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。

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。

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。

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。

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。

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+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。

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。

基于PCI控制的MMC-HVDC系统稳态控制策略研究

模块化多电平柔性直流输电系统MMC-HVDC常规采用比例积分双闭环控制,在两相旋转坐标系下存在电流耦合项需要加入前馈解耦控制,为了简化控制器,采用比例复数积分PCI控制在两相静止坐标系下对电流内环进行设计。将PCI内环与功率外环结合,提出基于PCI控制的稳态控制策略。通过电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对上述控制策略进行仿真研究。仿真结果表明,所设计控制器稳态跟踪性能好,且外环功率控制相互影响更小,控制策略是有效的。

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。

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。

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。

有源电力滤波器的特定次谐波控制策略

由于传统比例积分(PI)控制无法实现零稳态误差控制,设计了一种基于比例复数积分控制的有源电力滤波器,该控制器在给定次谐波处具有无穷大增益,可以使某些特定次待补偿谐波实现零稳态误差控制,并且不需要解耦控制,简化了控制器的设计。结合带宽的定义,给出了控制器参数设计方法。通过理论分析和仿真研究对分别采用PI和比例复数积分控制的APF的补偿特性进行了比较研究,验证了通过并联比例复数积分控制器在APF应用上的有效性。

考虑电能质量优化的MMC-SST输入级控制策略

针对配电网中固态变压器(SST)网侧电压三相不平衡以及谐波污染时,电流负序分量激增影响网侧电流波形质量进而危及系统正常运行等问题,文中在SST输入级提出了一种可有效抑制电流负序分量的新型双序控制策略。首先介绍了模块化多电平变换器型固态变压器(MMC-SST)的运行原理及输入级数学模型,采用改进型二阶广义积分-正交信号发生器(SOGI-QSG)对网侧电压、电流等电气量进行正、负序分量的分离与提取。引入正交中间变量建立比例复数积分(PCI)控制器的数学模型,并在两相静止坐标系(αβ坐标系)中的正、负序模型下提出一种基于PCI的新型双序控制策略,对网侧电流的正、负序分量进行分序控制。最后,在Matlab/Simulink中搭建MMC-SST仿真系统,并与传统的比例积分(PI)控制、改进的PI双序控制进行对比,结果验证了所提基于PCI的双序控制策略的可行性与优越性。

双模式逆变器独立供电稳定性能控制策略研究

微网中并网/独立双模式逆变器独立运行时常采用下垂控制策略,由于采用传统下垂控制策略时输出电压频率和幅值波动较大,以及电压控制采用dq坐标系下的PI控制策略引起电压电流耦合导致算法复杂的问题,提出将准比例谐振(QPR)控制和比例复数积分(PCI)控制引入下垂控制策略两种方案,基于αβ坐标系的这两种控制算法无需解耦,算法更加简单且能有效抑制电压波动。Matlab/Simulink环境中的仿真结果表明,两种控制方案都能明显减小电压频率和幅值的波动,进一步比较发现引入PCI的下垂控制策略响应速度更快,输出的功率和电压更加稳定。

三相光伏并网逆变器电流双闭环控制

针对三相三电平光伏并网逆变器传统控制中电流误差和电网干扰无法完全消除,以及滤波器带来的谐振问题,提出电流双闭环控制方案。其中电容电流内环采用比例反馈有源阻尼法,达到减小损耗、抑制电流谐振的目的,并网电流外环采用比例复数积分控制,可消除电流误差,抑制电网干扰。对LCL型三相三电平光伏并网逆变控制系统进行建模和理论分析,并进行了参数设计,用PSIM软件搭建仿真模型对理论分析进行验证。结果表明该控制策略损耗小,谐振抑制效果好,具有消除电流误差和抑制电网干扰的能力。

LCL型光伏并网逆变器输出电流复合控制策略

为了进一步优化光伏并网逆变器输出电流谐波抑制效果,提出一种针对LCL型光伏并网逆变器输出电流的复合控制策略。该策略并联比例复数积分(PCI)控制和重复控制(RC),绘出复合控制框图,推出传递函数,设计PCI、RC控制参数,得出复合控制能有效抑制电流谐波,节省并网系统控制成本,达到降低基频稳态误差的目的。通过搭建MATLAB/Simulink仿真平台,建立LCL型光伏并网逆变器模型,得出的仿真结果对比,表明该策略相比于PI+RC控制策略,并网电流总谐波畸变率降低程度为25.77%,显著提高了并网电流质量。

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。

新型的铁路电能质量综合治理控制策略

采用模块化多电平换流器结构的铁路功率调节器对牵引供电系统中存在的无功、负序、谐波等电能质量问题进行治理。首先对V/v牵引供电系统中负序、无功、谐波等电能质量问题进行了分析,提出了比例复数积分控制方式。通过对比分析比例复数积分控制与不同控制策略的稳态误差以及频域特性,得出比例复数积分控制器在目标频率处有无穷大增益,并达到零稳态误差的控制效果,从理论上说明了该控制器的优良控制性能,能对牵引供电系统的电能质量起到综合治理的效果。最后在Matlab/Simulink中搭建模块化多电平换流器结构的铁路功率调节器的仿真模型,模拟牵引变压器左右两端供电臂上负载不平衡的工况进行仿真分析,通过仿真证明了所提出的控制方式的有效性。