具有低开关频率的三电平有源前端变换器模型预测控制

研究了一种具有低开关频率的三电平有源前端变换器AFEs低开关频率有限控制集模型预测控制LFCSMPC策略。该策略在一个控制周期内,同时施加有效电压矢量和零电压矢量。同时,引入降低平均开关频率控制目标项,并基于该目标函数求得有效电压矢量的最优作用时间,从而将带有最优作用时间的开关状态直接作用于功率变换器。该方法在兼顾控制性能的同时有效地降低功率器件平均开关频率,实现了低开关频率下的三电平AFEs高效运行。仿真结果表明,该方法在实际工程应用中具有一定的价值。

永磁同步电机模糊自适应变开关次数权重系数模型预测转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)传统模型预测转矩控制(MPTC)中逆变器开关频率较高的问题,提出将减小开关次数也作为成本函数控制目标之一,构建包括定子磁链控制、转矩控制和开关次数控制在内的多目标成本函数,通过搜索法确定了开关次数权重系数。提出自适应变权重系数控制策略:系统动态下,将开关次数权重系数设置为零,静态下,使用固定的稳态开关次数权重系数,并同时采用搜索法确定稳态开关次数权重系数。进一步提出模糊自适应变权重系数控制策略,可根据电机运行状态,采用模糊控制动态输出更合理的稳态开关次数权重系数。仿真结果表明:考虑开关次数控制的成本函数能有效减小平均开关频率。与固定权重系数的成本函数相比,自适应变权重系数的成本函数可在相同平均开关频率下降低磁链和转矩脉动。模糊自适应变权重系数的成本函数可进一步降低逆变器平均开关频率,有效抑制转矩与磁链脉动。

一种零矢量-变延时随机PWM方法

随机开关频率脉宽调制方法在较宽频率范围可以获得均匀的频谱特性,但是由于数字化实现中采样周期同步随机变化,使得滤波器设计复杂,而且控制器的增益和调节器的设计需要随着采样频率的变化而变化,使得工程化实现困难。文中提出了一种新颖的双随机调制策略,将采样频率固定,采用变延时技术在一个采样周期内计算下一个脉冲输出的延时时间,两个输出脉冲之间的周期为随机开关周期。同时随机化零矢量,通过约束保证平均开关频率等于采样频率。分析和试验结果表明该方法仅仅通过软件实现,不用改变硬件设计和散热设计,通用性强、频谱特性好。

适合于柔性高压直流输电系统的模块化多电平变流器的自适应均压方法

提出一种模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)的自适应均压方法。在每个控制周期中,根据桥臂电流绝对值的大小选择不同个数的功率模块进行轮换。此外,还推导并计算了采用该自适应均压方法的功率器件平均开关频率的解析表达式。通过160 k V/400 MVA的MMC仿真系统验证了所提出的自适应均压算法的有效性和平均开关频率计算的正确性。最后,在RT-LAB实时仿真实验平台中搭建了350 k V/1000 MW的MMC背靠背系统,对上述方法进行了实验验证。实验结果表明,采用所提出的自适应均压方法能够在保证功率模块电容电压均衡的前提下降低开关频率,提高系统效率。

模块化多电平换流器阀基主动均压控制策略研究

模块化多电平换流器阀臂中子模块IGBT的平均开关频率和电容电压纹波幅值具有相互耦合的特性,如何在保证纹波幅值不超标的情况下精确定量控制IGBT的平均开关频率具有重要的理论和工程意义。基于此提出一种MMC阀基主动控制策略。首先,基于一种改进的电容均压排序算法和其子模块电容电压纹波幅值与IGBT平均开关频率的数学关系,为基于PI控制器的主动均压策略提供输出阈值的设计准则;其次,设计了一种在线测量IGBT平均开关频率的模块,可以实现开关频率的划窗式动态测量;进而,提出了定量控制IGBT平均开关频率的闭环控制器。最后,为证明所提出频率控制方法的有效性,在PSCAD/EMTDC中搭建了双端401电平MMC-HVDC系统分别针对稳态、潮流翻转以及严重交、直流故障情况验证了所提出的MMC阀基主动均压控制策略鲁棒性和工程适用性。

基于模糊控制的动态权重系数表贴式永磁同步电机模型预测转矩控制系统

传统永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)未考虑减小开关次数,造成平均开关频率较高。通过将减小开关次数作为表贴式永磁同步电机(SPMSM)MPTC的控制目标之一,设计了开关次数权重系数,提出了一种基于模糊控制的动态权重系数MPTC方法。分析了电机转矩的不同对成本函数开关次数权重系数作用效果的影响,引入模糊控制,根据系统状态信息实时调节成本函数开关次数的权重系数。仿真结果表明,与开关次数权重系数固定的成本函数相比,所提方法进一步降低了平均开关频率,同时抑制了系统转矩脉动与磁链脉动。

基于排序法的表贴式永磁同步电机模型预测转矩控制

为避免传统成本函数中权重系数的设计和调节,采用排序法实现表贴式永磁同步电机(SPMSM)模型预测转矩控制(MPTC),将不同量纲的控制变量转化为无量纲的排序得分,从而消除权重系数,并设计优先级解决排序法中的最优电压矢量不唯一的问题,分析了不同优先级方案对系统控制性能的影响。仿真验证基于排序法SPMSM MPTC的可行性。

基于扇区判断的三电平APF多目标模型预测电流控制

有源滤波器是改善电网电能质量的关键设备之一。针对三电平有源滤波器传统模型电流预测控制方法中滚动优化次数多,程序运行时间长,开关损耗高的问题,研究了一种基于扇区判断的三电平有源滤波器多目标模型预测电流控制方法,首先对参考电压进行扇区的判断,然后再确定所在扇区的最优开关状态子集,以此进行滚动优化,同时考虑开关损耗的问题,在价值函数中引入平均开关频率约束。该方法不仅可以减少程序运行时间,同时在不影响补偿效果的情况下降低了平均开关频率。最后通过仿真和实验验证了所研究方法的正确性和有效性。

动态均压偏差率下的MMC均压控制策略

现有模块化多电平换流器(MMC)的调制策略主要基于比较型排序方式,存在算法复杂、计算负荷大、子模块(SM)频繁投切、系统损耗较大等缺陷。针对上述问题,文中提出一种基于动态均压偏差率(DVDR)的系统调制方式。首先,将子模块电容电压与其平均值作差得到差值序列,将差值序列按正负进行快速分组;然后,针对所得子序列设置动态均压偏差率,计算得到必要动作子模块(NASM),只需对于单一子序列中必要动作子模块序列进行排序即可降低系统计算负荷;其次,结合优化开关频率控制设置不同电压阈值与降频因子,通过判断桥臂电流方向,在保持电压一致性的前提下降低功率器件开关频率,减少电压波形畸变率;最后,在Matlab/Simulink平台上搭建仿真实验模型,验证文中所述控制策略的可行性。