弱电网情况下基于改进型有限集模型预测控制新型三相三电平整流器的研究

传统三相三电平整流器开关多、控制复杂、损耗大,为此提出一种新型三相三电平整流器拓扑。在弱电网中,电网电压不平衡现象不可避免,当电网电压不平衡时,传统的控制算法计算量大、控制复杂且电网电流畸变严重。为使新型三相三电平整流器在弱电网条件下正常运行,提出一种改进型有限集模型预测控制方法,实现电网电流的快速跟踪、谐波抑制及直流侧中点电压的平衡控制。首先分析了新型拓扑结构的工作原理及数学模型;然后构造了弱电网条件下新型三相三电平整流器的电流指令值;最后针对新型三相三电平整流器提出改进型有限集模型预测控制。仿真与实验验证了所提算法的有效性。

一种新型的三相电流型多电平整流器

传统的多电平技术研究主要集中在电压型变流器,对电流型多电平的研究还不多,对电流型多电平整流器的研究更为少见。将对偶思想应用于电压型多电平的调控策略对偶到电流型多电平,并采用模块并联和载波相移技术,提出并实现了以三相电流型7电平整流器为代表的全新的三相电流型多电平整流器。着重分析了其工作原理和调制策略,在搭建DSP+CPLD数字平台的基础上实现了三逻辑载波相移SPWM信号的全数字化以及多路PWM驱动信号的产生,最终通过建立样机验证了控制策略和调制方法运用于电流型多电平整流器的正确性和可行性。

单周期控制的三相三电平VIENNA整流器输出中点电位分析及控制方法研究

三相三电平VIENNA整流器作为三电平Boost型中点箝位(neutral point clamped,NPC)结构变换器一种,具有电路结构简单、开关电压应力小、输入电流谐波含量低、可实现输入单位功率因数校正等优点,适合应用于高压中大功率场合。同时,三相功率因数校正(power factor correction,PFC)整流器的单周期控制方案因其控制简单,无需乘法器及采用输入电压受到广泛研究。输出中点电位波动是NPC结构变换器的一个固有问题,以基于单周期控制的三相三电平VIENNA整流器为研究对象,详细地分析整流器输出中点电位波动机理,根据单周期控制方案的特点,提出在三相输入电流采样中注入三次谐波电流分量,同时分析三次谐波电流注入后对整流器输出中点电位的影响,给出三次谐波电流最佳注入系数。在此基础之上,向传统单周期控制系统中继续引入均压环路,使得最终改进后的三相三电平VIENNA整流器单周期控制系统一方面可以提高整流器直流母线电压利用率,另一方面可以有效抑制中点电位的直流和交流波动。仿真与实验验证了所提出的改进单周期控制策略对于整流器输出中点电位平衡控制的有效性。

三相四线制三电平整流器小信号模型与改进控制

在分析三相四线制二极管中点箝位型(NPC)三电平整流器小信号交流模型的基础上,以电网电流正弦且单位功率因数运行为目标,在dq0坐标系下,提出基于复矢量解耦的PI+谐振控制的电流控制策略,以零极点相消的方法设计PI控制器;引入2倍基波频率的谐振控制器,以抑制硬件参数分散性和电网电压不平衡导致的网侧负序和3次谐波电流。为了解决不平衡负载引起的整流器正负母线电压不均的问题,在总压控制环的基础上,将正负母线电压差作为反馈量构建均压控制环路,实现直流侧电压均衡。最后,在10 kW的三相四线制三电平整流器+逆变器平台上进行实验验证,结果表明,在提出的控制策略下,整流器网侧电流质量高,输出的直流母线电压稳定且均衡。

VIENNA型三相三电平PWM整流器研究

分析了VIENNA型三相三电平PWM整流器的拓扑及其数学模型,以及三电平变换器的状态空间矢量调制技术(SVPWM)。提出了基于PI控制的双闭环的控制策略(即电压外环、电流内环),并引入中点电位因子r对中点电压进行平衡控制。为了验证所提控制策略的可行性,搭建了VIENNA型三相三电平PWM整流器的仿真平台以及1.6 kW的实验样机进行仿真与实验研究。仿真及实验结果表明,所提出的调制方法及控制策略是可行的。该整流器具有控制简单、易于数字化实现、在稳态条件下谐波畸变率小于3%、功率因数接近1等特点。

一种三相三电平整流器在变频空调中的应用

考虑到满足功率等级以及谐波电流限制等因素,较大功率家用和轻型商业变频空调的前级功率电路逐渐开始采用三相可控整流器。在分析一种由两只三电平单相整流器构成的三相三电平整流器工作原理的基础上,将其应用到变频空调的整流器设计中,采用传统单相PFC的电压外环和电流内环的双环控制和错相控制进行了理论分析和仿真分析,所得结果验证了三相三电平整流器的具有设计容易、单位输入功率因数等优点,没有电感均流和输出均压问题。

三相三电平VIENNA整流器中点电位波动混合抑制方法

针对三相三电平VIENNA整流器中点电位波动问题,建立了中点电流的数学模型,分析了中点波动形式、并结合中点电流数学模型分析了中点电位波动的根本原因,针对传统固定调节因子法抑制中点电位波动效果较差的缺点,提出了一种结合动态调节因子与电容偏差调节的混合抑制方法,给出了6扇区下偏差调节量和动态调节因子表达式,然后通过查表法将6扇区对应动态调节量注入到调制波中,实现了中点电位尤其三次基频波动的自动抑制,进一步修正后的混合抑制法还可有效抑制电容参数和负载不对称导致的中点大幅度波动,实验结果验证了策略的可行性和有效性。

改进下垂控制在三相三电平PWM整流器中的应用

针对三相三电平脉宽调制(pulse-width modulation,PWM)整流器的中点平衡问题,提出一种改进的下垂控制策略。首先,基于空间矢量控制,分析三相三电平PWM整流器的主电路拓扑结构,并建立数学模型;其次,对反馈电压电流进行dq解耦,并引入一个下垂系数对反馈电压进行修正,从而提高输出电压的跟踪性能,并实现快速单位功率因数控制及快速瞬间响应。最后,通过Matlab/Simulink仿真分析,验证了该控制策略具有较好的动态性能及静态性能。

一种用于三相电压型PWM整流器的新型三矢量模型预测直接功率控制

三矢量模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)已应用于三相电压型脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器中,在理想电网条件下取得了良好的控制效果;但是在电网不平衡条件下,常规三矢量MPDPC存在网侧电流谐波含量高、瞬时功率脉动大等问题。为此,提出一种新型三矢量MPDPC策略,采用新型瞬时功率理论,重新定义瞬时无功功率,以新型瞬时有功和无功功率误差构成目标函数,通过求解目标函数最优的方式来选择矢量和计算矢量占空比。在电网不平衡条件下,以三相电压型PWM整流器为研究对象,对传统MPDPC策略和新型MPDPC策略进行了仿真与实验测试。结果表明:与传统MPDPC策略相比,采用新型MPDPC策略时网侧电流谐波含量低,并消除了新型瞬时有功和无功功率中的2倍频振荡分量。

三电平中点箝位整流器系统建模及基于李亚普诺夫直接法的控制方法研究

该文首先建立了基于开关函数的三相四线三电平中点箝位(NPC)电压型整流器的数学模型,分析了它的工作原理。并在Lyapunov稳定性理论的基础上,提出了一种新的三相四线三电平中点箝位PWM整流器非线性控制方法。该方法具有大范围渐进稳定,动态响应快的优点,并且通过设计新的三电平PWM调制方法,有效地解决了由现有三电平SPWM调制方法引入的直流母线中点电位存在三次波动的问题。系统仿真验证了该数学模型的正确性,以及基于Lyapunov直接法设计的非线性控制器的有效性。

三相高功率因数整流器的研究现状及展望

介绍了三相高功率因数整流器的几种主要拓扑——三相单开关功率因数校正电路、三相 /三开关 /三电平 PWM(VIENNA)整流器、三相全桥功率因数校正电路等 ,特别地关注三相 /三开关 /三电平 PWM(VIEN-NA)整流器 ,并对每种拓扑的特性、优点及其不足进行了分析 ,通过比较研究指出了三相 PF C的发展趋势。

三电平中点箝位整流器的直接电流控制方法研究

应用开关函数建立了三相三电平中点箝位(NPC)PWM整流器的数学模型,在此基础上提出了应用于该整流器的基于两种坐标系的直接电流控制方法,即静止坐标系下abc电流控制法和旋转坐标系下i_d、i_q电流控制法。实验结果验证了该控制方法的正确性和可行性。

三相三开关三电平AC-DC变换器局部调制策略的实现

考虑到功率等级和满足谐波电流限制标准,大功率家用和轻型商业变频空调的前级功率电路不再采用二极管整流器和无源滤波方式。在结合强迫整流和自然整流的基础上,提出一种采用局部PWM的三相三开关三电平AC-DC变换器的调制策略,在进行了理论分析和仿真分析后,设计了10kW实验样机,所得结果验证了所采用的三开关局部PWM算法具有电气应力较低、转换效率较高、功率因数较高、直流电压平均值较高等优点。经过对局部PWM规律进行优化,在各种负载下,网侧电流的谐波电流含量均满足IEC61000-3-2标准。中等负载以上时输入功率因数高达0.98,效率高达0.98。

一种新型的三电平变频器中点电位平衡控制方法

中点电位不平衡问题一直是二极管箝位三电平逆变器固有的问题。本文提出了一种新的结构模式和中点电位控制算法。它用三电平整流器代替了传统的三相桥式不控整流装置,通过对三电平整流器的控制来解决三电平逆变器所产生的中点电位平衡问题,同时达到了提高功率因数和减少电网网侧谐波的效果。这将是一种应用前途非常广泛的模式。

T型三电平变换器的通用PWM平均模型

大规模分布式光伏高渗透率接入配电网,使得系统特性尤其是稳定性、电能质量评估存在不确定性。采用仿真建模手段是分析大规模电力电子装置接入电力系统中影响的关键手段之一。T型脉宽调制（pulse width modulation,PWM）控制三电平电路是目前分布式中功率光伏逆变器主流方案,目前尚未有针对T型PWM控制三电平电路平均建模的全面报道。该文提出一种基于受控电压源和电流源的通用PWM平均模型。该平均电路结构仅对开关器件平均,保留除此以外的全部感、容、阻及电源,因此与调制及控制方式无关。无论是整流还是逆变模式,T型平均模型输出波形均与T型三电平电路开关模型一致,具有很强的适应性,兼容单相及三相电路。仿真及实验结果表明,所提出的T型平均电路模型,内部及外部电压电流特性,与开关模型几乎等效,不受控制方法和电路模式限制,具有很强的通用性和适应性。

基于MMC的新型牵引供电系统研究(一)

针对目前电气化铁路电能质量中主要存在的负序问题,以及机车过分相难题,提出一种基于MMC(modular multilevel converter)结构的新型牵引供电系统。研究为牵引网电压提供幅值、相位和频率参考的三相-单相交直交变电所控制策略,包括环流抑制控制、三相整流器和单相逆变器控制。基于PSCAD/EMTDC仿真验证了本文所提控制策略的可行性和有效性。

基于200 kV/15 A逆变型直流高压电源的控制策略

针对传统三相三电平逆变器在较小占空比模式下输出电压纹波较大的不足,提出了一种新的双重控制策略。该策略通过控制直流母线电压大小与逆变器的占空比,从而实现对输出直流电压较大范围内的可控调整。建立200 kV/15 A的逆变型直流高压电源MATLAB/Simulink系统仿真模型,采用上述控制策略,实现了输出电压分别为200 kV和20 kV时,纹波均小于±1%,验证了新型控制策略在输出电压宽范围情况下,输出电压纹波能够满足负载要求。

电动汽车直流充电桩电源模块研究与设计

为了提高电动汽车直流充电桩的充电效率与品质参数,对充电桩的电源模块进行了两级式设计。前级功率因数校正电路采用三相三线制三电平VIENNA整流电路拓扑结构,通过SVPWM方式划分矢量空间,将三轴坐标系转化为两轴坐标系,判定参考矢量的路径,将零矢量插入到相邻的基本矢量中,确定七分段式矢量切换顺序与作用时间,调节电容中点平衡系数γ使整流电路中电容中点平衡。后级DC⁃DC转换电路采用全桥LLC谐振变换器提高输出电压的幅值并实现电气隔离,对影响谐振网络的参数进行分析。通过技术方案确定参数设计,采用Matlab/Simulink软件进行系统仿真,结果显示,VIENNA整流电路输出功率因数接近于1,DC⁃DC转换电路输出直流电压提高到710 V,输出电流为21 A,波纹系数小于1%,充电桩充电的效率和品质得到提高。

进口6KV高压变频调速器现状综述介绍六种先进产品

高压变频器是一项高科技新技术,其工艺效果及节能效益十分显著,但国内工厂使用尚在起步阶段,更未有工厂能生产。为此本刊组织刘亮喜高工撰写本文,介绍国外产品概况,不仅可供工矿企业选用,而且对制造厂如何组织生产高压变频器有一定参阅价值。

SEMITOP~ Press-Fit最简单的焊接安装替代解决方案

近期,赛米控公司推出最简单的焊接安装替代解决方案——SEMITOP~ Press-Fit,SEMITOP~ Press-Fit扩展了SEMITOP~的产品系列。Press-Fit式安装可确保一步到位地将模块方便、快捷地安装到PCB上,通过取消焊接过程,减少了装配时间和成本。该产品与焊接版本100%引脚兼容,提供了一个用户友好的press-fit接口。