动,对于由直流电容电压波动产生的低频脉动,采用了引入一种基于非正交坐标变换的补偿方案,而对于高频脉动,分析评估了不同调制策略的影响,选择了最优调制策略。此外,线性调制范围设置考虑了系统直流电容电压波动,避免了低频脉动造成的过调制。同时,还设计了电容电压偏移抑制控制以扩大线性调制区范围。试验结果验证了新型控制策略抑制系统转矩脉动的效果明显。

DFIG三相四开关网侧变流器三重无差拍控制

针对传统双馈风机异步风力发电机(DoublyfedInductionGenerator,DFIG)网侧变流器容错性较低、并网冲击电流大、控制器参数调整复杂与动态响应慢等问题,本文研究一种三相四开关变流器,并提出一种三重无差拍控制策略。三相四开关拓扑相较于传统的六开关结构减少了开关数量,降低了开关损耗,提高设备容错性。此外,本文重点研究该拓扑的工作原理和数学模型,提出一种三重无差拍控制策略,该控制策略直流侧两电容电压控制器、电流内环控制器皆采用数字无差拍控制,实现了直流侧电容电压平衡,大大提高了系统的动态性能,且参数设计简单、易于工程实现。最后通过PSIM6.0仿真验证其正确性与有效性。

兼顾有源滤波的三相四开关光伏并网逆变器

为提升光伏并网逆变设备的利用率和并网电能质量主动补偿能力、减少装置成本,结合有源滤波技术和光伏并网技术,提出了一种三相四开关并网逆变方案。该方案依据实际光伏发电情况和电网谐波污染程度,设计了可工作在并网发电模式、有源滤波模式以及兼容模式下的三相四开关并网逆变器,并推导得到各模式下其指令电流的计算方法;并利用电流直接跟踪技术,有效地实现各模式间的自适应切换;针对方案中三相四开关拓扑的直流中点电位偏移问题,给出了直流母线电容电压差值前馈的补偿方法。实验结果表明,在准确跟踪接入点电网变化的条件下,该方案可有效抑制因电容参数差异及内部交流负载电流变化引起的输出不平衡现象;而所提出的基于周期积分的单相软件锁相方法以周期累加的方法取代2次谐波低通滤波,实现了对电网变化的准确跟踪。

基于PI神经元网络的三相四开关电力有源滤波器研究

针对电力有源滤波器的应用越来越广泛,成本要求越来越高,并且容错需求也逐渐显现的情况,提出基于PI神经元网络控制器的低成本三相四开关电力有源滤波器。对PI神经元网络控制机理进行分析,设计其在三相四开关APF中的应用模型。参考经典电压空间矢量算法,对三相四开关APF电压空间矢量进行数学推算,对三相四开关APF电压空间矢量调制算法进行计算,提出确定矢量空间区间的"旋转坐标法"。最后进行仿真和实验,结果验证了所提理论的正确性。

容错型三相四开关有源电力滤波器及其控制策略

有源电力滤波器(APF)多基于三相六开关拓扑,为提高其运行可靠性,提出一种基于元件冗余的三相四开关容错型APF。针对三相六开关APF的故障判别,应用功率器件承受电压变化识别桥路开路故障;研究了基于谐波检测APF补偿算法与控制电源电流跟踪电网电压APF补偿算法的关系,指出容错型APF切换控制中更适合采用电源电流直接跟踪补偿算法;在三相四开关APF数学模型基础上,研究了直流母线中点偏移对三相四开关APF补偿性能的影响,提出一种直流中点电压差值前馈补偿方法。扩展了配置直流侧储能的情况下,容错型APF的有功调节实现方法;设计了APF容错控制切换策略和硬件实现的电流滞环跟踪控制电路,在建立的三相四开关APF平台上,实验验证了所提方法的有效性。

三相四开关并联有源电力滤波器的控制方法

在详细分析一种基于四开关逆变器的三相四开关并联有源滤波器(TFSSAPF)的拓扑结构和工作原理的基础上,采用控制TFSSAPF输出电流有功分量的方法,以稳定直流侧电容总电压,提出在TFSSAPF的c相输出电流指令值上叠加直流侧电容均压控制量的方法,实现直流侧电容电压均衡。针对TFSSAPF的结构,提出采用相电流作为指令电流的SPWM电流调制算法,并综合输出电流和直流侧电容电压控制目标,提出适用于TFSSAPF的控制方法。样机实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。

三相四开关APF的SVPWM优化策略研究

针对三相四开关并联型有源电力滤波器(TFSAPF)的直流侧电容电压变化问题,通过分析不同开关模式的电路结构,总结了直流侧电容电压变化的原因,并给出了TFSAPF4个模值不全相等的有效空间电压矢量对直流侧电容电压的影响。提出了通过检测电容电压差值和电容电流方向来选择不同的等效零矢量以平衡直流侧电压的SVPWM优化策略。针对直流侧中点电位偏移问题,设计了一种基于检测电容中点电流平均值的直流侧电压偏置补偿器。相关的仿真与实验结果均证明了该SVPWM优化策略的可行性和有效性。

基于空间矢量滞环控制的新型容错三相四开关并网逆变器

三相双降压式并网逆变器是一种性能优良的新型拓扑,在可再生能源发电中具有重要应用价值。为了使三相双降压式并网逆变器在发生故障后能容错运行,提出了新型容错三相四开关并网逆变器并用来做三相双降压式并网逆变器故障重构后的运行拓扑,从而提高系统的可靠性。为了使故障后重构的新型容错三相四开关并网逆变器依然能向电网输送高质量的电能,并获得很好的动态性能和稳态性能,在等效分析的基础上研究了新型容错三相四开关并网逆变器空间矢量滞环控制。仿真结果表明,采用空间矢量滞环控制后的新型三相四开关并网逆变器对输入扰动和电网扰动都具有很好的抑制能力,表现出很好的动态和稳态性能,且输出并网电流波形谐波含量低,波形质量好,能保证故障后的可靠供电。

三相四开关容错逆变器的PMSM驱动系统FCS-MPC策略

针对三相四开关容错逆变器的永磁同步电机(PMSM)驱动系统,基于模型参考自适应(MRAS)观测器,提出一种有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略。考虑温度变化对永磁磁链影响,采用MRAS技术,实现了对永磁磁链的在线辨识;同时考虑降低逆变器开关频率的需求,设计开关频率可优化的FCS-MPC系统目标函数。与常规FCS-MPC方法比较,本方法可以有效减小系统控制过程的计算量,与此同时,本方法中的电流反馈特性可对四开关逆变器直流母线电容分压不平衡形成的不利影响实现自动抑制。仿真结果表明,本方法能够保证四开关容错逆变器驱动的PMSM系统持续稳定运行、具有良好运行性能,并能明显降低逆变器功率管的开关频率。

三相四开关结构的容错型有源电力滤波器

提出了一种基于三相四开关结构容错型有源电力滤波器,并提出其控制方法。首先给出了容错型有源电力滤波器的结构和运行模式。逆变器某相故障时,逆变器的容错结构为三相四开关型逆变器,即以两个电容组成的桥臂代替故障相,并分析了其工作原理。提出了稳定直流侧总电压和两个电容电压平衡的方法。仿真结果表明,三相四开关结构容错型有源电力滤波器在正常工作状态和故障状态都能较好地抑制谐波,直流侧电压保持稳定,系统可靠性高。

适用于高速铁路的三相四开关型滤波器的电流重复控制设计

为了解决高速电气化铁路存在的高次谐波及负序电流等电能质量问题,在降低有源补偿设备成本的前提下,提出将三相四开关型有源电力滤波器(APF)用于高速电气化铁路的电能质量补偿。在对三相四开关型APF的拓扑结构及数学模型进行分析的基础上,将重复控制应用于三相四开关型APF的输出电压控制中,以提高其跟踪精度,改善补偿效果。根据高速铁路负荷的特性,给出改进重复控制器的设计和稳定性分析方法。MATLAB仿真结果验证了改进的重复控制器可以有效提高三相四开关型APF的补偿精度和动态性能。

双开关三相四线PFC电路的研究

提出了一种双开关三相四线功率因数校正拓扑电路,该电路能够提高电力电子装置的功率因数,减少装置对电网的谐波污染,满足或者接近相关的谐波标准;降低三相PFC的复杂性,降低制造成本,达到实用化的要求。本文叙述了该电路拓扑的工作原理和控制方法,最后给出了实验结果,验证该电路的正确性。

基于PI-VPI控制器的三相四开关APF电流直接控制方法

为了提高三相四开关并联型有源电力滤波器(active power filter,APF)的性能,提出一种基于比例积分-并联矢量比例积分(proportional-integral and vector proportional integral,PI-VPI)电流控制器的网侧电流直接控制方法。通过采用网侧电流直接控制方法,省去了对负载电流和APF输出电流的检测,不但可以减少电流传感器的使用,而且可以降低谐波电流检测精度对APF补偿效果的影响;并将PI-VPI控制引入到电压、电流的双闭环控制策略当中,以提高谐波补偿的精度。实验证明该方法可以将电网电流谐波总畸变率降至5.38%左右,而且具有较快的响应速度。

模糊PI控制三相四开关并联型APF研究

提供一种低成本的三相四开关并联型有源滤波器(Three-phase Four-switch Shunt Active Power Filter,简称TFS-APF),将其用于中、低压系统,可同时实现谐波电流抑制和无功功率补偿。采用直接将期望得到的电网正序基波电流作为TFSAPF指令电流信号的控制方法。为进一步提高检测算法的响应速度和自适应能力,引入模糊PI控制器。仿真与实验结果均证明TFSAPF及其指令电流检测算法的可行性和有效性。