基于无差拍预测算法的双向隔离型AC-DC矩阵变换器高动态电流控制策略

针对双向隔离型AC-DC矩阵变换器采用传统双闭环控制策略存在的控制参数多、整定困难等问题,提出了一种基于无差拍预测算法的高动态电流控制策略,通过引入无差拍预测算法对网侧电流进行控制,以减少控制器参数,消除数字控制时延。考虑到算法中电压电流检测量众多,故采用输入电压观测器以降低检测成本,减小采样误差的影响。变换器采用后级单重移相的调制方法来协调配合无差拍预测算法,其中参考输入电流指令与移相角为双射函数关系,简单易实现。仿真和实验结果表明:采用所提控制策略可以实现网侧电流正弦,功率因数接近于1;直流侧电压稳定,电流纹波率小于1%;直流电流在参考值突变时,跟踪快速且无超调、无振荡;同时,在变换器功率正向传输、反向传输以及正反向切换过程中,采用所提控制策略相比于传统的双闭环控制策略,电流动态调节时间分别缩短了69%、85%、67%。由此证明所提控制策略可以保证变换器良好的输入输出性能,并且相比于传统的双闭环控制策略在切换过程中动态性能得到显著提升。

含负载前馈补偿的电流型PWM整流器改进无差拍控制

针对三相电流源型PWM整流器直流侧电压-直流侧电流双闭环控制策略中动态响应速度较慢、参数整定复杂的问题,该文提出一种无差拍预测电流控制与负载功率前馈补偿相结合的改进控制策略。首先,分析三相电流源型PWM整流器在两相静止坐标系中的网侧离散化数学模型,在此基础上,电流内环采用无差拍控制跟踪网侧电流,但由于电感参数与控制延时的影响,将导致网侧电流控制精度及波形质量下降。针对此问题,该文采用改进型无差拍控制策略,并利用根轨迹法对电流内环稳定性能进行分析。在环路设计中,通过在外环上加入负载功率前馈等效电流,加快了系统动态响应,解决了负载突变时直流侧电压超调问题。最后,对传统方案和改进方案进行了对比仿真测试和样机实验,验证了所提控制策略的正确性。

一种功率前馈的鲁棒预测无差拍并网控制方法

在光伏并网控制中,延时和滤波电感量变化会影响系统响应速度、稳定性及并网电流畸变率。对此,该文提出一种功率前馈的鲁棒预测无差拍并网控制方法。通过引入功率前馈控制加快系统的响应速度。鲁棒预测无差拍控制方法被提出用于并网电流控制,以增强系统的鲁棒性,降低因控制延时和电感量偏差对并网电流造成的畸变。分析带延迟环节的z域无差拍控制模型,并讨论延时和电感量取值对系统稳定性的影响。给出鲁棒预测无差拍控制的设计方法,并根据z域内的传递函数对其进行稳定性分析,确定控制参数的选取范围。仿真与实验结果证明了所提控制方法的有效性。

车载AC-DC变换器的模糊无差拍控制策略

针对车载充电机前级AC-DC变换器工作时,网侧电流存在严重畸变以及系统的动态响应性能不足的问题,提出了一种模糊控制和无差拍控制相结合的功率因数校正控制策略。在小信号建模的基础上,对传统PI平均电流控制进行分析,将其电压环改用模糊PI控制,以增强直流侧电压的动态响应性能;将电流环改用无差拍控制,以提高交流侧电流质量、减小谐波损耗。同时对无差拍控制进行了改进,通过预测第k+2时刻采样电流和第k+1时刻参考电流,改善了实际系统的时间延时和相位滞后问题。采用MATLAB/Simulink进行仿真,结果表明该控制策略有效地减小了网侧电流的总谐波失真,并提升了输出侧的动态响应指标。

PWM整流器预测无差拍直接功率控制

针对PWM整流器采用直接功率控制时存在的稳态纹波大、采样率高和开关频率低等问题,结合占空比调制和无差拍控制的概念提出一种改进的直接功率控制方法。通过分析不同电压矢量对功率变化的影响,提出在每个控制周期内同时作用一个非零矢量和一个零矢量,其中非零矢量从传统的矢量表直接功率控制获得。该非零矢量的优化作用时间通过对有功功率实行预测无差拍控制而解析得到。搭建了两电平PWM整流器平台对传统直接功率控制和预测无差拍直接功率控制进行对比研究。仿真和实验结果表明,相比传统基于矢量表的直接功率控制,预测无差拍直接功率控制能够显著减小功率脉动和电流谐波,而且动态响应迅速,简单易实现,是一种性能优良的功率控制方法。

双馈异步风力发电机无差拍直接功率控制及延时补偿

针对双馈异步风力发电机(DFIG),传统基于开关表的直接功率控制策略(LUT-DPC)存在功率波动较大、开关频率不固定、电流谐波丰富等问题。本文提出一种结构和原理简单的无差拍直接功率控制策略(DB-DPC),将无差拍控制原理与空间矢量脉宽调制(SVM)技术及DPC策略相结合,无需旋转坐标变换,在消除瞬时有功及无功功率静差、减少谐波含量的同时获得了固定的开关频率。采用了"两步预测"方式对实际系统中的采样周期延时进行补偿,进一步提高了系统控制精度及动态响应速度。仿真和实验结果验证了该DB-DPC策略及延时补偿方案在DFIG中应用的正确性和可行性。

三相光伏并网逆变器dq旋转坐标系下无差拍功率控制

根据三相光伏并网逆变器dq旋转坐标系下数学模型,推导了三相光伏逆变器输出有功功率、无功功率和电网电压、逆变器输出电压、电流之间关系。提出基于空间矢量调制的无差拍功率控制策略,实现三相光伏并网逆器有功功率、无功功率的快速跟踪和解耦控制,输出三相电流波形正弦度好,有功功率和无功功率波动小,且输出频率固定,有利于滤波电感的设计。在一台12 k W样机上进行了实验验证,实验结果表明三相光伏并网逆变器具有良好的静、动态特性,无差拍功率控制策略正确可行。

基于无差拍功率控制的光伏逆变器控制策略

针对三相光伏并网逆变器的特点,设计了一种新的无差拍功率控制策略。详细推导了三相并网逆变器的离散数学模型,提出了基于瞬时有功、无功功率无差拍控制的方法。采取功率控制的方法,省去了传统无差拍电流控制方法所需的预测环节,简化了控制系统;在电网电压相角检测方面借助虚拟磁链的低通滤波特性克服谐波影响,保证角度计算的准确性;引入定频SVPWM模块取代了传统直接功率控制中的滞环比较器和开关表,弥补了传统方法开关频率不固定,容易产生谐波的劣势,提高了三相并网逆变器的性能。通过在Matlab/Simulink软件平台下的仿真证明了控制方法的有效性。

三相Vienna整流器无差拍预测直接功率控制策略研究

针对三相Vienna整流器控制系统计算、采样等延时引起的功率误差问题,提出一种两步预测直接功率控制(DPC)算法。基于无差拍控制原理设计内环直接功率控制器,推导两相静止坐标系下控制参考电压矢量公式,并结合二阶拉格朗日差值法估算k+2时刻有功功率给定值,提高功率预测精度。同时为提高电压外环响应速度和稳定精度,构建以直流侧电压平方为反馈量的滑模控制器(SMC)。最后搭建10 kW三相Vienna整流器仿真模型与实验平台对所提算法进行验证。仿真和实验结果表明:无差拍预测直接功率与滑模控制相结合的算法不仅可以有效减小输入侧电流谐波含量及功率脉动,而且可以提高三相Vienna整流器的动态响应速度和抗干扰性能。

无差拍电流控制的三相功率因数校正研究

研究提高三相六开关Boost型功率因数校正电路的动、静态性能和简化控制算法,针对电压、电流双闭环控制的功率因数校正电路,为了提高系统的快速响应和调整直流电压稳定性,提出了在电流内环采用同步旋转坐标系下的无差拍电流空间矢量控制方案。在对三相六开关Boost型PFC电路的拓扑结构,工作原理和控制策略的理论分析基础上,应用三相六开关Boost型功率因数校正电路的开关函数模型进行了仿真。结果表明新的控制方案具有电流跟踪迅速、电压利用率高等优点。实现了系统的单位功率因数,输出电压稳定,并具有良好的动态性能。

基于功率前馈的H6拓扑无差拍并网控制方法

单相H6拓扑光伏逆变器具有高效及抑制漏电流的特点,可有效提高光伏并网系统的效率及安全性。为减小控制延时造成的并网电流畸变率,在分析H6拓扑及无差拍控制工作原理的基础上,提出了预测型无差拍电流控制方法。同时引入功率前馈控制,有效提高了输出电流对输入功率变化的响应速度。在Matlab/Simulink中搭建了单相H6拓扑光伏逆变系统进行仿真,并搭建了2 kW实验样机,验证了该控制方法的有效性。

STATCOM/BESS无差拍功率控制方法

将蓄电池储能系统(Battery Energy Storage System,简称BESS)通过DC/DC变换器接到静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,简称STATCOM)的直流侧,不仅可以补偿系统所需要的无功功率,还可以实现有功功率的调节。将无差拍功率控制应用到STATCOM/BESS的控制中,可以实现在静止坐标系下的有功功率和无功功率的控制,并将储能侧的功率前馈到STATCOM侧,可以降低直流电压的波动。最后搭建了实验平台,实验结果证明了STATCOM/BESS采用控制方法可以实现四象限补偿,并降低了直流侧电压的波动,具有一定的理论价值和实际意义。

光伏并网逆变系统无差拍预测直接功率控制方法

研究了一种光伏并网逆变系统无差拍预测直接功率控制(DPC)方法。该方法以电压源型逆变器(VSI)并网逆变系统离散预测模型为基础,分析了不同扇区中电压矢量对系统有功、无功功率的影响趋势,选取一个包含两个有效电压矢量和一个零电压矢量的3矢量序列,并给出功率无差拍跟踪时的矢量作用时间求取方法。针对系统动态过程中存在的负矢量作用时间问题,给出了有效电压矢量作用时间调整方法。最后,基于55 kW光伏发电实验样机对所提控制方法进行性能验证。实验结果表明,该方法可实现光伏并网逆变系统动、稳态性能的有效提升,保证了光伏发电系统并网接入点的电能品质。

电压型PWM整流器无差拍预测直接功率控制

研究了一种用于电压型PWM整流器的无差拍预测直接功率控制方法。该方法根据无差拍功率预测模型,在每一个采样周期,实现对下一个周期开始时的功率给定值的跟踪控制。采用空间矢量脉宽调制方法调制目标电压矢量,实现了直接功率控制开关频率的恒定。并在系统中引入了基于内模原理的准积分反馈校正环节,在每个采样周期对系统有功功率和无功功率的预测给定值进行修正。仿真表明,该方法有功功率、无功功率响应迅速、平滑,而且没有静差;控制器对系统参数变化不敏感,系统鲁棒性好,控制器设计简单,具有工程应用前景。

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。

电网电压不平衡时MMC-HVDC的无差拍直接功率控制

针对电网电压不平衡时,模块化多电平换流器高压直流输电系统(MMC-HVDC)的传统控制策略结构复杂、需要旋转坐标变换和锁相环以及需要调整的PI参数较多、动态响应慢等问题,基于MMC-HVDC通用功率模型,提出一种电网电压不平衡时的无差拍直接功率控制策略,该策略省略了电流内环,因而无需复杂的参考电流计算,避免了使用多个PI调节器和多个PI参数难以整定的困难,可实现对有功和无功的直接控制,响应速度快。为了实现电网电压不平衡时抑制负序电流、抑制有功波动和抑制无功波动3个控制目标,提出功率补偿策略,并分别给出3个控制目标所对应功率补偿分量的计算公式。在PSCAD/EMTDC中搭建11电平MMC-HVDC仿真模型,验证了所提控制策略的可靠性和有效性。

三相六开关PFC整流器的无差拍控制仿真研究

针对三相六开关PFC (功率因数校正)整流器工作模态多、控制复杂的问题,本文在建立了基于三相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换器等效数学模型的基础上,对三相六开关电路提出了基于无差拍控制的电流内环控制和PI控制的电压外环控制的策略,并进行了控制器设计。采用MATLAB/SIMULINK进行了原理仿真,结果表明在稳态运行及负载突变的情况下,输入电流可以跟随输入电压,实现功率因数校正,验证了上述方案的可行性。

基于无差拍嵌入式重复控制的铁路功率调节器

针对V/V牵引供电系统中电气化铁路谐波污染与高负序含量的问题,采用一种铁路功率调节器(RPC).分析了其基本结构和补偿原理,提出了一种预测无差拍和重复式控制相结合的内环电流控制方法.该方法可以解决内环电流指令跟踪快速性的问题,同时也提高了系统的鲁棒性,降低了控制延时与电感偏差对电流控制的影响,并能很好地抑制电流谐波.电压外环采用PI控制,以保证电压外环的稳定.最后通过仿真和实验验证了该方法的正确性.

基于电池功率的永磁同步电机预测电流控制

纯电动汽车动力电池的荷电状态下降到一定程度时,会出现电池实际输出功率无法满足控制需求的情况。考虑电池功率对电机控制的影响,建立基于电池输出功率的永磁同步电机预测电流控制策略。使用无差拍预测控制预测电流值,进而计算电机期望功率。当电机期望功率超出电池功率时,通过降低目标转速和对控制电流限幅的方式降低期望功率值。通过仿真及实验验证,提出的控制策略能够在电池输出功率下降的情况下,降低电机期望功率,使电机能继续正常运转。并且与传统控制策略相比,电机动态响应速度更快,响应时间缩短50%以上,功率波动更小,动态性能明显提升。结果表明,基于电池输出功率的永磁同步电机电流预测控制策略是有效的。

基于无差拍控制的光伏电站低电压穿越技术的研究

随着光伏电站接入电网容量的不断增大,在电网发生扰动或故障情况下,光伏并网系统的脱网会进一步给电网带来不利影响。并网光伏电站应具备低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)能力。在电流无差拍预测控制的基础上,对控制系统进行了改进。在低电压期间,通过发出无功功率支撑电网电压的恢复,采用限幅控制防止电流增大,投入并联卸荷电阻限制直流侧电压的升高,实现光伏电站的低电压穿越。最后采用新能源电力系统国家重点实验室中的光伏系统参数,建立仿真模型并进行了验证。结果表明在电网发生电压跌落时,控制系统能够抑制并网电流的增大并能发出无功功率支撑并网点电压,实现了低电压穿越,且系统在故障切除后能够快速恢复,验证了该LVRT控制策略的有效性,为下一步开展动模实验奠定了基础。