三相并网逆变器比例复数积分电流控制技术

传统PI控制无法消除并网交流电流稳态误差,但关于稳态误差存在的根本原因相关文献描述较少。为揭示其本质,首先建立并网电流控制模型,然后通过叠加定理和频域分析得出结论:并网交流电流零稳态误差控制条件为:系统控制器在并网电流频率处具有无穷大增益,而PI控制不具有该特性。在该结论基础上,提出一种可消除并网交流电流稳态误差的比例复数积分(proportional complex integral,PCI)控制,给出一套控制器参数整定方法,并采用TMS320F2812 DSP实现系统的数字化控制。在理论分析的基础上进行仿真和实验研究,通过与PI控制对比验证PCI控制的有效性。

基于比例复数积分控制器的模块化多电平换流器环流抑制策略

根据模块化多电平换流器相间环流二倍频负序性质,提出了一种基于比例复数积分控制器的模块化多电平换流器环流抑制策略,通过将比例复数积分控制器的谐振频率设置为二倍频负序电网电压频率实现相间环流抑制。该策略中比例复数积分控制器不存在系统参数,无需旋转坐标变换以及电流前馈解耦控制,避免了因系统参数变化而导致控制效果不佳的问题。Matlab/Simulink仿真实验验证了该环流抑制策略的正确性和有效性。

基于比例复数积分的风力发电并网逆变器控制方法

针对现有新能源并网逆变系统存在控制算法复杂和硬件锁相环带来的成本增加等问题,该文提出了一种基于比例复数积分控制的双闭环控制新方法。该控制方法以比例复数积分控制作为电流内环,以功率源形式直流母线电压控制作为系统外环。前者解决了传统PI控制无法消除并网电流稳态误差的问题,后者实现了功率源直流母线电压的稳定,以保障并网系统正常可靠运行。该文对功率源输入并网逆变器的电流内环与电压外环的参数和性能进行了详细地分析,并搭建了基于Matlab/Simulink的仿真系统,验证了控制算法的正确性。在理论分析与系统仿真的基础上,采用TMS320F2812 DSP实现了系统数字化控制,并基于风力发电系统平台试验验证了所提出控制方法的可行性与有效性,结果表明网侧的功率因数保持在0.97以上,电网电流最大谐波约为2.13%,满足电网要求。

光伏并网逆变器通用比例复数积分控制策略

比例复数积分控制是光伏并网逆变器电流控制方案之一。传统观念认为比例复数积分控制只能在三相正交坐标系(如静止αβ坐标系)下实现,无法在三相abc坐标系或单相坐标系下实现。为解决该问题,提出一种通用比例复数积分控制,该控制方案不仅可在三相abc坐标系下实现,也可在单相系统中实现。文中对提出的新方案进行理论分析和仿真研究,并建立基于TMS320F2812 DSP的数字化实验平台进行实验研究,结果验证了提出方法的可行性和有效性。

单相并网逆变器自适应比例复数积分控制策略

当弱电网频率漂移时,传统控制器不能无差跟踪电网频率和实现并网电流的零稳态误差控制。为此,提出一种单相并网逆变器的自适应比例复数积分(proportional complex integral, PCI)控制策略,该策略采用基于复数域的比例复数积分控制与锁频环(frequency-locked loop, FLL)相结合的自适应控制方法,其中PCI控制器用于消除并网电流的稳态误差,FLL用于实时跟踪电网频率,提高PCI的控制精度。仿真和样机实验表明,该控制策略能在电网频率波动下,实现并网电流无差跟踪给定信号,同时降低并网电流的谐波含量。论文研究可为改善单相并网逆变器在频率漂移下的控制性能提供参考。

基于全通滤波器的比例复数积分控制分析

传统比例积分控制单相并网逆变器存在稳态幅值和相位误差问题,同时谐波成分较大。基于此,采用具有零稳态误差和低谐波注入特点的比例复数积分(PCI)控制方法,复数环节通过全通滤波器实现,在单相并网逆变器系统中,无需构造虚拟三相坐标系或者dq坐标系,简化了控制系统结构。用Simulink对相同条件下的PI和PCI控制进行了仿真分析,PI控制的单相逆变器输出电流THD值为0.83%,而PCI控制的THD值为0.46%,若再加入多重PCI控制,可降至0.25%。仿真结果验证了PCI控制下的单相并网逆变器具有良好的稳态性能以及对并网电流谐波的抑制作用。

不平衡负载下四桥臂逆变器双重准比例复数积分控制策略

逆变器输出特性易受负载影响,负载不平衡时会导致逆变器三相输出电压不平衡。为了解决电压不平衡问题,提出了一种双重准比例复数积分(Dual quasi-proportional complex integral, DQPCI)控制器。此控制器不仅可将交流稳态误差控制在较小范围内,还可有效抑制电压不平衡分量。首先,基于αβ0静止坐标系下四桥臂逆变器的数学模型,分析了逆变器的控制原理及DQPCI控制器的控制特点。其次,根据准比例谐振控制器、准比例复数积分控制器及DQPCI控制器的数学模型及电路模型,对比分析了三者之间的异同点及工作性能。此外,采用伯德图分析了控制器各参数及负载对系统性能影响,并在空载条件下进行了参数设计及校验。最后利用PSCAD进行仿真,结果验证了所提出控制策略的正确性和有效性。

基于比例复数积分的SVG控制方法研究

静止无功发生器(SVG)是改善电能质量的重要设备。针对在不平衡工况下交流电流正负序分量分离方法的复杂性,采用基于复数滤波器的方法减少控制运算量。因传统比例积分(PI)控制在非线性扰动时无法消除并网电流稳态误差,在此采用比例复数积分(PCI)的控制方法,并根据相量的等效变换关系将基于α,β坐标系的传统PCI控制进行变换,减少了因传统控制需进行Clarke变换和Clarke反变换增加的运算量,然后给出了一套完整控制器参数整定方法。最后搭建了一套基于DSP28335的实验平台,通过实验和仿真结果验证了所提正负序分量计算方法的快速性和精确性,以及PCI控制方法的稳定性和可行性。

有源电力滤波器比例复数积分电流控制策略设计

为了有效提高有源电力滤波器的补偿能力,提出了一种dq旋转坐标系下基于比例复数积分控制器的有源电力滤波器控制系统。针对三相不控整流电路产生的含量较高的正序7次谐波分量及负序5次谐波分量,在dq坐标系下正负分量变成6次谐波分量的特性,利用比例复数积分控制可实现正弦波信号的零稳态误差跟踪,并在传统PI控制的基础上并联比例复数积分控制,从而提出一种比例复数积分电流控制算法,并给出了控制器的详细设计方法。与传统PI控制和比例谐振控制相比较,仿真结果验证了所提方法的有效性和优越性。

基于比例复数积分+重复控制的三相LC并网逆变器控制策略研究

针对传统PI控制的局限性,采用基于复数域的比例复数积分(PCI)控制与重复控制并联的新型控制策略,其中PCI控制可以在给定条件下消除交流稳态误差,重复控制能够抑制并网电流谐波,提高稳态控制精度。该新型控制策略可以较好地控制交流信号,能直接应用于三相abc坐标系,省去坐标变化环节,节约逆变器控制系统成本。最后通过MATLAB/Simulink仿真平台,建立LC型滤波器的逆变器并网模型,仿真分析证明了该控制策略的可行性。

棒位探测器电源系统比例复数积分控制策略研究

单相逆变器在核电厂棒位检测系统中工作于电压源模式,其负载棒位探测器通常等效为阻感性负载,而阻感性负载连接至逆变器输出端不能稳定地输出正弦电压。为此,本文针对单相逆变器棒位探测器电源系统提出了一种比例复数积分(PCI)控制策略,并给出控制器参数设计方法。首先,基于系统的频域模型推导出电流环比例积分(PI)控制器和电压环PCI控制器参数解析式,并考虑负载参数对系统稳定性的影响。然后,设定期望的电流环和电压环开环截止频率和相位裕度,通过本文方法解析计算PI和PCI控制器参数。最后,通过MATLAB仿真验证了本文方法能够使阻感性负载下的单相逆变器得到稳定的输出电压与输出电流,且输出电流谐波畸变率(THD)<0.3%。该方法可以为单相逆变器棒位探测器电源系统控制提供指导。

三相并网逆变器的分数阶PCI控制技术

针对比例谐振和比例复数积分控制器都存在谐振项带宽偏低的问题,提出一种更具普遍形式的分数阶比例复数积分控制器。首先,论证比例积分、比例谐振和比例复数积分等控制器均是分数阶比例复数积分的特殊形式,给出分数阶比例复数积分的谐振项带宽与阶次的关系,并合理选取控制器阶次;其次,构建三相并网逆变器在分数阶比例复数积分控制下的数学模型,证明系统的输出不存在稳态误差,并利用开环截止频率和主导极点确定相关参数;最后,进行对比仿真测试,结果验证了所提控制算法的有效性和优越性。

三相并网逆变器静止坐标系零稳态误差电流控制分析及在线切换控制研究

电流控制是三相并网逆变器运行的关键问题之一。为了实现快速准确的电流控制,深入分析了三相并网逆变器旋转坐标系PI控制、静止坐标系PR控制和静止坐标系PCI控制三者之间的联系和区别,证明了静止坐标系PR控制和旋转坐标系PI控制两者并不等效,探讨了静止坐标系PR控制和PCI控制在动态性能和稳态性能方面的特点,并提出一种在线平滑切换方案,有效利用两者的优势,最后搭建了基于TMS320F2812 DSP的数字控制实验平台,完成了电网电压平衡/不平衡两种情况下的实验测试,为不同工况下合理选择控制策略提供了重要的理论依据。

模块化多电平换流器无锁相环控制策略

电压源型换流器通常在同步旋转dq坐标系中建立控制系统模型。在此控制系统中,锁相环用于跟踪电网电压频率和相位变化,其跟踪精度决定了控制系统的动稳态性能。本文摒弃以往在dq坐标系建立控制器的方法,提出一种新的无锁相环的模块化多电平换流器控制策略,其中外环采用PI调节器,内环在两相静止αβ坐标系中采用PCI调节器。该控制策略无需知道电感的参数,而且不需锁相环也能实现零稳态误差地跟踪参考给定值。

微电网孤岛运行模式下谐波电流抑制研究

微电网中采用下垂控制的逆变器对外呈现为近似电压源的特性,并经由线路阻抗连接到公共母线处。如果交流母线电压存在谐波分量,在线路阻抗较小的情况下将产生较大的谐波电流,进而降低母线电能质量,影响微电网安全有效运行,因此需对谐波电流进行相应控制。该文针对低压微电网中逆变器并联孤岛运行系统,提出采用准比例复数积分调节器进行谐波电流抑制的方法,该方法无需坐标变换,可直接针对特定次谐波电流进行控制,并且该复数调节器为一阶系统,较易于工程实现。最后通过仿真和实验对该方法进行验证。

逆变器系统中准PCI控制器及其物理模型分析

逆变器系统中理想比例复数积分(PCI)控制器在谐振频率处增益为无穷大,且在其他频率处没有增益,由此可以消除稳态误差,但是无限大的增益将会引起稳定性问题。提出一种基于αβ静止坐标系可消除交流稳态误差的准PCI(QPCI)控制器,此控制器可利用αβ静止坐标轴之间的耦合产生相互谐振实现对正弦信号的跟踪,同时在谐振频率处引入通频带宽ωc,既消除稳态误差又保证系统稳定性。此外还从物理模型重构的角度揭示准PCI控制器运行原理,以及参数对其性能的影响。通过对LCL型三相并网逆变器进行仿真和实验,对比PCI和准PCI的性能,验证了准PCI的正确性和优越性。

三相并网逆变器基于a,b,c坐标系的QPCI控制策略

三相并网逆变器电流控制中,准比例复数积分(QPCI)控制在消除稳态误差和保障系统稳定性方面具有较好的优势。传统观念认为QPCI控制只能在静止a,0坐标系下实现,而无法在三相a,b,c坐标系下实现。为解决这一问题,在此提出一种基于三相a,b,c坐标系下的QPCI控制策略。在a,0坐标系QPCI控制结构图的基础上,推导出QPCI控制器在静止坐标系a,b,c下的数学模型,再结合三相系统特点,构建出三相a,b,c坐标系下QPCI控制结构图,减少坐标变换运算,使得控制结构简单、易于实现。对提出的新策略进行了详细理论分析和仿真研究,并建立了 LC型三相并网逆变器实验平台研究,实验结果验证了提出方法的可行性和有效性。

三相四线变换器相位补偿控制策略研究

比例复数积分(proportional complex integral,PCI)控制器作为一类基于内模原理控制器的最小构成单元,可用其构造同步坐标系下的比例积分控制器、比例谐振(proportional resonant,PR)控制器、重复控制器。但在上述构造过程中需将各PCI控制器增益取为相同值,此举将降低控制器增益的调节自由度,增大设计难度。该文在获取准PCI控制器的基础上,利用复数形式的增益系数,形成相位补偿准PCI(phase compensation quasi PCI,PCQPCI)控制器,将其与PCQPR相配合,对电压外环正/负序分量和零序分量进行控制,从而实现对三相四桥臂逆变器的恒压恒频控制。所提出的电压外环控制器方案能够独立地对任意次序分量进行相位补偿,提高控制系统的响应速度和稳定裕度。通过频域方法和线性二次型调节器完成对控制器参数的整定。最后通过仿真和实验,验证所提算法的可行性和有效性。

三相并网逆变器模糊PCI控制方法

为了优化对并网逆变器的控制效果,提出了一种可自适应消除交流扰动信号的模糊比例复数积分的控制方法。该控制方法对特定频率的交流扰动有零稳态误差调节的特性,较传统比例积分控制有更好的控制效果。在并网电路中采用LCL型滤波器,以反馈的电容电流作为控制内环,构成有源阻尼控制方法,既能够有效抑制LCL电路的谐振,也能对并网电流中的高次谐波有明显的抑制作用。最后通过仿真和实验验证了所提方法的有效性和优越性。

非线性负载下单相逆变电源电压波形控制策略

微电网中存在大量非线性负载,会对公共交流母线电压造成谐波污染,因此需对各分布式电源采取有效的电压波形控制技术。本文设计了具有频率带宽的准比例复数积分(QPCI)控制器,并在此基础上提出在基波、3次谐波和5次谐波处通过多个QPCI控制进行特定次交流信号的无差跟踪,同时引入负载电流前馈控制,降低逆变器谐波电流在电感上的谐波压降,进一步提高该分布式电源逆变器输出电压的电能质量。分别对比例积分(PI)控制器,多个QPCI控制器及引入中低频段的负载电流前馈的电压控制技术进行实验对比,结果表明,所提出的控制策略具有交变信号零稳态误差跟踪性能和抗干扰性能,并可以有效抑制谐波电流,改善逆变器的输出电压质量。